《機械制造工藝基礎》重點章節教法剖析

摘 要：機械制造工藝基礎課較之職業學校機械類其他課程，內容繁多，涉及的知識面較廣，各章節的教學內容性質差異較大，因此所選擇的教法也不盡相同。“金屬切削加工的基礎知識”一章是本門課程的教學重點，內容理論性較強，教學難度較大，學生學習時遇到的困難和問題也較多。這里以這一章為例，對本門課程的教法，進行簡單的分析研究。

關鍵詞：機械制造工藝基礎 教法 研究

目前對機械零件的加工，主要通過金屬切削加工完成，尤其對于高精度的重要零件更是如此。而金屬切削加工盡管有車削、銑削、鏜削、刨削、插削、拉削、磨削等多種不同的機械加工方法，但切削過程中所產生的物理、化學現象以及切削規律卻基本相同。因此，要通過切削加工而獲得符合尺寸、形狀和位置精度以及表面粗糙度要求的高質量的零件，就必須對各種方法的共同規律加以研究。從而可以利用這些規律，來提高加工質量，提高生產效率。“金屬切削加工的基礎知識”一章，正是研究這種共同規律的。為這

本章講授難度較大，學生學起來問題較多，主要反映在下述三點。

一是找不到各節教學內容之間的相互聯系，因而不便于系統地掌握。本章的幾節內容分別為：切削運動與切削用量、刀具材料和幾何形狀、金屬切削過程、刀具主要角度選擇概要。從這些內容來看，似乎沒有什么內在聯系，幾個差異較大的內容羅列在一起，一會兒講這兒，一會講那兒，學生不易掌握。因此，通過教師的講授，應把這些內容用一條線系統地串起來，詳細說明它們之間的關系，使學生得到一套完整的知識。

二是在研究切削刀具的幾何形狀和幾何角度時，是采用幾個假想的輔助平面來確定和測量的，而這樣的輔助平面，在刀具上又不實際存在，看不見，摸不著。因此給教學帶來一定困難。要求教師在講授時，采用適當的教學方法，使學生容易接受，便于掌握。

三是在講授金屬切削過程這節時，講到切削力和切削熱給加工精度帶來一定影響，從理論上進行分析，比較容易理解。但是工藝系統（機床、夾具、工件、刀具）在切削抗力和切削熱的作用下引起的變形，一般是很微小的，并不是用兩只肉眼就能看清楚的。因此究竟變形多大，對加工精度帶來多大影響，是否對機器裝配質量就會構成很大影響，同學們往往不十分清楚。因為沒有形象而深刻的認識，所以實際工作中學生重視度不夠。因此，教師在授課時，要通過適當的方法，使學生了解切削抗力和切削熱給工藝系統變形帶來的影響，以及這種變形給加工精度帶來的不可忽視的影響。使他們在今后的工作中，對切削過程中產生的這兩種物理現象，給以應有的重視。

下面對本章的教法作具體的研究。

一、“金屬切削加工的基礎知識”一章的講課要點

金屬切削加工，是利用金屬切削刀具和工件做相對的運動，從工件上切除多余的材料，以獲得符合尺寸、形狀和位置精度，以及表面粗糙度要求的加工方法。因此，我們研究切削加工的目的，主要是如何盡快地從工件上切除多余的金屬材料，形成我們所需要的零件的尺寸和形狀，亦即掌握提高生產效率的加工方法；另一方面，要掌握保證零件的加工精度、各項技術要求以及表面加工質量（粗糙度，硬化層裂紋）等的加工方法。所以應以提高生產率和加工質量為線，來確定其講課要點。本著這一原則，“金屬切削加工的基礎知識”這一章的講課要點應為以下三點。

1.切削運動與切削用量

切削運動可分為主運動和進給運動。要求分清主運動和進給運動各起什么作用；不同的機床其主運動和進給運動有什么區別。

切削用量包括切削速度v、進給量s、切削深度t。不同的切削方式，三個參數的概念不一樣。要了解這些參數對生產率和加工質量有著怎樣的影響，該怎樣合理地選擇這些參數來提高生產率和加工質量。

2.切削刀具

要介紹各種常用的刀具材料和刀具切削部分的幾何形狀和角度。研究它們對生產率和加工質量的影響，從而掌握合理選擇刀具材料和刀具切削角度，來提高生產率和加工質量的方法。

3.金屬切削過程

重點介紹切削過程中所產生的不同的切屑形狀、積屑瘤、加工表面硬化、切削抗力、切削熱、刀具磨損等現象；研究這些現象的產生與被加工工件材料的性能、切削用量的選擇、刀具各種角度的大小、刀具材料的特性、冷卻散熱條件的關系；探討加工中產生的各種現象給生產率和加工質量帶來怎樣的影響，進而找到減少這些現象或利用這些現象的方法。

二、“金屬切削加工的基礎知識”一章的講課原則

要想達到理想的教學效果，應遵循以下幾項主要的教學原則和講授方法的貫徹。

1.理論聯系實際原則的貫徹

在貫徹理論聯系實際原則中，要特別強調先實踐后理論的問題。先實踐后理論，就是要求在講授金屬切削加工這一內容之前，學生應對切削加工的各種方法有一定的感性認識。這一原則對于非切削加工工種（鑄工、鍛工、焊接工等）的學生，更為重要。因為他們對機床，金屬切削方法，切削加工中所使用的刀具、工具、工件的加工精度和表面粗糙度等接觸不多，還都缺乏認識。這就給教學帶來一定的困難。為此，教師在組織教學時，應根據學校的教學條件，或在講課之前進行切削加工多工種實習（重點是進行車削加工實習）；或組織學生到機械加工車間或機床工藝實驗室進行認真的參觀實習。在實習過程中，教師應引導學生注意下列問題：

（1）切削加工過程中，機床、刀具、工件的運動情況，分清哪是主運動，哪是進給運動。所選用的切削用量怎樣。

（2）切削時所選用刀具的結構、幾何形狀、刀具角度。

（3）切削過程中切屑的形成過程和種類。有無切削抗力、切削熱、積屑瘤、刀具磨損等現象的產生。加工中為了減少切削抗力的影響和切削熱的影響采用了哪些措施。

（4）切削加工前后工件的形狀、尺寸、精度、粗糙度的變化情況。

對于切削加工各工種（車工、銑工、刨工、磨工等）的學生，或已進行過切削加工實習的其他各工種的學生，則可不必安排這樣的環節。

2.采用課堂教學和現場教學結合的授課方式

除在課堂上作系統講授外，可把本章部分內容如切削運動、切削用量、切屑種類等的教學安排在實習車間或實驗室進行。在現場教學過程中，若教師能親自操作，講授時伴以示范，則更能提高現場教學的效果。

3.啟發性教學原則的貫徹

“金屬切削加工的基礎知識”一章的教學，應注意采用啟發式教學，引導學生多動腦筋想問題，使課本上的教學內容與生產實習中遇到的大量問題緊密地聯系起來。通過學生主動思考，使他們自己找出答案或解決問題的方法。為此，教師除啟發學生自己找問題外，還應根據本章教材內容，多向學生提出一些生產實習中常見的問題，供學生思考。例如：

切削速度v、進給量s、切削深度t這三個運動參數對加工質量和生產率有怎樣的影響？選用時三者有什么樣的辯證關系？粗加工時一般選較低的切削速度，這是為什么？這是否與提高生產率有矛盾？

車削加工中為什么有時會產生積屑瘤，而當切削速度改變后，這種切削瘤為什么會自動消失？積屑瘤給粗加工或精加工帶來怎樣的影響？用什么措施除積屑瘤？

加工細長軸時易出現腰鼓形，原因何在？怎樣通過改變刀具角度或提高工藝系統的剛性來減少這種現象的產生？

對于較高精度的零件，加工工藝安排上為什么一般都采用粗、精密加工分開？為什么粗加工后一般要安排自然時效或人工時效處理工序？精密加工為什么要在恒溫車間進行？

切削刀具的前后面為什么經常用油石精細研磨？使用一段時間后，要及時用砂輪修磨刀具，為什么這樣做？為什么及時磨刀反而會減少刀具材料的消耗？

切削刀具采用較大的前、后角可以減少刀具的磨損速度，但是加工韌性材料時，為什么要選小的前、后角？這樣做不是與刀具使用壽命相矛盾嗎？

除上述問題外，當然還可以提出很多，在此僅以這些為例說明。老師通過學生實習中常遇到的問題，可以激發他們學習的積極性，同時使所學理論知識更緊密地與生產實際相結合，使學生感到學有所用，且提高了分析問題和解決問題的能力。

4.充分使用直觀教學手段

本章教學，應注意充分使用模型、掛圖等直觀教學手段，以提高本章的教學效果。如在講授“刀具的幾何形狀”這部分內容時，結合使用模型、掛圖，就能使學生形象地觀察到刀具的各個表面、輔助平面和刀具的角度。又如“切削的種類、刀具的磨損、積屑瘤”等部分內容時，教師使用不同類型的典型切屑、已磨損的典型刀具，以及帶有積屑瘤的車刀等實物教具講授，可使學生對各類典型切屑的形狀、刀具的磨損情況、積屑瘤的形狀一目了然。這樣對教師講授的內容，就比較容易接受。如果不使用這些直觀教學手段，只靠敘述，這些內容就很難解釋清楚，學生也不易理解。

車削刀具、鉆削刀具、銑削刀具、刨削刀具的模型教具和掛圖教具，目前在我國都有專門廠家生產，用時可以選購。但這些教具結構比較簡單，也可自制。有關切屑、磨損刀具以及積屑瘤車刀等實物教具，需要教師平時注意從車間搜集一些典型實物。

5.采用電化教法

本章的切削運動和切削用量，切削過程中切屑的形成過程，以及在切削抗力的作用下工藝系統的變形等教學內容，講授時宜采用電化教學方法。常采用的電化教學設備是多媒體。因為切削運動、切削用量和切屑的形成過程，其演變速度很快，學生即使是在切削加工現場認真觀察，也很難看清楚。工藝系統在切削力的作用下的變形，因為變形量很小，也不易發現。教師單純用口述或在講臺上演示，更難形象地表達出來。如果采用多媒體，在課堂上向學生播放事前錄制好的課件，學生就會很清楚地觀察到發生的一切。生動活潑的電化教學，還能提高學生的興趣。因為多媒體有慢放、停駐以及重播等性能。利用慢放，可以把切削過程以及切屑形成的過程的播放速度放慢，也可以將工藝系統微小的變形量放大，使本來不易看清楚的現象形象地展現在學生眼前。利用停駐或重播，便于教師對重要的畫面作重點講解，同學也可以利用停駐的時間向教師簡短發問，同教師當堂講解。

有關切削運動、切削用量以及切屑的形成過程等的視頻資料，網絡資源很豐富。

6.采用實驗法

對于本章中的切削抗力和切削熱兩部分內容，可采用課堂講授與實驗法相結合的教學方式。通過課堂講授，很容易說明在切削抗力和切削熱的作用之下，工件發生變形的道理，因此，它們給工件加工精度和表面質量帶來影響，也就比較容易理解。但是，這種變形跟哪些切削條件有關，也沒有很深的體會。我們可以采用實驗法，來加深他們對這一理論的理解。實驗法可利用實驗課或業余時間進行。具體做法如下：

（1）切削抗力的產生及其對工件加工精度影響的實驗。本實驗可在車床上進行。在不采用跟刀架或中心架的情況下，車削一根細長軸（長徑比大于30）。如果采用的是主偏角為45°的彎頭車刀，則在徑向力Py的作用下，工件因彎曲變形而成為腰鼓形。車削完后，讓學生自己對工件進行實際測量，看加工完的零件直徑在全長上的變化情況，從而看出Py切削力給加工精度帶來多大影響。把這些測量的結果記錄下來。再改變一下吃刀深度（減小t值）或改變一下刀具的主偏角（取主偏角=90°），進行車削實驗，分別測量被加工零件直徑在全長的變化情況，作好記錄。與前面第一次車削后的測量記錄相比較，分析切削用量和刀具切削角度的變化，對切削抗力Py帶來的影響。進而證明怎樣通過改變切削用量和刀具的切削角度，來減小切削抗力，減小工件變形，提高加工精度。

（2）切削熱對加工精度影響的實驗。對于切削熱的影響，也可以通過實際切削來進行。在車床上，選一個大余量的毛坯件進行車削和鉆削等工序，選擇較高的切削速度，使其產生較多的切削熱和較高的溫升，并在工件溫度較高的情況下，精鏜出一個較大的孔。讓同學馬上測出此孔的實際加工尺寸，并作好記錄。等工件溫度降至室溫后，再測量一下這個孔的尺寸，比較兩次測量的結果，看與在熱態情況下測量的數值有什么變化。由此證明切削溫度對加工精度帶來怎樣的影響。

上述兩個實驗，是切削力和切削熱直接影響工件質量的實驗。實際上它們對整個工藝系統都帶來影響。例如，切削力給機床、夾具、刀具帶來的變形；切削力給工藝系統帶來振動；切削力給加工帶來噪聲；切削力給加工表面質量帶來的影響；切削熱給工藝系統帶來的熱變形等等。這些都可以通過實驗加以證明，這里就不詳細說明。

以上是“金屬切削加工的基礎知識”一章教學中常用的教學方法，教師在選用教學方法時，應根據每節課的教學任務和內容，以及學生的基礎知識和理解能力通盤考慮。為了提高教學質量，教師應當從實際出發，把各種教學方法配合起來，靈活運用，并創造出自己別具一格的教學方法。

參考文獻：

[1] 傅水根，等.機械制造工藝基礎（第3版）[M].北京：清華大學出版社，2010.

[2] 胡迎春，等.職業教育教學法[M].上海：華東師范大學出版社， 2010.

（作者單位：安徽省馬鞍山市皖江職業教育中心學校）