工學一體化在產品設計教學中的應用

羅金平

摘 要：在產品設計教學過程中， 筆者運用工學一體化的教學手段，把校企合作解決企業實際生產問題轉化為課程教學，將多門專業課的知識融會貫通，培養學生解決實際生產問題的能力，使其達到企業設計崗位的要求。

關鍵詞：工學一體化 校企合作 產品設計 成果轉化

隨著數控模具技術的高速發展，計算機在企業產品設計中得到日益廣泛的使用，出現了許多高效率的設計軟件。同時，企業設計崗位的人才需求日益增加，越來越多的技校生走上企業設計崗位。如何引導學生有效開展產品設計課程的學習，適應企業設計崗位的要求，成為技校教師迫切需要解決的課題。

一、開展設計課程的重要性

隨著數控自動化的發展，機器自動化逐漸代替了人力，甚至有些工廠的數控機床已經成為大批量進行流水線生產的工具，還招聘了一些沒有技能基礎的工人代替技術工人進行操作。因此，單純掌握操作技術的技校生已經不能滿足企業的需求，企業需要既會編程設計、又能進行熟練操作的技工。未來幾年，我國企業對設計人才的需求將明顯增加。由此，技校專業改革的思路也日漸清晰，高技能人才將是技校生職業發展的大趨勢，也是未來社會和企業高速發展的原動力。

近年來，模具企業大量采購數控設備，需要大量掌握設計、數控編程的高級技工。目前，數控高級技工在企業技工中所占比例很低，尤其是專業設計理論知識層次較高、且具備一定動手能力的高級人才更是緊缺。掌握一定的模具設計及加工設計知識，具備一定的模具制造基礎知識，具備數控機床的操作、日常維護和手工編程的能力的技校生，將成為設計工程師的得力助手，受到企業的喜愛。

二、應用于設計教學的校企合作成果概述

筆者學校通過校企合作，利用專業知識的優勢以及學校現有的技術，研制出多項合作成果，大大提高了師生解決實際生產中問題的能力，實現了校企雙贏。

1.浸油潤滑磨頭箱

（1）原磨頭箱存在的問題。舊式磨剪機的磨頭箱處于開放狀態，軸承潤滑不足，工作溫度較高，又因車間工作環境差，砂輪粉、水汽等的侵蝕，導致軸承使用壽命不長，磨頭工作效率不高，難以適應現階段的生產需求。

（2） 浸油潤滑磨頭箱的原理。根據上述不足，學校在參考舊機的基礎下，與企業共同開發出新型磨剪設備。現對其中的重要部分浸油潤滑磨頭箱作一介紹，如圖1所示。

設計一個密封的磨頭箱，在箱內注入潤滑油，使滾動軸承最下部滾動體浸入箱內的油池中，通過軸承滾動體的轉動，將油池中的潤滑油帶入軸承進行潤滑，同時也甩到箱壁上，借以散熱。磨削的主運動由電動機經皮帶輪、鍵、主軸，將轉動傳遞到磨盤上。主軸兩邊軸頸各配對安裝一深溝球軸承和圓錐滾子軸承，主要承受徑向力和軸向力，通過圓螺母和止動墊圈來調整軸承間隙。

圖1 磨頭箱結構圖

2.省力鋒利刃口技術

（1）企業反映的問題。工廠的塑料柄裁縫剪不夠鋒利，多層布或厚布剪切時剪尾力度不足，難以和那些高級的鑄鋼裁縫剪比美。

（2）解決方案。針對此問題，筆者學校專門成立了課題研發小組，積極開展研究。最終提出了如下切實可行的改良方案。

①修改剪刀刃口角度。通過修改剪刀尾部刃口的圓弧以達到增大剪切時咬合角度的目的，使剪刀剪切力度增大，順利完成多層布剪切（如圖2）。

②改良手柄設計。為防止手柄產生滑動現象，減輕手的疲勞程度，根據人機工程學的原理，改良塑料手柄和手接觸位置，增加舒適度，使使用者能更好地用力。

圖2 受力分析圖

三、工學一體化開展設計教學

1.工學一體化設計教學的內容安排

工廠產品設計多數分為三類：零件的設計、設備的改良、抄數及產品的改良設計。筆者根據企業調研情況和市場需求，再結合自己多年工廠設計的經驗，開展設計課程教學。

（1）鼠標的外形設計。學生經常用電腦，對鼠標也很熟悉，筆者就此引導他們設計一個鼠標，學生頗感興趣。這樣一方面促進學生的創新、設計能力得到極大提高，另一方面引導學生更多地運用立體軟件進行外形設計，使學生更靈活地掌握曲面、實體的制作。

（2）浸油潤滑磨頭箱設計。磨頭箱設計教學是針對企業改良設備開設的，屬傳統的機械零件設計。該項設計教學，加深了學生對機械原理的認識及應用，學生機械設計能力有了很大的提高。

（3）剪刀手柄改良。企業經常接到客戶訂單，要求改良產品的指定位置，使產品達到某種功能和效果。這更多的是要求設計員繪制抄數工件。企業對該類人才需求較多，對立體繪圖能力要求較高。筆者通過引進企業的設計圖樣任務展開教學，學生在對抄數零件進行繪制和修改的學習過程中，逐漸提高設計繪圖的能力。

2.工學一體化設計教學的實施過程

以浸油潤滑磨頭箱為例。

（1）研究方案。在開始階段，筆者引導學生分組討論舊式磨頭存在的問題。通過播放視頻觀察，發現舊式磨頭工作環境差，經常受到砂輪粉、水汽等的侵蝕，導致軸承使用壽命不長，磨頭工作效率不高。筆者引導學生學習多種潤滑方式，查閱資料了解各潤滑方式的應用。

（2）確定設計方案。經過學生們的共同討論、教師的引導，比較各潤滑方式的應用特點，針對舊磨頭人手定期潤滑效果差的缺點，決定采用浸油潤滑。

（3）設計磨頭箱的過程。

①筆者指導學生閱讀圖樣和查閱資料，獲取磨頭箱壁厚尺寸要求及軸承尺寸。

②學生草擬磨頭箱配合件設計草圖，培養草圖繪制

能力。

③學生通過運用AutoCAD軟件，繪制磨頭箱的二維圖樣。通過磨頭箱繪圖，讓學生熟練使用AutoCAD命令進行設計，同時學會靈活運用機械制圖中的機件表達方法。教師適時講解繪圖的步驟和關鍵技巧，以及要將一個機件表達清楚所需要的內容。endprint

④筆者設問：“潤滑油的液面高度應該浸到滾動軸承的什么位置？”讓學生去思考。筆者再啟發學生：不同的磨頭轉速對浸油潤滑的油位要求也不同，n>3000r/min時，油位在軸承最下部滾動體中心以下，但不超過滾動體下緣；

n=1500～3000r/min時，油位在軸承最下部滾動體中心以上，但不得浸沒滾動體上緣；n<1500r/min時，油位在軸承最下部滾動體的上緣或浸沒滾動體。

⑤筆者再提問：“如何控制浸油潤滑液面呢？”引導學生去監看液面高度，搜索用何種裝置去控制液面高度。不少學生在查閱資料后，應用了油標來觀看液面高度。有的學生還想到，要保持潤滑油液面高度不變，可用浮球升降電路來控制補油，運用PLC電路控制。筆者深切體會到，學生的能量是不可低估的，難就難在教師如何去激發他們的“小宇宙”。

⑥筆者向學生講解恒位油杯的原理和作用。恒位油杯的作用是使軸承箱體內的潤滑油位保持恒定。恒位油杯內，初始油量一般保持在整個油杯的2/3處。大氣壓的作用使恒位油杯內液面高于磨頭箱體內液面，連通器的原理作用使磨頭箱體內液面保持一定高度。根據轉速設計好工作油位后，用恒位油杯嚴格控制磨頭箱潤滑油的油位高度，大大提高軸承和工作軸的潤滑度，降低了軸承的工作溫度，減少砂輪粉、水汽等雜質的侵蝕，使磨削加工更加穩定。

⑦筆者設問：“磨頭箱潤滑油能否長期潤滑工作？”如何檢測潤滑油的工作情況？筆者引導學生思考、查閱資料，討論得出可在磨頭箱壁底位置設計1個放油孔。每隔1個月對潤滑油的運動黏度和清潔情況進行一次檢查（停機后5分鐘再放油孔采樣），發現潤滑油黏度不符合要求或有污物，即更換潤滑油，以保持潤滑油清潔，延長滾動軸承和磨頭箱的使用壽命，提高經濟效益。一般每工作1500～2000小時需要更換潤滑油。

⑧筆者組織一些能力較強的學生利用Pro/E或UG軟件繪制出浸油潤滑磨頭箱的三維裝配圖，使學生們對將要制作的磨頭箱有了更直觀的了解。

（4）磨頭箱設計注意事項。

①磨頭箱箱體尺寸根據零件裝配擬定，要經過磨頭箱裝配繪制檢測確保尺寸無誤。

②選用軸承時，教師要向學生講清常用滾動軸承的場合及其應用。

③鑄件結構要合理，要便于制造木模、生產工件毛坯。

④公差尺寸的選擇。設計圖樣的公差是產品設計和制造中不可忽視的一部分，它是總裝配時合理配合的重要基礎。

四、工學一體化實施的效果

經過工學一體化設計課程學習后，學生的學習積極性提高了，并能更全面地根據企業需求學習設計理念、知識，運用所學設計知識和從網上、工具書籍上獲取新的知識解決設計中遇到的問題。在解決企業疑難的設計學習中，學生從以前的被動學習轉變為主動求知，學習效果明顯提高，信心大大增強，更利于他們適應企業崗位。筆者所教的不少學生進入到企業的設計部工作，還有一些學生因工作出色成為企業的技術主管。

五、結論

筆者通過工學一體化設計課程的組織教學，結合企業的訂單和技術改造開展設計課程，讓學生的學習更貼近企業需求。學生在學習中解決企業的生產設計問題，學有所成，增強了他們成為企業設計人員的自信心。

參考文獻：

[1]楊可楨，程光蘊，李仲生.機械設計基礎（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]李木杰.技工院校一體化課程體系構建與實施[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2012.

（作者單位：廣東省茂名市第二高級技工學校）endprint

④筆者設問：“潤滑油的液面高度應該浸到滾動軸承的什么位置？”讓學生去思考。筆者再啟發學生：不同的磨頭轉速對浸油潤滑的油位要求也不同，n>3000r/min時，油位在軸承最下部滾動體中心以下，但不超過滾動體下緣；

n=1500～3000r/min時，油位在軸承最下部滾動體中心以上，但不得浸沒滾動體上緣；n<1500r/min時，油位在軸承最下部滾動體的上緣或浸沒滾動體。

⑤筆者再提問：“如何控制浸油潤滑液面呢？”引導學生去監看液面高度，搜索用何種裝置去控制液面高度。不少學生在查閱資料后，應用了油標來觀看液面高度。有的學生還想到，要保持潤滑油液面高度不變，可用浮球升降電路來控制補油，運用PLC電路控制。筆者深切體會到，學生的能量是不可低估的，難就難在教師如何去激發他們的“小宇宙”。

⑥筆者向學生講解恒位油杯的原理和作用。恒位油杯的作用是使軸承箱體內的潤滑油位保持恒定。恒位油杯內，初始油量一般保持在整個油杯的2/3處。大氣壓的作用使恒位油杯內液面高于磨頭箱體內液面，連通器的原理作用使磨頭箱體內液面保持一定高度。根據轉速設計好工作油位后，用恒位油杯嚴格控制磨頭箱潤滑油的油位高度，大大提高軸承和工作軸的潤滑度，降低了軸承的工作溫度，減少砂輪粉、水汽等雜質的侵蝕，使磨削加工更加穩定。

⑦筆者設問：“磨頭箱潤滑油能否長期潤滑工作？”如何檢測潤滑油的工作情況？筆者引導學生思考、查閱資料，討論得出可在磨頭箱壁底位置設計1個放油孔。每隔1個月對潤滑油的運動黏度和清潔情況進行一次檢查（停機后5分鐘再放油孔采樣），發現潤滑油黏度不符合要求或有污物，即更換潤滑油，以保持潤滑油清潔，延長滾動軸承和磨頭箱的使用壽命，提高經濟效益。一般每工作1500～2000小時需要更換潤滑油。

⑧筆者組織一些能力較強的學生利用Pro/E或UG軟件繪制出浸油潤滑磨頭箱的三維裝配圖，使學生們對將要制作的磨頭箱有了更直觀的了解。

（4）磨頭箱設計注意事項。

①磨頭箱箱體尺寸根據零件裝配擬定，要經過磨頭箱裝配繪制檢測確保尺寸無誤。

②選用軸承時，教師要向學生講清常用滾動軸承的場合及其應用。

③鑄件結構要合理，要便于制造木模、生產工件毛坯。

④公差尺寸的選擇。設計圖樣的公差是產品設計和制造中不可忽視的一部分，它是總裝配時合理配合的重要基礎。

四、工學一體化實施的效果

經過工學一體化設計課程學習后，學生的學習積極性提高了，并能更全面地根據企業需求學習設計理念、知識，運用所學設計知識和從網上、工具書籍上獲取新的知識解決設計中遇到的問題。在解決企業疑難的設計學習中，學生從以前的被動學習轉變為主動求知，學習效果明顯提高，信心大大增強，更利于他們適應企業崗位。筆者所教的不少學生進入到企業的設計部工作，還有一些學生因工作出色成為企業的技術主管。

五、結論

筆者通過工學一體化設計課程的組織教學，結合企業的訂單和技術改造開展設計課程，讓學生的學習更貼近企業需求。學生在學習中解決企業的生產設計問題，學有所成，增強了他們成為企業設計人員的自信心。

參考文獻：

[1]楊可楨，程光蘊，李仲生.機械設計基礎（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]李木杰.技工院校一體化課程體系構建與實施[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2012.

（作者單位：廣東省茂名市第二高級技工學校）endprint

④筆者設問：“潤滑油的液面高度應該浸到滾動軸承的什么位置？”讓學生去思考。筆者再啟發學生：不同的磨頭轉速對浸油潤滑的油位要求也不同，n>3000r/min時，油位在軸承最下部滾動體中心以下，但不超過滾動體下緣；

n=1500～3000r/min時，油位在軸承最下部滾動體中心以上，但不得浸沒滾動體上緣；n<1500r/min時，油位在軸承最下部滾動體的上緣或浸沒滾動體。

⑤筆者再提問：“如何控制浸油潤滑液面呢？”引導學生去監看液面高度，搜索用何種裝置去控制液面高度。不少學生在查閱資料后，應用了油標來觀看液面高度。有的學生還想到，要保持潤滑油液面高度不變，可用浮球升降電路來控制補油，運用PLC電路控制。筆者深切體會到，學生的能量是不可低估的，難就難在教師如何去激發他們的“小宇宙”。

⑥筆者向學生講解恒位油杯的原理和作用。恒位油杯的作用是使軸承箱體內的潤滑油位保持恒定。恒位油杯內，初始油量一般保持在整個油杯的2/3處。大氣壓的作用使恒位油杯內液面高于磨頭箱體內液面，連通器的原理作用使磨頭箱體內液面保持一定高度。根據轉速設計好工作油位后，用恒位油杯嚴格控制磨頭箱潤滑油的油位高度，大大提高軸承和工作軸的潤滑度，降低了軸承的工作溫度，減少砂輪粉、水汽等雜質的侵蝕，使磨削加工更加穩定。

⑦筆者設問：“磨頭箱潤滑油能否長期潤滑工作？”如何檢測潤滑油的工作情況？筆者引導學生思考、查閱資料，討論得出可在磨頭箱壁底位置設計1個放油孔。每隔1個月對潤滑油的運動黏度和清潔情況進行一次檢查（停機后5分鐘再放油孔采樣），發現潤滑油黏度不符合要求或有污物，即更換潤滑油，以保持潤滑油清潔，延長滾動軸承和磨頭箱的使用壽命，提高經濟效益。一般每工作1500～2000小時需要更換潤滑油。

⑧筆者組織一些能力較強的學生利用Pro/E或UG軟件繪制出浸油潤滑磨頭箱的三維裝配圖，使學生們對將要制作的磨頭箱有了更直觀的了解。

（4）磨頭箱設計注意事項。

①磨頭箱箱體尺寸根據零件裝配擬定，要經過磨頭箱裝配繪制檢測確保尺寸無誤。

②選用軸承時，教師要向學生講清常用滾動軸承的場合及其應用。

③鑄件結構要合理，要便于制造木模、生產工件毛坯。

④公差尺寸的選擇。設計圖樣的公差是產品設計和制造中不可忽視的一部分，它是總裝配時合理配合的重要基礎。

四、工學一體化實施的效果

經過工學一體化設計課程學習后，學生的學習積極性提高了，并能更全面地根據企業需求學習設計理念、知識，運用所學設計知識和從網上、工具書籍上獲取新的知識解決設計中遇到的問題。在解決企業疑難的設計學習中，學生從以前的被動學習轉變為主動求知，學習效果明顯提高，信心大大增強，更利于他們適應企業崗位。筆者所教的不少學生進入到企業的設計部工作，還有一些學生因工作出色成為企業的技術主管。

五、結論

筆者通過工學一體化設計課程的組織教學，結合企業的訂單和技術改造開展設計課程，讓學生的學習更貼近企業需求。學生在學習中解決企業的生產設計問題，學有所成，增強了他們成為企業設計人員的自信心。

參考文獻：

[1]楊可楨，程光蘊，李仲生.機械設計基礎（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]李木杰.技工院校一體化課程體系構建與實施[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2012.

（作者單位：廣東省茂名市第二高級技工學校）endprint