GIÁO TRÌNH BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN (MÃ SỐ: MĐ 21) – NGHỀ NGUỘI SỬA CHỮA MÁY CÔNG CỤ

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Mô đun: Bảo dưỡng hệ thống điều khiển (Mã số: MĐ 21) do Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định ban hành năm 2018, với sự tham gia biên soạn của tác giả Trần Văn Vượt và sự thẩm định của Hội đồng thẩm định giáo trình nhà trường. Tài liệu được thiết kế giảng dạy chuyên ngành cho nghề Nguội sửa chữa máy công cụ ở trình độ Cao đẳng.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  CẤU TRÚC PHÂN BỔ THỜI LƯỢNG MÔ ĐUN MĐ 21               |
|                                                                         |
|  [Tổng thời lượng: 75 giờ]                                              |
+-------------------------------------------------------------------------+

Về vị trí trong chương trình đào tạo, mô đun MĐ 21 thuộc khối kiến thức chuyên môn nghề bắt buộc, được bố trí giảng dạy sau khi người học đã hoàn thành các mô đun tiên quyết là MĐ 18 và MĐ 19. Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng tới việc trang bị cho học viên năng lực nhận diện cấu tạo, nguyên lý hoạt động và đặc tính lắp ghép của hệ thống điều khiển cơ khí; nắm vững đặc tính các chất bôi trơn, tẩy rửa; thực hiện quy trình tháo dỡ, kiểm tra, sửa chữa nhỏ và lắp ráp hoàn chỉnh các cơ cấu điều khiển theo phiếu công nghệ; đồng thời có khả năng chạy thử, đánh giá và hiệu chỉnh các sai sót kỹ thuật sau bảo dưỡng nhằm bảo đảm an toàn lao động và kỷ luật công nghệ.

Cấu trúc giáo trình gồm 6 bài học, được xây dựng tuần tự theo quy trình bảo trì thiết bị công nghiệp thực tế:

  1. Bài 1: Công tác chuẩn bị trước khi bảo dưỡng hệ thống điều khiển
  2. Bài 2: Tháo hệ thống điều khiển
  3. Bài 3: Làm sạch và kiểm tra chi tiết sau khi tháo
  4. Bài 4: Bảo dưỡng, sửa chữa nhỏ và chuẩn bị chi tiết thay thế
  5. Bài 5: Lắp hệ thống điều khiển
  6. Bài 6: Thử hệ thống điều khiển

Điểm đặc thù của giáo trình là phương pháp tiếp cận dựa trên quy trình công nghệ (process-based approach), chuẩn hóa mọi thao tác bảo dưỡng thông qua hệ thống phiếu công nghệ, bản kê tình trạng chi tiết và áp dụng trực tiếp trên các đối tượng máy công cụ điển hình như máy tiện T6M16, máy khoan đứng K125, máy phay 6H82 và máy phay P82.

Nội dung kiến thức cốt lõi

+---------------------------------------------------------------------------------------+
|                 SƠ ĐỒ TIẾN TRÌNH CÔNG NGHỆ BẢO DƯỠNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN               |
|                                                                                       |
|   +-------------------+       +-------------------+       +-----------------------+   |
|   | 1. Chuẩn bị       | ----> | 2. Tháo dỡ cơ cấu | ----> | 3. Làm sạch, kiểm tra |   |
|   | - Lập phiếu CN    |       | - Ghi nhận vị trí |       | - Tẩy dầu hóa học     |   |
|   | - Bố trí mặt bằng |       | - Lập bản kê mã số|       | - Khí nén & đo kiểm   |   |
|   +-------------------+       +-------------------+       +-----------------------+   |
|                                                                       |               |
|   +-------------------+       +-------------------+                   v               |
|   | 6. Chạy thử       | <---- | 5. Lắp ráp cơ cấu | <---- +-----------------------+   |
|   | - Thử không tải   |       | - Định vị & siết  |       | 4. Sửa chữa nhỏ       |   |
|   | - Xử lý sai lệch  |       | - Bôi trơn dầu 30 |       | - Hàn đắp, nắn trục   |   |
|   +-------------------+       +-------------------+       | - Quấn, tôi lò xo 60Г |   |
|                                                           +-----------------------+   |
+---------------------------------------------------------------------------------------+

Các bài học và chủ đề chính

  • Bài 1: Công tác chuẩn bị trước khi bảo dưỡng hệ thống điều khiển
    Phân tích cấu tạo 3 khối chức năng của cơ cấu điều khiển (bộ phận điều khiển, bộ phận truyền động, bộ phận chấp hành). Cung cấp nguyên lý 7 dạng cơ cấu điều khiển điển hình: quạt răng – thanh răng, trục vít răng bước lớn, ngàm gạt đơn, ngàm gạt tập trung, cam mặt đầu, cam thùng và cơ cấu điều khiển kiểu một tay gạt 4 hướng. Xác lập quy chuẩn ký hiệu trên phiếu công nghệ: ký hiệu lực $P$, chiều vặn ren $M$, hướng rút chi tiết tự do ($\rightarrow$) và vị trí đánh dấu ghi nhớ ($X$).

  • Bài 2: Tháo hệ thống điều khiển
    Tập trung vào quy trình tháo rã cơ cấu điều khiển trên máy khoan đứng K125 (sản phẩm của Nhà máy Chế tạo máy công cụ số 1 Hà Nội). Mô tả chi tiết cơ cấu hộp tốc độ (quạt răng liên kết trục dẫn hướng chữ V, định vị bằng bi và lò xo) và cơ cấu hộp chạy dao gồm: cơ cấu điều khiển trục then kéo (bánh răng $Z_1, Z_2, Z_3$ ăn khớp then bung dưới lực lò xo) và cơ cấu trục chính tích hợp điều khiển tay/tự động thông qua khớp ly hợp răng, vành bánh cóc hai mặt răng và các con cóc trượt an toàn.

  • Bài 3: Làm sạch và kiểm tra chi tiết sau khi tháo
    Quy định kỹ thuật làm sạch màng oxit sắt bằng máy mài/chải khí nén cầm tay sử dụng sợi thép đường kính $0{,}5 - 0{,}7\text{ mm}$. Hướng dẫn vận hành thùng rửa phun áp lực chất lỏng vận tốc $100\text{ m/s}$ và quy trình tẩy rửa dầu mỡ bằng dung dịch hóa học chuyên dụng. Hướng dẫn sử dụng thước cặp $1/20$, panme và đồng hồ so để phân loại chi tiết thành 3 nhóm: dùng lại, sửa chữa nhỏ hoặc thay thế.

  • Bài 4: Bảo dưỡng, sửa chữa nhỏ và chuẩn bị chi tiết thay thế
    Hệ thống hóa các phương pháp gia công phục hồi bề mặt (tiện, phay, bào, khoan, doa, mài, dũa nguội, cạo rà). Cung cấp quy trình công nghệ hàn đắp tấm thép 45 ($20 \times 25 \times 4\text{ mm}$) để phục hồi ngàm gạt mòn; quy trình chế tạo lò xo định vị từ dây thép 60Г ($\phi = 1{,}5\text{ mm}$, đường kính ngoài $8\text{ mm}$, bước $2{,}5\text{ mm}$, 10 vòng) kết hợp nhiệt luyện tôi ở $800^\circ\text{C}$ làm nguội trong dầu CN30 và ram ở $300^\circ\text{C}$ trong 1 phút; phương pháp nắn thẳng trục dẫn hướng bị cong trên bàn máp và khối V.

  • Bài 5: Lắp hệ thống điều khiển
    Thiết lập nguyên tắc bố trí chi tiết trước khi lắp ráp (thứ tự khoảng cách, vị trí mối ghép, thay mới gioăng phớt). Phân tích công năng, giới hạn lực và thông số kỹ thuật của các dụng cụ xiết: chìa vặn dẹt (cờ-lê miệng), chìa vặn điều chỉnh (mỏ lết), chìa vặn lục giác chữ L / đầu rời và tuốc nơ vít (rãnh thẳng, chữ thập). Xác định chế độ bôi trơn hệ thống điều khiển máy khoan K125 bằng dầu khoáng công nghiệp 30 theo phương pháp vung tóe tự nhiên từ hộp tốc độ và hộp chạy dao.

  • Bài 6: Thử hệ thống điều khiển
    Quy trình chạy thử nghiệm thu hệ thống điều khiển sau bảo dưỡng, kiểm tra độ nhạy, độ chính xác vị trí ăn khớp của các khối bánh răng di trượt, độ êm khi chuyển hướng và xử lý các hiện tượng kẹt, nặng tay gạt hoặc sai lệch hành trình.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

  1. Cấu trúc chức năng hệ thống điều khiển:

    • Bộ phận điều khiển: Cơ cấu tiếp nhận tín hiệu ban đầu (tay gạt, bàn đạp, cữ chặn bàn máy, đĩa cam, mẫu chép hình).
    • Bộ phận truyền động: Hệ thống dẫn truyền cơ khí (đòn bẩy, thanh răng), thủy lực (dầu ép), khí nén hoặc điện tử.
    • Bộ phận chấp hành: Các chi tiết trực tiếp dịch chuyển khối bánh răng, ly hợp như ngàm gạt, piston thủy lực, đĩa phân độ.

  2. Dung sai và đặc tính lắp ghép:

    • Lựa chọn kiểu lắp lỏng $\frac{H}{h}$ hoặc lắp trung gian $\frac{H}{k}$, $\frac{H8}{k7}$, $\frac{H}{js}$ cho các chi tiết trong cơ cấu nhằm bảo đảm độ định vị chính xác và thuận tiện cho việc tháo lắp.
    • Sử dụng các mối ghép phụ trợ như chốt định vị, vít hãm, vòng phanh để cố định vị trí làm việc.

  3. Chế độ hóa chất tẩy rửa dầu mỡ bề mặt kim loại:

Loại kim loại chi tiết $\text{NaOH}$ (g/l) $\text{Na}_3\text{PO}_4\cdot 12\text{H}_2\text{O}$ (g/l) $\text{Na}_2\text{CO}_3$ (g/l) $\text{Na}_2\text{SiO}_3$ (g/l) Nhiệt độ dung dịch ($^\circ\text{C}$) Thời gian tẩy (phút)
Kim loại đen $20 - 60$ $20 - 30$ $10 - 20$ $5 - 10$ $80 - 90$ $20 - 40$
Đồng và hợp kim đồng - $10 - 15$ $50 - 60$ $50 - 60$ $80 - 90$ $20 - 40$
Nhôm, kẽm, chì - $20 - 25$ $20 - 25$ $5 - 10$ $80 - 90$ $20 - 40$
  1. Khả năng công nghệ và độ nhẵn bề mặt gia công cơ khí:
Phương pháp gia công Cấp chính xác đạt được Độ nhám bề mặt $R_a$ ($\mu\text{m}$) Cấp độ nhẵn (Tiêu chuẩn cũ)
Tiện tinh $7 - 9$ $1{,}6 - 3{,}2$ $\nabla 6$
Tiện mỏng $6$ $0{,}4 - 0{,}8$ $\nabla 7$
Phay tinh $11$ $3{,}3 - 6{,}3$ $\nabla 5$
Doa tinh $7 - 8$ $1{,}6 - 3{,}2$ $\nabla 5$
Doa mỏng $7$ $0{,}4 - 0{,}8$ $\nabla 6$
Mài tròn tinh $6 - 8$ $0{,}8 - 1{,}6$ $\nabla 5$
Mài rà mỏng $5$ $0{,}1 - 1{,}6$ $\nabla 12$
Dũa nguội $8 - 11$ $1{,}6 - 2{,}5$ $\nabla 6$
Cạo tinh $8 - 9$ $0{,}1 - 0{,}8$ $\nabla 8$

Kỹ năng phát triển

  • Kỹ năng kỹ thuật cơ khí: Đọc bản vẽ khai triển cụm máy; lập phiếu công nghệ tháo lắp và bảo dưỡng; thao tác thuần thục các dụng cụ cầm tay (búa, dũa, dao cạo, chìa vặn, taro, bàn ren); vận hành thiết bị gia công xưởng (máy khoan, máy mài hai đá, máy hàn hồ quang, máy nén khí).
  • Kỹ năng đo kiểm và phân tích: Sử dụng thước cặp, panme, khối V, bàn máp và đồng hồ so để đánh giá độ mòn, độ cong trục (độ không đồng tâm cho phép $< 0{,}02\text{ mm}$), sai lệch góc và kích thước hình học.
  • Kỹ năng thực hành phục hồi chi tiết: Thực hiện hàn đính, hàn liên kết mép vát tấm thép 45 với thân ngàm gạt; quấn nguội lò xo trên đồ gá ê-tô; nhiệt luyện lò xo theo chế độ tôi và ram chuẩn xác; cạo rà bề mặt phẳng loại bỏ vết xước sâu.

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo mô đun tích hợp (Modular Integrated Training), kết hợp giữa 15 giờ lý thuyết định hướng tại phòng học chuyên dùng và 67 giờ thực hành trực tiếp tại xưởng thực hành nguội - sửa chữa máy.

+-------------------------------------------------------------------------+
|                  MÔ HÌNH DẠY HỌC TÍCH HỢP TRONG MÔ ĐUN MĐ 21            |
|                                                                         |
|  [LÝ THUYẾT ĐỊNH HƯỚNG: 15h]        [THỰC HÀNH TẠI XƯỞNG: 67h]          |
|  - Cấu tạo & nguyên lý cơ cấu   --> - Thao tác trên máy K125, T6M16     |
|  - Tiêu chuẩn dung sai, lắp ghép    - Phục hồi cơ khí, cạo rà, hàn đắp  |
|  - Quy chuẩn an toàn xưởng          - Sử dụng thiết bị đo kiểm chính xác|
|                                 v                                       |
|               [ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC & KIỂM TRA: 3h]                        |
|               - Đánh giá sản phẩm theo phiếu công nghệ                  |
|               - Kiểm tra kỹ năng xử lý sai hỏng thực tế                 |
+-------------------------------------------------------------------------+

Phương pháp sư phạm và tổ chức học tập

  • Giảng dạy lý thuyết chuyên ngành: Giáo viên sử dụng bản vẽ khai triển, bản trong, máy chiếu và mẫu vật thật để giải thích nguyên lý động học của từng cơ cấu điều khiển; hướng dẫn sinh viên phương pháp tra cứu thông số dung sai, tra bảng dung dịch hóa chất và bảng chế độ cắt/nhẵn bề mặt.
  • Thực hành theo phiếu hướng dẫn công nghệ: Sinh viên bắt buộc phải tự lập phiếu công nghệ tháo, lắp và bảo dưỡng trước khi tiến hành công việc trên máy. Phiếu công nghệ quy định rõ từng bước làm việc, sơ đồ tác dụng lực, trang thiết bị yêu cầu và định mức thời gian thực hiện (ví dụ: cạo ngàm gạt định mức 60 phút; nắn thẳng trục định mức 60 phút; khoan mở rộng ren M8 lên M10 định mức 30 phút).
  • Bài tập tình huống và thực hành bổ trợ: Bên cạnh đối tượng chính là máy khoan K125 và máy tiện T6M16, giáo trình bố trí các bài tập bổ trợ xử lý cơ cấu điều khiển hộp tốc độ máy phay 6H82 và cơ cấu điều khiển hộp chạy dao dùng đĩa xuyên lỗ trên máy phay P82 (thời lượng phân bổ từ 2 đến 5 giờ).
  • Phương pháp kiểm tra, đánh giá: Đánh giá kết hợp liên tục trong quá trình thực hiện thông qua bảng kê tình trạng chi tiết, sự tuân thủ các quy tắc an toàn lao động (ngắt điện, treo biển cảnh báo, kê đỡ bàn nâng hạ, đeo găng tay hóa chất/khẩu trang) và đánh giá sản phẩm cuối cùng sau khi lắp ráp và chạy thử (độ nhạy tay gạt, độ chính xác vào khớp bánh răng, độ kín khít chắn dầu).
  • Hướng dẫn tự học: Sinh viên nghiên cứu các tài liệu phát tay về an toàn lao động, sơ đồ kết cấu máy công cụ vạn năng, tự tìm hiểu mở rộng các phương pháp gia công cơ khí như xọc, chuốt, mài nghiền và rèn tự do.

Điểm nổi bật và cập nhật

  • Chuẩn hóa quy trình tài liệu hóa kỹ thuật: Giáo trình chuyển đổi các thao tác sửa chữa kinh nghiệm truyền thống thành hệ thống biểu mẫu văn bản quy chuẩn: Phiếu công nghệ tháo lắp, Phiếu công nghệ bảo dưỡng và Bảng kê tình trạng chi tiết. Điều này giúp người học hình thành tư duy làm việc công nghiệp có kế hoạch và kiểm soát chất lượng chặt chẽ.
  • Tích hợp liên ngành Cơ - Hóa - Nhiệt luyện: Thay vì chỉ trình bày thao tác cơ khí thuần túy, tài liệu cung cấp định lượng nồng độ dung dịch tẩy rửa hóa học ($NaOH, Na_3PO_4, Na_2CO_3, Na_2SiO_3$), chế độ nhiệt tẩy rửa ($80 - 90^\circ\text{C}$), thông số hạt mài, áp lực dòng khí nén ($100\text{ m/s}$) và chế độ nhiệt luyện tôi - ram lò xo thép 60Г.
  • Bám sát thiết bị công nghiệp thực tế: Toàn bộ nội dung bài giảng đều gắn liền với các dòng máy công cụ thực tế đang vận hành phổ biến tại các nhà xưởng cơ khí Việt Nam như máy tiện T6M16, máy khoan đứng K125 của Nhà máy Chế tạo máy công cụ số 1 Hà Nội, máy phay 6H82 và máy phay P82.
  • Tính đồng bộ về quy tắc an toàn: Mỗi bài học đều quy định độc lập các điều kiện an toàn đối với 4 yếu tố: an toàn dụng cụ, an toàn thiết bị nâng hạ/kê đỡ, an toàn môi trường mặt bằng và trang bị bảo hộ cá nhân (PPE) tương ứng cho từng nguyên công (hàn, làm việc trên cao, tẩy hóa chất, thổi khí nén).

Đối tượng sử dụng giáo trình

+---------------------------------------------------------------------------------------+
|                              ĐỐI TƯỢNG VÀ MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG                            |
|                                                                                       |
|  [Sinh viên Cao đẳng nghề]      [Giảng viên chuyên ngành]     [Kỹ thuật viên xưởng]   |
|  - Nghề Nguội sửa chữa máy       - Làm đề cương bài giảng      - Tra cứu chế độ hóa   |
|  - Đã hoàn thành MĐ 18, MĐ 19    - Tổ chức thao tác xưởng      - Quy chuẩn tháo lắp   |
|  - Rèn luyện kỹ năng thực hành   - Thiết kế đề thi tay nghề    - Phục hồi cơ cấu mòn  |
+---------------------------------------------------------------------------------------+
  • Sinh viên chuyên ngành: Sinh viên hệ Cao đẳng nghề Nguội sửa chữa máy công cụ, Công nghệ kỹ thuật cơ khí, Bảo trì và sửa chữa thiết bị cơ khí. Để tiếp thu giáo trình hiệu quả, sinh viên bắt buộc phải có kiến thức nền tảng từ mô đun MĐ 18 (Dung sai lắp ghép và đo lường kỹ thuật) và MĐ 19 (Kỹ thuật nguội cơ bản và an toàn cơ khí).
  • Giảng viên và cán bộ hướng dẫn thực hành: Sử dụng làm căn cứ chuyên môn để phân bổ thời lượng giảng dạy, chuẩn bị trang thiết bị, phôi liệu, dụng cụ xưởng và xây dựng thang điểm đánh giá kỹ năng thực hành cho sinh viên.
  • Kỹ thuật viên và công nhân bảo trì: Tài liệu tham khảo hữu ích cho thợ bảo dưỡng cơ khí tại các phân xưởng cơ điện, chế tạo máy nhằm chuẩn hóa quy trình tháo lắp, tra cứu công thức pha chế dung dịch tẩy rửa và các thông số sửa chữa phục hồi chi tiết máy công cụ.

Câu hỏi thường gặp (FAQ)

1. Giáo trình này được biên soạn cho đối tượng nào và thuộc cấp độ đào tạo nào?

Giáo trình được biên soạn riêng cho sinh viên ngành Nguội sửa chữa máy công cụ ở trình độ Cao đẳng, ban hành bởi Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định theo chuẩn chương trình mô đun nghề MĐ 21.

2. Người học cần đáp ứng điều kiện tiên quyết nào trước khi học mô đun này?

Học viên phải hoàn thành hai mô đun bắt buộc trước đó là MĐ 18 và MĐ 19 để nắm vững kiến thức về bản vẽ kỹ thuật, dung sai lắp ghép, kỹ thuật đo lường và các kỹ năng nguội cơ bản.

3. Cấu tạo chung của một cơ cấu điều khiển máy công cụ gồm những bộ phận nào?

Theo giáo trình, mọi cơ cấu điều khiển cơ khí đều được quy về 3 bộ phận chính:

  1. Bộ phận điều khiển: Nơi tiếp nhận và phát tín hiệu ban đầu (tay gạt, cữ chặn, đĩa cam, mẫu chép hình).
  2. Bộ phận truyền động: Nơi truyền tín hiệu từ bộ phận điều khiển đến bộ phận chấp hành qua đòn bẩy, thanh răng, thủy lực, khí nén hoặc điện tử.
  3. Bộ phận chấp hành: Chi tiết trực tiếp thực hiện chuyển động chức năng như ngàm gạt di trượt bánh răng, then kéo, piston.

4. Quy trình phục hồi ngàm gạt bị mòn bề mặt làm việc được thực hiện như thế nào?

Quy trình gồm các bước: dũa hai mặt bên ngàm đi $6\text{ mm}$ về hai phía; gia công vát mép hai tấm thép 45 kích thước $20 \times 25 \times 4\text{ mm}$; kẹp tấm thép vào ngàm trên ê-tô; hàn đính 4 điểm; hàn liên kết toàn bộ mép vát quanh tấm thép; cuối cùng tiến hành dũa bề mặt đạt kích thước và độ nhẵn theo yêu cầu bản vẽ.

5. Giáo trình sử dụng những loại máy công cụ nào làm đối tượng thực hành điển hình?

Các bài thực hành và ví dụ công nghệ trong giáo trình được xây dựng trên:

  • Máy tiện kiểu T6M16
  • Máy khoan đứng kiểu K125 (Nhà máy Chế tạo máy công cụ số 1 Hà Nội)
  • Máy phay 6H82
  • Máy phay P82

Kết luận

Giáo trình Mô đun: Bảo dưỡng hệ thống điều khiển (MĐ 21) của Trường Cao đẳng Công nghiệp Nam Định là tài liệu đào tạo chuyên môn cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện từ lý thuyết kết cấu động học đến quy trình công nghệ bảo trì, phục hồi chi tiết máy công cụ. Với 76% thời lượng dành cho thực hành xưởng, giáo trình định hình năng lực nghề nghiệp thực tế cho học viên thông qua phương pháp lập phiếu công nghệ, đo kiểm dung sai và thực hiện chuẩn xác các thao tác nguội sửa chữa cơ khí.

Để tối ưu hóa lộ trình học tập, người học nên kết hợp nghiên cứu giáo trình cùng các tài liệu tiêu chuẩn về dung sai lắp ghép, bản vẽ khai triển máy công cụ và các quy chuẩn an toàn lao động hiện hành trong phân xưởng cơ khí.