基于“五步一體”教學法的普銑實訓教學探究

尚妍 付鐵 馬樹奇 王旭剛

【摘要】在工業4.0革命浪潮的推動下，工程實訓課內容涵蓋了從工業一代到四代的制造技術訓練，教學內容不斷擴充，普銑的課時被壓縮。但普銑是學習現代化機床的前提。為了在有限的學時內完成普銑教學，進行了實訓教學改革，提出“五步一體”的教學方法，可使學生在較短的學時內掌握銑削加工的要領，并為數控加工的學習打下堅實的基礎。

【關鍵詞】“五步一體”教學法 ?工程訓練 ?普銑

【中圖分類號】G642.0 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）52-0049-02

《中國制造2025》綱要提出堅持“創新驅動、質量為先、綠色發展、結構優化、人才為本”的基本方針，通過“三步走”實現制造強國的戰略目標[1]。而高校和科研單位是推動科技成果轉化，引領企業創新發展的先鋒。所以只有做好高水平的基礎研究才能培養出高水平的人才。高校工程實訓系列課程是以“工程”“實踐”“創新”為主題，培養學生的工程綜合素質與能力的實踐平臺[2-3]。學生在掌握基本制造知識的基礎上具有一定的實踐能力，認知新工藝、新技術在現代制造中的地位和應用，建立起現代制造工程的概念[4-6]。通過工程實踐能力訓練，具備對簡單零件進行工藝分析和選擇加工方法的能力，具備應用先進制造技術進行工藝流程的設計、制造、測量和檢驗的工程實踐能力，提升創新意識。

1.普銑教學的地位與現狀

銑削加工是機械加工中的一項重要的實訓項目。各類數控機床其最核心、最主要的工序，還都是以銑和鉆為主，普銑的基礎知識教學和實踐，是學習數控機床的前提，是認識數控銑床、加工中心的基礎課程。通過學習普通銑床的結構和加工工藝，合理選擇銑刀，將所學的切削原理轉化為數控機床的刀具參數設置和軌跡生成，優化程序結構，提高加工效率和加工質量。為后續課程中更好地設計和制造模具、工夾量具打基礎。真正培養出理論與實踐相結合的專業復合型人才，實現制造強國的戰略目標。

在工業4.0革命浪潮的推動下，工程實訓課內容涵蓋了從工業一代到四代的制造技術訓練，普銑的課時被壓縮至原來的三分之一，而教學內容和要求卻沒有變化，在較短時間內令學生掌握其加工技術是相當困難的。

為此，必須對銑工實訓教學進行改革，讓學生在較短的時間內掌握銑削加工的要領，提高學生的實踐能力和創新意識。本文對銑工實訓教學進行了探索，總結出一套“五步一體”的教學方法，促進銑工實訓教學改革。

2.銑削加工“五步一體”教學法

銑削加工屬于冷加工，它是使用機床通過旋轉的多刃刀具對機械零件進行直接的切削加工，使零件達到圖紙要求的表面粗糙度、形位精度和尺寸精度。

銑削加工具有以下幾步：第一步，依據工件的材料選擇刀具材料;第二步，根據工件圖紙要求確定工件的安裝和定位，根據工件的表面特點選擇刀具種類和直徑;第三步，根據工件的尺寸精度要求合理地選擇切削用量;第四步，試切、測量、加工;第五步，組裝。這五步既獨立又相互聯系，所以稱為銑削加工“五步一體”，如圖1所示。

3.“五步一體”銑削教學的實施

在銑削加工教學實踐中，選擇合適的加工工件也很重要。六柱孔明鎖是一種益智類玩具，同時其加工中具有面、槽等典型的銑削加工，選擇孔明鎖作為銑削實訓的工件能很好地調動學生制作的能動性，又能讓學生掌握銑削加工平面和溝槽的方法，滿足教學要求?？酌麈i由六個柱狀的工件組成，其六柱結構略有不同，如圖2所示。下面以孔明鎖的制作為例，說明“五步一體”銑削教學的實施過程。

在教學中按照工步先后進行，根據各工步不同的特點進行穿插講解。

第一步 刀具的選擇

切削加工行業素有“七分刀具三分手藝”之說。因此刀具的“選”刀尤為重要。銑刀的選擇主要有兩個方面：一是按照其加工用途選擇刀具類型;二是按照工件材料選擇刀具材料。工件材料是高強度硬鋁，刀具選擇硬質合金刀具;銑平面選擇硬質合金的端銑刀，銑槽選擇高速鋼的立銑刀。

第二步 工件的安裝

工件（毛坯）從定位到夾緊的全過程稱為裝夾。既是切削加工前的必要措施，又是工件定位的必然結果。工件裝夾的好壞直接影響工件的加工精度。在裝夾中應根據工件的大小和幾何形狀來選擇使用合適的夾具，還要根據工件的形位公差要求來選定定位基準。通過對工件的安裝操作，理解銑床夾具的使用并初步形成設計夾具理念，同時進一步理解定位的規則，確保加工工件的尺寸精度和形位精度要求。

第三步 選擇合理的銑削用量

銑削用量包括四個要素，即：主軸轉速、進給量、銑削深度和銑削寬度。所謂合理的銑削用量，是指充分利用銑刀的切削能力和銑床的性能，在保證加工質量和刀具耐用度的前提下，獲得高的生產效率和低的加工成本的切削用量。因此銑削時合理地選擇銑削用量，對保證零件的加工精度與加工表面質量、提高生產效率、提高銑刀的使用壽命、降低生產成本，都有重要的作用。其中對銑刀使用壽命影響最大的是銑削速度，其次是進給量和銑削深度。

通過加工典型工件——孔明鎖讓學生在加工過程中認識銑削用量并且熟記于心。在X5025B銑床上使用硬質合金端銑刀對？覫12×50mm的高強度硬鋁棒料進行銑水平面，要求達到的工件表面粗糙度是Ra3.2μm。如果只是換上全新的刀片，不一定能獲得較好的效果，這是因為切削用量沒有考慮的緣故。所以，要合理選擇主軸的轉速、進刀深度和進給量的大小，才能達到預定的效率和加工質量要求。

根據六柱孔明鎖的加工質量要求，需要分粗加工和精加工兩個階段。粗加工階段希望高效地切除加工表面上的大部分余量，使毛坯在形狀和尺寸上接近工件成品，因此選擇切削用量上要低轉速、快進給、大切深;精加工階段要保證各表面達到工件圖規定的加工質量要求，選擇切削用量上要高轉速、慢進給、小切深。比如，在件③上需要加工出深6mm、寬12mm的槽，使用？覫10mm高速鋼立銑刀進行加工。要想獲得較好的加工效率，粗加工時選取566r/min的主軸轉速，3-3.5mm的進刀深度，96mm/min的進給量。要想獲得較好的加工表面質量，精加工時選取800r/min的主軸轉速，0.5-0.05mm的進刀深度，50mm/min的進給量。然后讓學生進行粗精對比，對銑削用量就有了深刻的認識;再通過銑削用量理論公式進行計算對比，更能深刻地理解銑削用量選擇的精髓。特別是件③上加工兩個不對稱的寬6mm的槽，后面需要換？覫5mm的高速鋼立銑刀，這時要保證件③各表面的表面粗糙度都是Ra3.2μm，需要綜合考慮把主軸轉速調高至1130 r/min，進給量調低至34mm/min。

通過此類綜合教學，使學生懂得合理選擇切削用量的重要性，并能根據加工要求進行正確地選擇。為減少安裝工件次數，保證加工質量，提高工作效率，加工工藝中可先將四個中心對稱寬12mm直槽，兩個一組的進行銑削加工，再將其中一組外翻90度，銑2個寬12mm的偏槽，完成①②號件的加工，然后銑24mm的直槽（其一是已經銑過中心對稱12mm直槽的），完成④⑤號件的加工。最后銑③號件寬為6mm的2個直槽。

第四步 精確的測量

銑削加工常采用游標卡尺、萬能量角器等工具測量工件的實際尺寸。工件加工需要對刀和試切。因此，需要多次測量確定下一道工序的進刀深度，最終達到工件的尺寸要求。測量不僅是一個技術性工作，還是一個反復性的過程。通過多次測量反映當時的實際尺寸。就測量而言它不僅是指完工后的檢驗，還是整個加工過程中每個工步加工后的度量，使加工者“心中有數”，為下一工步的銑削加工作好準備，便于有效地控制尺寸的切削深度，使之達到圖紙的尺寸精度要求。通過反復的教學測量，學生能夠有效地控制銑削時的進刀深度，控制尺寸的準確性大大提高，銑削的工件基本上符合精度要求，達到實訓目的。

第五步 組裝

在裝配中發現問題，體會工件的安裝、定位、測量不規范，對切削加工質量及裝配的不良影響。每組同學對比組裝件外觀，并討論因切削用量的選擇不同對工件的表面粗糙度的影響。實現實訓課堂“做中學”“學中做”，高效愉悅地完成銑削模塊的教學計劃。

4.結語

“五步一體”教學法，既體現銑削加工五步過程的聯系性，又揭示普銑生產實訓教學的規律性。通過以上教學方法的實施，證明了“五步一體”教學法實效性強。在實訓中技術性較強的環節，由指導老師親自示范，學生制定典型工件的加工工藝，合理選擇刀具、切削用量和安裝定位方式，及時發現加工時出現的問題并進行糾正。使學生在較短時間內能夠掌握銑床的特性及銑削加工的要領，并為數控加工的學習打下堅實的基礎。這種實效型的訓練方法對推動高校實訓教學改革具有良好的指導意義和長遠的戰略意義。

參考文獻：

[1]國務院關于印發《中國制造2025》的通知[EB/OL].[2015年5月8日].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm.

[2]張猛持，陳云，馬傲玲.基于創新能力培養的工程訓練教學改革研究[J].實驗室科學，2019（1）：155-157.

[3]張恩惠.基于工程實訓的高校學生自主學習探索[J].黑龍江教育（高教研究與評估版），2019（4）：70-71.

[4]付鐵，鄭藝，丁洪生，等.工程訓練課程的OBE教學設計與實踐[J].實驗技術與管理，2018（1）：180-183.

[5]周世權，黃勝智，趙軼，等.工程訓練與機械制造基礎綜合課程的探索與實踐——以鑄造工藝為案例[J].實驗室研究與探索，2018（4）：203-209.

[6]鄭大鋒，陳礪，王秀軍.OBE工程教育理念與化工專業實踐教學體系研究[J].實驗技術與管理，2017（5）：154-157，160.

作者簡介：

尚妍（1975-），女，北京人，碩士，高級實驗師，研究方向：工程訓練實踐教學及研究與改革工作。