Tổng quan về giáo trình
Tài liệu giảng dạy Phay nâng cao thuộc nghề Cắt gọt kim loại, trình độ Trung cấp, do Trường Trung cấp Đông Sài Gòn (Ủy ban Nhân dân Thành phố Thủ Đức) biên soạn và ban hành theo quyết định nội bộ năm 2023. Trong chương trình đào tạo nghề Cắt gọt kim loại và Công nghệ chế tạo máy, mô-đun Phay nâng cao giữ vị trí chuyên môn then chốt, được bố trí sau khi người học đã nắm vững các kỹ thuật gia công mặt phẳng, rãnh thẳng cơ bản trên máy phay truyền thống.
Mục tiêu học tập của tài liệu tập trung trang bị cho người học năng lực giải quyết các bài toán công nghệ phay phức tạp. Cụ thể, sau khi hoàn thành chương trình, người học có khả năng:
- Phân tích cấu tạo, nguyên lý làm việc và lập sơ đồ động của đầu phân độ vạn năng;
- Thực hiện tính toán và thiết lập xích truyền động phân độ trực tiếp, gián tiếp, phân độ vi sai và phân độ phay rãnh xoắn;
- Vận hành máy phay đứng và máy phay ngang vạn năng để gia công chi tiết đa giác, rãnh chữ T tiêu chuẩn, bánh răng trụ răng thẳng và bánh răng trụ răng nghiêng;
- Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về độ chính xác kích thước (đạt cấp chính xác 8–10 đối với đa giác, 8–6 đối với bánh răng, 10–8 đối với rãnh chữ T), độ nhám bề mặt (cấp 4–5), dung sai hình dáng và vị trí tương quan ($\le 0{,}05/100$ mm);
- Nhận diện các dạng sai hỏng cơ học, phân tích nguyên nhân và thực hiện biện pháp phòng ngừa, kiểm tra chất lượng sản phẩm bằng thiết bị đo chuyên dụng.
Tài liệu được thiết kế theo phương pháp tiếp cận mô-đun kỹ thuật thực hành kết hợp cơ sở tính toán lý thuyết. Điểm đặc thù của tài liệu là sự chuẩn hóa các bài toán tính toán xích truyền động phân độ, kiểm nghiệm ăn khớp bánh răng thay thế, cùng hệ thống bảng tra cứu chế độ cắt và thông số dụng cụ cắt định hình.
Nội dung kiến thức cốt lõi
Các chương/chủ đề chính
Tài liệu được phân chia thành 6 bài học chuyên đề, phát triển theo trật tự logic từ thiết bị công nghệ phụ trợ, phương pháp phân độ đến kỹ thuật gia công từng dạng bề mặt cụ thể:
- Bài 1: Đầu phân độ vạn năng: Khảo sát cấu tạo ụ phân độ, trục chính có khả năng xoay nghiêng $0^\circ \div 90^\circ$, đĩa chia gồm các hàng lỗ đồng tâm (15, 16, 17, 18, 19, 20, 23, 26, 29, 30, 31, 33, 37, 39, 41, 43, 47, 49, 54 lỗ), cơ cấu cánh kéo và kim cài. Trình bày phương pháp phân độ gián tiếp ($n = 40/z$), phân độ vi sai thông qua bộ bánh răng thay thế $i_x = \frac{a \cdot c}{b \cdot d} = \frac{40(z' - z)}{z'}$, và phân độ rãnh xoắn kết nối trục vít me bàn máy với đầu phân độ ($i_x = \frac{40 \cdot P_v}{S}$).
- Bài 2: Phay chi tiết đa giác: Quy trình gia công chi tiết định hình đa giác (tứ giác, lục giác) gá trên ụ phân độ và chống tâm. Xác định chế độ cắt, công thức lượng chạy dao phút $S = S_r \cdot N$, tính toán số vòng quay trục chính $n = \frac{1000v}{\pi d}$, kỹ thuật khử độ rơ đầu phân độ và phương pháp kiểm soát độ đối xứng giữa các bề mặt.
- Bài 3: Thông số động học của bánh răng trụ răng thẳng: Khái quát nguyên lý gia công bao hình (phay lăn răng dùng dao trục vít thân khai, độ chính xác cấp 4–5) và gia công chép hình (dùng dao phay đĩa mô-đun, dao phay ngón mô-đun). Thiết lập các thông số hình học: mô-đun ($m$), số răng ($z$), đường kính vòng chia ($d = m \cdot z$), đường kính đỉnh ($d_d = m(z+2)$), đường kính chân ($d_c = d - 2{,}5m$), góc ăn khớp ($\alpha_0 = 14^\circ30', 15^\circ, 20^\circ$). Trình bày quy cách bộ dao mô-đun 8 dao và 15 dao, kết cấu hớt lưng theo đường xoắn Ác-si-mét, góc trước $\gamma = 0^\circ$.
- Bài 4: Phay bánh răng trụ răng thẳng: Hướng dẫn quy trình công nghệ gia công bánh răng trên máy phay ngang và máy phay đứng vạn năng. Tính toán phân độ đơn giản và vi sai, lựa chọn chế độ cắt dựa trên bảng hệ số $C_v$ của vật liệu phôi (thép C45, 40X, 18XT, 12XH3, gang HB180) và vật liệu dao (thép gió P9, hợp kim BK8, T15K6). Kỹ thuật lấy dấu, cắt thử, điều chỉnh cữ chặn hành trình tự động và phương pháp đo kiểm bằng thước kẹp đo răng, kích thước pháp tuyến chung $W$.
- Bài 5: Phay rãnh chữ T: Tiêu chuẩn kích thước rãnh chữ T trên bàn máy cơ khí ($10 \div 54$ mm). Đặc tính hình học dao phay rãnh chữ T chuôi côn Moóc số 1–5, góc nghiêng răng $15^\circ$ so le. Trình tự 3 bước công nghệ: (1) Phay rãnh vuông suốt bằng dao phay ngón hoặc dao phay đĩa 3 mặt cắt; (2) Phay phần rộng rãnh chữ T bằng dao chuyên dụng; (3) Vát mép rãnh bằng dao phay góc kép.
- Bài 6: Phay bánh răng trụ răng nghiêng: Khảo sát mối quan hệ giữa mô-đun pháp tuyến $m_n$ và mô-đun tiếp tuyến $m_s = \frac{m_n}{\cos \beta}$, bước pháp tuyến $P_n$ và bước xoắn $S = \pi \cdot d \cdot \cot \beta$. Phương pháp chọn số hiệu dao phay mô-đun dựa trên số răng ảo $Z' = \frac{Z}{\cos^3 \beta}$. Tính toán và lắp đặt trạc bánh răng thay thế $i_x = \frac{Z_t}{Z_g} = \frac{40 \cdot P_v}{S}$, kỹ thuật xoay bàn máy theo góc xoắn $\beta$.
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| TIẾN TRÌNH NỘI DUNG TÀI LIỆU |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| [Bài 1: Đầu phân độ vạn năng] |
| -> Cơ cấu đĩa chia, trục vít - bánh vít 40:1, tính toán phân độ và bộ bánh răng |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|
v
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| [Bài 2: Phay đa giác] | [Bài 5: Phay rãnh chữ T] |
| - Gá kẹp đầu phân độ/chống tâm | - Trình tự 3 bước công nghệ: rãnh vuông, |
| - Khử độ rơ, chế độ cắt đa diện| rãnh T, vát mép |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|
v
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| [Bài 3 & 4: Bánh răng trụ răng thẳng] |
| - Động học thân khai, thông số m, z, d, dd, dc, W |
| - Bộ dao đĩa mô-đun 8/15 con, chế độ cắt thép C45/40X, gia công máy phay ngang/đứng|
+-----------------------------------------------------------------------------------+
|
v
+-----------------------------------------------------------------------------------+
| [Bài 6: Bánh răng trụ răng nghiêng] |
| - Mô-đun pháp mn, mô-đun tiếp ms, góc xoắn beta |
| - Số răng ảo Z' = Z/cos^3(beta), xích truyền rãnh xoắn S = pi*d*cot(beta) |
+-----------------------------------------------------------------------------------+
Kiến thức nền tảng được xây dựng
- Động học truyền động phân độ: Cơ sở biến đổi chuyển động giữa tay quay, đĩa chia, cặp trục vít – bánh vít có đặc tính $N = 40$, và hệ thống bánh răng thay thế kết nối với vít me bàn máy có bước $P_v$.
- Hình học bánh răng thân khai: Mối quan hệ hình học giữa prôfin thanh răng tiêu chuẩn, góc ăn khớp $\alpha_0$, vòng chia, vòng đỉnh, vòng chân và mặt hớt lưng Ác-si-mét của dụng cụ cắt định hình.
- Nguyên lý bù sai số vi sai: Cơ chế bù trừ sai số tỷ số truyền không phân chia được trực tiếp thông qua vi sai góc quay của đĩa chia, với điều kiện kiểm nghiệm ăn khớp bánh răng lắp ngoài: $a+b > c + (15\div20)$ và $c+d > b + (15\div20)$.
Kỹ năng phát triển
- Kỹ năng tính toán công nghệ: Tính số vòng quay tay quay $n$, tính thông số bộ bánh răng thay thế $a, b, c, d$, tính số răng ảo $Z'$ để chọn dao mô-đun, tính bước xoắn $S$ và góc xoay bàn máy $\beta$.
- Kỹ năng định vị và gá đặt: Gá lắp đầu phân độ, ụ động, rà song song đường tâm phôi với hướng tiến bàn máy bằng đồng hồ so; căn chỉnh đường tâm dao trùng tâm chi tiết gia công.
- Kỹ năng đo lường và kiểm soát chất lượng: Đo kiểm kích thước pháp tuyến chung $W = m(1{,}476065k + 0{,}013996Z)$, đo chiều dày răng bằng thước kẹp đo răng hai chiều (thước mỏ ngang và tấm trượt đứng), kiểm tra độ đảo hướng kính và độ song song của răng.
Phương pháp giảng dạy và học tập
Tài liệu sử dụng phương pháp giảng dạy tích hợp lý thuyết kỹ thuật và thực hành thao tác. Cấu trúc mỗi bài học được tiêu chuẩn hóa theo chu trình: Mục tiêu đào tạo $\rightarrow$ Cơ sở lý thuyết và công thức $\rightarrow$ Ví dụ tính toán định lượng mẫu $\rightarrow$ Trình tự các bước gá lắp, điều chỉnh máy $\rightarrow$ Nhận diện sai hỏng và kiểm tra chất lượng $\rightarrow$ Câu hỏi ôn tập và bài tập thực hành.
+------------------------------------------------------------------------------------+
| CHU TRÌNH HỌC TẬP VÀ ĐÁNH GIÁ |
+------------------------------------------------------------------------------------+
| [1. Thiết lập công nghệ] Tính toán n_tq, bộ bánh răng thay thế, chọn số hiệu dao |
| | |
| v |
| [2. Gá đặt & Căn chỉnh] Rà phẳng/đồng trục bằng đồng hồ so, lấy tâm dao trùng tâm|
| | phôi, chỉnh du xích bàn máy |
| v |
| [3. Cắt thử & Gia công] Vạch dấu kiểm tra góc xoắn/chiều sâu, cắt tự động có cữ |
| | hành trình và làm nguội |
| v |
| [4. Đo kiểm & Đánh giá] Kiểm tra W, chiều dày răng bằng thước kẹp đo răng, |
| đối chiếu dung sai 8-6, độ nhám cấp 4-5 |
+------------------------------------------------------------------------------------+
Hệ thống bài tập ví dụ trong tài liệu được thiết kế bám sát bài toán thực tế tại phân xưởng:
- Tính toán phân độ trực tiếp/gián tiếp cho các trường hợp số răng chẵn, số răng $z > 40$ ($z = 48 \Rightarrow n = 25/30$ vòng trên hàng lỗ 30), số răng $z < 40$ ($z = 25 \Rightarrow n = 1$ vòng + $12/20$ lỗ).
- Giải bài toán phân độ vi sai với số phần chia không có sẵn trên đĩa chia ($z = 51, z = 67$), chọn $z' = 50$, xác định chiều quay của đĩa chia ($x > 0$ cùng chiều, $x < 0$ ngược chiều cần bánh răng trung gian $z_0$).
- Tính toán phay dao phay trụ xoắn và bánh răng xoắn với góc nghiêng $\beta = 25^\circ$, $\beta = 18^\circ$, bước vít me $P_v = 6$ mm.
Phương pháp đánh giá kết quả học tập dựa trên hai tiêu chí định lượng: (1) Kỹ năng thao tác an toàn, đúng trình tự quy phạm kỹ thuật; (2) Chất lượng sản phẩm đo được trên thiết bị đo (cấp chính xác, độ nhám, độ đồng tâm, profin răng).
Điểm nổi bật và cập nhật
Tài liệu thể hiện rõ các quy chuẩn kỹ thuật chuyên ngành cơ khí chế tạo:
- Hệ thống dữ liệu kỹ thuật và bảng tra cứu chi tiết: Cung cấp đầy đủ thông số hai bộ bánh răng thay thế tiêu chuẩn gồm Bộ 5 ($25, 30, 35, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100$) và Bộ 4 ($20, 24, 24, 28, 32, 36, 40, 44, 44, 48, 56, 72$), cùng bảng quy chuẩn số hiệu bộ dao mô-đun 8 dao và 15 dao.
- Bảng chế độ cắt định lượng: Đưa ra hệ số tỉ lệ $C_v$ cho các nhóm vật liệu gia công cụ thể (Thép C45 với $C_v = 268$, Thép 18XT với $C_v = 183$, Thép 12XH3 với $C_v = 107$, Gang với $C_v = 400$) tương ứng với vật liệu dụng cụ cắt thép gió P9, hợp kim cứng BK8 và T15K6.
- Quy trình thao tác triệt tiêu sai số: Hướng dẫn cụ thể kỹ thuật khử độ rơ của đầu phân độ ngay từ vị trí đầu tiên của phôi, kỹ thuật hạ bàn máy xuống 1 vòng trước khi cho bàn dọc chạy lùi để tránh làm hỏng bề mặt răng đã phay.
| Bảng tra cứu kỹ thuật trong tài liệu | Nội dung dữ liệu cung cấp |
|---|---|
| Bảng phân loại bộ dao mô-đun 8 dao | Dao số 1 ($z=12\div13$) đến Dao số 8 ($z=135\div\infty$) |
| Bảng phân loại bộ dao mô-đun 15 dao | Dao số 1 ($z=12$) đến Dao số 8 ($z=135\div\infty$) chia nửa số |
| Bảng hệ số tính pháp tuyến chung | Hệ số $k$ và số răng đo $n$ tương ứng từng khoảng số răng $Z$ ($12\div81$) |
| Bảng vận tốc cắt $v$ và hệ số $C_v$ | Phân loại theo Thép C45, 40X, 18XT, 12XH3, Gang HB180 cho dao P9, BK8, T15K6 |
Đối tượng sử dụng giáo trình
Tài liệu được biên soạn phục vụ các đối tượng chính trong đào tạo và sản xuất cơ khí:
- Học sinh, sinh viên: Người học trình độ Trung cấp, Cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại, Công nghệ Kỹ thuật Cơ khí, Chế tạo máy đang theo học mô-đun Phay nâng cao hoặc chuẩn bị thi tốt nghiệp, luyện thi tay nghề.
- Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các học phần Vẽ kỹ thuật cơ khí, Dung sai lắp ghép và đo lường kỹ thuật, Vật liệu học và xử lý nhiệt, Kỹ thuật phay cơ bản (vận hành máy phay đứng, máy phay ngang, phay mặt phẳng, phay rãnh suốt).
- Giảng viên và giáo viên dạy nghề: Sử dụng làm tài liệu giảng dạy chuẩn, làm căn cứ xây dựng đề cương chi tiết, giáo án tích hợp lý thuyết – thực hành và thiết kế phôi mẫu bài thi thực hành nghề.
- Kỹ thuật viên, thợ gia công cơ khí: Dùng làm tài liệu tra cứu nhanh công thức phân độ, cách lắp bộ bánh răng thay thế và tính toán thông số gia công bánh răng khi làm việc tại các xưởng sản xuất cơ khí.
Câu hỏi thường gặp
1. Giáo trình này phù hợp với ai?
Tài liệu được thiết kế cho học sinh, sinh viên hệ trung cấp, cao đẳng nghề Cắt gọt kim loại và các kỹ thuật viên cơ khí muốn nâng cao kỹ năng gia công phay các chi tiết định hình phức tạp.
2. Cần kiến thức nền nào để học mô-đun này?
Người học cần nắm vững kỹ năng đọc bản vẽ cơ khí, kiến thức về dung sai lắp ghép, kỹ năng sử dụng dụng cụ đo (thước cặp, panme, đồng hồ so) và kỹ năng vận hành cơ bản máy phay vạn năng.
3. Điểm khác biệt của tài liệu so với tài liệu phay cơ bản là gì?
Tài liệu tập trung vào các phương pháp gia công sử dụng đồ gá chuyên dùng (đầu phân độ vạn năng) và các chuỗi truyền động phối hợp (phân độ vi sai, phay rãnh xoắn liên động với vít me), cùng phương pháp tính toán bánh răng thay thế và kiểm tra bánh răng bằng kích thước pháp tuyến chung $W$.
4. Làm sao để tự học và thực hành hiệu quả theo tài liệu?
Người học cần thực hiện tuần tự việc giải các bài toán ví dụ tính toán số vòng quay tay quay ($n$) và bánh răng thay thế ($i_x$), kiểm tra điều kiện ăn khớp trước khi thao tác thực tế trên máy nhằm tránh tình trạng gãy dao hoặc hỏng đĩa chia.
5. Tài liệu có cung cấp thông số để gia công rãnh xoắn trái và rãnh xoắn phải không?
Có. Tài liệu hướng dẫn cụ thể cách bố trí bánh răng trung gian để đổi chiều quay của đĩa chia khi phân độ vi sai ($z' < z$) cũng như quy tắc xoay bàn máy theo chiều xoắn của rãnh (xoắn trái xoay cùng chiều kim đồng hồ, xoắn phải lắp thêm bánh răng trung gian).
Kết luận
Tài liệu giảng dạy Phay nâng cao của Trường Trung cấp Đông Sài Gòn cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện và quy chuẩn về kỹ thuật gia công chi tiết phức tạp trên máy phay vạn năng. Thông qua việc kết hợp giữa lý thuyết động học truyền động và hướng dẫn thao tác thực hành, tài liệu giúp người học làm chủ các thiết bị phân độ, quy trình gia công bánh răng và rãnh định hình theo đúng tiêu chuẩn công nghiệp. Để đạt hiệu quả cao nhất, người học nên kết hợp tài liệu này với các sổ tay công nghệ chế tạo máy và tiêu chuẩn TCVN về hình học bánh răng thân khai.