機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革與實(shí)踐

周京博+劉利劍+紀(jì)運(yùn)廣

摘要：針對目前機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的系統(tǒng)性不足、學(xué)生動手少的問題，本文提出了學(xué)生以小組為單位協(xié)作完成小型減速器完整制造的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，給出了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)的組織與實(shí)施方式，并對教學(xué)效果進(jìn)行了分析。通過本實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可以全方位地感受產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，加深對課本基本知識和原理的理解，鍛煉動手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，取得良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)；減速器

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）43-0111-02

一、引言

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化本科專業(yè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，內(nèi)容主要包括金屬切削原理與刀具、金屬切削機(jī)床、機(jī)械制造工藝、機(jī)床夾具、加工質(zhì)量控制和機(jī)械裝配工藝等。課程系統(tǒng)闡述了產(chǎn)品在整個(gè)生產(chǎn)過程中所涉及的基本原理、方法和裝備。這些知識是機(jī)械工程專業(yè)學(xué)生從事相關(guān)工作、研究所必需的。因此，如何能夠使學(xué)生牢固掌握課程的基本知識和原理，是一個(gè)十分值得研究的教學(xué)課題。機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程具有內(nèi)容繁雜、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，而傳統(tǒng)的課堂教學(xué)難以充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，導(dǎo)致授課效果不理想。通過引入計(jì)算機(jī)圖形、三維動畫、生產(chǎn)視頻等，可在一定程度上提高學(xué)生的聽課興趣，但此時(shí)學(xué)生仍處于被動接受狀態(tài)。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生可以在頭腦中建立真實(shí)的生產(chǎn)場景，將有助于知識的掌握、能力的培養(yǎng)和素質(zhì)的提高。目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，或?qū)⒔鸸?shí)習(xí)與課堂教學(xué)融合到一起，或?qū)⑸a(chǎn)實(shí)習(xí)與課程相結(jié)合，或通過單個(gè)零件的加工，使學(xué)生對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程有一定的了解，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的效果。這些探索對機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)起到一定的借鑒作用，但目前仍存在一些較為突出的問題。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

1.系統(tǒng)性不足。機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)系統(tǒng)地闡述了零件從毛坯到產(chǎn)品的全部過程。目前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)通常只針對其中的某個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，或測繪刀具，或拆裝組合夾具，或加工單個(gè)零件等。這些實(shí)驗(yàn)在一定程度上促進(jìn)了學(xué)生對課本相關(guān)知識的理解，提升了學(xué)習(xí)興趣。但對制造過程中很多影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要內(nèi)容很難體現(xiàn)出來。例如，軸和孔的制造公差對裝配效果的影響。只有讓學(xué)生分別按照圖紙上的公差要求加工出軸及配合孔的零件，并進(jìn)行實(shí)際的安裝，才能夠?qū)α慵呐浜戏绞接懈由钊氲睦斫狻Ｔ偃纾捎寐菟ㄟB接兩個(gè)零件時(shí)，只有當(dāng)孔的位置誤差過大，螺栓無法從孔中穿過時(shí)，才能深刻體會到位置誤差的重要性。只有讓學(xué)生自主完成從最初的零件加工到最后產(chǎn)品裝配測試的整個(gè)過程，才能夠使其對整個(gè)課程內(nèi)容有更加系統(tǒng)、全面、深刻的認(rèn)識。

2.學(xué)生動手操作少。多數(shù)學(xué)校由于實(shí)驗(yàn)條件及時(shí)間所限，很難讓每個(gè)學(xué)生都獨(dú)立完成要求的零件加工。通常做法是先分組，然后由本組某個(gè)成員來完成加工操作，多數(shù)學(xué)生僅處在旁觀狀態(tài)。旁觀學(xué)生的積極性、責(zé)任感不能被充分地調(diào)動出來，難以達(dá)到實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果。不僅如此，單個(gè)零件的加工過程較為枯燥，且加工出的零件不能組裝成一個(gè)具有相對完整功能的產(chǎn)品，難以充分激發(fā)學(xué)生的參與興趣。

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為制造一個(gè)規(guī)定型號的小型減速器。教師給學(xué)生提供對應(yīng)型號的減速器二維裝配圖，讓其完成零件圖的繪制、加工工藝規(guī)程的制定、相關(guān)夾具的設(shè)計(jì)、零件的加工及裝配等與實(shí)際生產(chǎn)相同的全部工藝過程，最終做出對應(yīng)的減速器產(chǎn)品，從而使學(xué)生能夠?qū)⒄n本知識系統(tǒng)地貫穿起來，深刻體會零件的加工質(zhì)量對產(chǎn)品性能的影響規(guī)律。它主要包括以下內(nèi)容。

1.畫減速器零件圖：根據(jù)二維裝配圖繪制減速器所有非標(biāo)零件的零件圖，其中減速器上下殼體必須用三維軟件繪制，以便采用3D打印方式制作模型。

2.編制備料表和工藝卡：每組將所需毛坯和標(biāo)準(zhǔn)件的材料和外形尺寸編制成備料表和外購件表，編制合理的零件加工工藝，制定加工工藝卡。

3.進(jìn)行與生產(chǎn)相關(guān)的參觀及培訓(xùn)：參觀3D打印和熔模精鑄設(shè)備，數(shù)控機(jī)床編程與操作培訓(xùn)，軸系零件、箱體零件加工培訓(xùn)。

4.零件加工：熟悉機(jī)床操作，了解所用刀具、夾具，明確工件的定位、夾緊方式；掌握關(guān)鍵零件關(guān)鍵尺寸的精度實(shí)現(xiàn)手段；數(shù)控加工程序須經(jīng)教師認(rèn)可方能加工。

5.檢驗(yàn)裝配：完成加工后，按圖紙要求檢驗(yàn)零件是否合格，并完成齒輪減速器產(chǎn)品的裝配和檢驗(yàn)；分析影響零件加工誤差的因素。

6.完成機(jī)械制造綜合實(shí)驗(yàn)進(jìn)度報(bào)告和結(jié)題報(bào)告的編寫。

四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織與實(shí)施

本設(shè)計(jì)持續(xù)時(shí)間為9周，前5周師每周安排1天實(shí)驗(yàn)，后4周是整周安排實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，中間進(jìn)行一次中期答辯，檢查圖紙、工藝卡等文檔的完成情況。學(xué)生每6—7人分成一個(gè)項(xiàng)目小組，每個(gè)小組根據(jù)一個(gè)齒輪減速器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，完成全部零件的工藝設(shè)計(jì)、加工制造和裝配調(diào)試等全部工作。每個(gè)組由組長負(fù)責(zé)，進(jìn)行分工合作，每項(xiàng)工作必須由專人負(fù)責(zé)，并在相應(yīng)文件上簽字，作為成績給定的依據(jù)。實(shí)驗(yàn)的成績以小組為單位評定基本分，每個(gè)人根據(jù)工作情況適當(dāng)加減分。要求制圖和審圖不能是同一個(gè)人，工藝設(shè)計(jì)和工藝審核不能是同一個(gè)人，加工和檢驗(yàn)不能是同一個(gè)人。評閱教師根據(jù)上述文檔中出現(xiàn)的問題，對所有簽名人適當(dāng)減分。整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程嚴(yán)格按照時(shí)間進(jìn)度進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)任務(wù)布置完畢之后，所有教師只是項(xiàng)目組的技術(shù)支持，不能為學(xué)生做出任何決定，由項(xiàng)目小組獨(dú)立決定制造過程的任何事宜。工程中心為學(xué)生項(xiàng)目提供場地、設(shè)備、工具、技術(shù)人員等支持，學(xué)生按實(shí)際運(yùn)作程序進(jìn)行加工；學(xué)生的角色是獨(dú)立的項(xiàng)目工程師，在工程中心提供的條件限制范圍內(nèi)完成制造項(xiàng)目。學(xué)生項(xiàng)目組之間是獨(dú)立的，完全可以沒有協(xié)調(diào)關(guān)系，同時(shí)存在競爭關(guān)系，競爭技術(shù)資源、加工設(shè)備資源等。

五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果分析

這次實(shí)驗(yàn)教學(xué)在2013級機(jī)械制造方向本科生中進(jìn)行，兩個(gè)班68名學(xué)生分為10組來參與。所有小組均按時(shí)完成整個(gè)小型減速器產(chǎn)品的制造，讓學(xué)生充分體驗(yàn)機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。

1.使學(xué)生系統(tǒng)掌握了編制制造工藝規(guī)程的過程和方法，具備了分析和處理零件制造工藝問題的能力，懂得了合理的制造方案應(yīng)該是技術(shù)上先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)上合理、生產(chǎn)實(shí)際中可行的。

2.使學(xué)生的基本技能，如制圖、使用技術(shù)資料、貫徹國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、編寫技術(shù)文件以及應(yīng)用計(jì)算機(jī)等，得到訓(xùn)練和提高。

3.使學(xué)生學(xué)會了根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，合理選擇和調(diào)整加工機(jī)床、刀具、夾具；合理選擇零件的加工精度，并按照圖紙上的技術(shù)要求加工出合格零件；合理選擇標(biāo)準(zhǔn)件及外協(xié)加工等方式，具備了運(yùn)用G代碼、M代碼等編制軸類和法蘭類零件加工程序的能力，掌握了采用數(shù)控機(jī)床加工零件的方法；學(xué)會了使用激光快速成型機(jī)制作蠟?zāi)＃⑦M(jìn)行熔模鑄造的工藝；能夠較為熟練地使用三坐標(biāo)測量機(jī)對零件的形位精度進(jìn)行測量；完成了產(chǎn)品的生產(chǎn)、裝配、安裝及調(diào)試。

4.使學(xué)生通過為典型零件選擇材料，了解材料的成分及成型方法，能夠理解和評價(jià)針對復(fù)雜工程問題的加工實(shí)踐，對課本中加工質(zhì)量控制的基本原理、加工質(zhì)量對產(chǎn)品質(zhì)量的影響規(guī)律有了更系統(tǒng)、深入的認(rèn)識。

5.使學(xué)生認(rèn)識了典型產(chǎn)品制造的全過程，知道在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)一定要完成具備規(guī)定的項(xiàng)目任務(wù)；使學(xué)生理解團(tuán)隊(duì)協(xié)作的意義，主動處理好個(gè)人與團(tuán)隊(duì)的關(guān)系，在保質(zhì)保量完成各自分配任務(wù)的基礎(chǔ)上，才能高質(zhì)量、按時(shí)地完成整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)。

六、結(jié)語

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)是機(jī)械工程專業(yè)的一門核心課程，讓學(xué)生牢固地掌握相關(guān)的基礎(chǔ)知識，靈活熟練地運(yùn)用相應(yīng)的基本原理和規(guī)律，十分重要。通過減速器產(chǎn)品制造綜合訓(xùn)練，不僅能夠讓學(xué)生將課本知識與實(shí)際制造過程進(jìn)行很好的結(jié)合，還能接觸到3D打印、數(shù)控編程等先進(jìn)的技術(shù)。通過鉆孔、攻螺紋等，可以鍛煉學(xué)生的動手能力。通過制作各種標(biāo)準(zhǔn)文檔，可以提高學(xué)生的寫作水平。所以，實(shí)踐教學(xué)模式是十分成功的。

參考文獻(xiàn)：

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