基于金工實習普通車床訓練的改進與探索

楊筱坤， 張禮鴻

（華南理工大學 廣州學院，廣州 510800）

0 引言

金工實習是機制及機電一體化專業重要的實踐性教學環節，對培養學生動手能力和團隊協作精神有著課堂教學不可替代的作用，也是引導學生從公共課進入專業課的過渡橋梁。相較于職業技術類院校，高等院校不光注重于教導學生學會各種機加工操作技能以及一般生產過程，更加注重教導學生通過實踐操作，使其能夠熟悉有關的工程術語，了解主要的技術文件、加工精度、產品質量的公差和技術測量等方面的初步專業認識，使學生了解機械制造工藝和一些新工藝、新技術在機械制造中的應用。在突出對學生技能的培養、增強學生職業能力的同時，培養學生自主分析問題、解決實際問題的能力，進而培養出更好的具有創新意識和創新能力的高素質人才。因此如何提升金工教學質量，提高教學效果成為金工教學教師一直研究探討的課題。

本課題研究方向旨在通過教學方法改進，研討如何在日常教學中讓學生更好地理解切削理論、刀具構成、公差配合、加工質量、加工工藝等機械加工基礎知識，并培養學生分析問題、解決問題的能力。

針對以上研究目標，本文進行研究內容如下：

1）由學生在學習車床加工典型表面基礎上，自行設計典型性較復雜車床加工零件，分析零件特征，制定加工工藝，選定加工刀具，并使用車床進行加工。

2）制作車床主軸箱的裝配體模型及仿真動畫，作為教學的課件視頻，使學生能清楚直觀地觀察主軸變速箱的內部結構，并對變速機構的傳動關系、機械裝配有所了解，為后續課程做先導。

1 普車教學改進的具體實施方法

當今的制造業已經進入以數控技術及其先進制造系統獲得廣泛應用的時代，普通車床實習教學因針對現代化生產進行相應改革，因此，教學方案確立為從車床結構分析、加工零件工藝分析、加工刀具選用及加工質量控制等方面進行研討。

為了讓學生在有限的實習時間內，盡可能多地建立機械零件加工工藝、加工質量，機械配合，切削理論等基本概念，并養成自主、開拓、創新的思維方式，以及培養分析問題、解決問題的能力，達成工程訓練既定目標，提高教學質量、提升教學效果等目的，提出如下具體實施方案：1.1 車床床頭箱模型建立及結構、運動分析

由于教學中無法對車床床頭箱進行拆解教學，致使學生對其內部結構缺乏直觀認識與理解，也更加不會理解機床裝配關系是什么概念，因此筆者希望能夠對車床主軸箱建立一個教學模型，通過模型展示以及多媒體課件的講解，使學生能清楚直觀地觀察主軸變速箱的內部結構，并對變速機構的傳動關系、機械裝配有所了解，為后續課程做先導。

具體實施方法為：組織學生查閱車床主軸箱的相關書籍、網絡資料、產品說明書，然后根據主軸箱實物，分析各機構組成、零件裝配關系，并對箱體及內部零件進行測繪，學習SolidWorks軟件的應用，將測繪的零件進行建模、裝配。最后制作仿真動畫作為教學視頻進行使用。

在動畫制造過程中，突出了機床機構的分析，并將每個零件用顏色區別開來，讓學生能夠更加清晰地分辨變速過程中各配合零件之間的動作關系。另外通過傳動副的介紹引入相關的傳動鏈、傳動比等概念，分析當前傳動鏈的優缺點，帶領學生討論改進方案。

圖1～圖5是視頻文件的部分截圖。

由于該截圖屬于動畫演示，所以只列舉其中一部分，其他不做一一介紹。

1.2 車床典型零件自行設計及制造

筆者除日常教學外，還承擔校內外各種機械類競賽的指導工作，在指導過程中，體會到學生在設計作品中，往往存在很多理論性缺失，例如零件設計時，存在很多不合理性，零件設計存在尺寸精度、形狀精度無要求、配合結構不合理等缺陷。這些都是由于學生對零件的加工工藝、用途、特點等不了解所造成的。

因此筆者希望能夠通過學生自行設計、制造零件，達到對加工工藝、加工質量、刀具選用等專業知識的了解與熟悉。

圖1主軸箱箱體結構

圖2主軸箱裝配圖

圖3 主軸結構演示動畫

圖4 主軸裝配分解圖

圖5 主軸箱變速演示動畫

具體實施方法如下：組織學生跟隨老師的指導，學習多種車削加工工藝方法，例如車端面、外圓、球面、錐面、槽等，在其熟練掌握以上操作方法后，由學生自行設計具有典型車削加工表面的零件，要求有實用性或有創新性，經多次修改，最終確定零件的尺寸、形狀等特征，然后對該零件進行分析，制定相關加工工藝，并在老師指導下完成零件的加工。

在設計加工過程中，著重于零件特征分析、加工工藝編排、切削用量選取、刀具使用等知識的應用。圖6～圖7是部分學生設計作品。

圖6 手柄類零件圖

圖7 手柄實物圖

其它還有很多學生自行設計的零件以及相關工藝卡，在此就不一一列舉。

2 教學效果評估

教學改革取得的效果：本次改革的效果顯著，由于學生實習時間均為大二第一學期，大一沒有較多的專業知識，因此對學過的某些課程（例如互換性技術測量）沒有比較深刻的理解，對其中的一些配合關系產生混淆。通過車工實習，提高了學生對加工質量中尺寸精度、形狀精度、表面粗糙度、公差配合中基軸制、基孔制配合以及過渡、過盈、間隙配合的認識和理解。同時通過學習，學生所加工的零件質量明顯提高。另外學生普遍反映通過車床加工實習，后續工種的實習變得容易理解、上手。

本學期使用多媒體課件后，學生對機床、量具、工藝的理解更加直觀清楚，課堂教學質量有了一定程度的提高。參與項目的學生反映通過零件的設計加工，確實加強了分析問題、解決問題的能力，也增加了他們的學習積極性和興趣。

3 結語

普通車床金工實習具有機床結構典型、車削刀具典型、操作性典型等特點，學好普通車床，對學習其他切削加工具有很強的指導意義，且通過對普通車床結構分析，能使學生認識到普通機床相對于數控機床具有哪些優、缺點，并能引導學生開拓思維，謀求創新。希望以上教學方案能夠得到推廣，并借此豐富其他教學手段。

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