《機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)》重點(diǎn)章節(jié)教法剖析

摘 要：機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)課較之職業(yè)學(xué)校機(jī)械類其他課程，內(nèi)容繁多，涉及的知識(shí)面較廣，各章節(jié)的教學(xué)內(nèi)容性質(zhì)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(chǔ)知識(shí)”一章是本門課程的教學(xué)重點(diǎn)，內(nèi)容理論性較強(qiáng)，教學(xué)難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)遇到的困難和問題也較多。這里以這一章為例，對(duì)本門課程的教法，進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析研究。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造工藝基礎(chǔ) 教法 研究

目前對(duì)機(jī)械零件的加工，主要通過金屬切削加工完成，尤其對(duì)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(jī)械加工方法，但切削過程中所產(chǎn)生的物理、化學(xué)現(xiàn)象以及切削規(guī)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(zhì)量的零件，就必須對(duì)各種方法的共同規(guī)律加以研究。從而可以利用這些規(guī)律，來提高加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率?！敖饘偾邢骷庸さ幕A(chǔ)知識(shí)”一章，正是研究這種共同規(guī)律的。為這

本章講授難度較大，學(xué)生學(xué)起來問題較多，主要反映在下述三點(diǎn)。

一是找不到各節(jié)教學(xué)內(nèi)容之間的相互聯(lián)系，因而不便于系統(tǒng)地掌握。本章的幾節(jié)內(nèi)容分別為：切削運(yùn)動(dòng)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(nèi)容來看，似乎沒有什么內(nèi)在聯(lián)系，幾個(gè)差異較大的內(nèi)容羅列在一起，一會(huì)兒講這兒，一會(huì)講那兒，學(xué)生不易掌握。因此，通過教師的講授，應(yīng)把這些內(nèi)容用一條線系統(tǒng)地串起來，詳細(xì)說明它們之間的關(guān)系，使學(xué)生得到一套完整的知識(shí)。

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

三是在講授金屬切削過程這節(jié)時(shí)，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(jìn)行分析，比較容易理解。但是工藝系統(tǒng)（機(jī)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(duì)加工精度帶來多大影響，是否對(duì)機(jī)器裝配質(zhì)量就會(huì)構(gòu)成很大影響，同學(xué)們往往不十分清楚。因?yàn)闆]有形象而深刻的認(rèn)識(shí)，所以實(shí)際工作中學(xué)生重視度不夠。因此，教師在授課時(shí)，要通過適當(dāng)?shù)姆椒?，使學(xué)生了解切削抗力和切削熱給工藝系統(tǒng)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?cè)诮窈蟮墓ぷ髦?，?duì)切削過程中產(chǎn)生的這兩種物理現(xiàn)象，給以應(yīng)有的重視。

下面對(duì)本章的教法作具體的研究。

一、“金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)”一章的講課要點(diǎn)

金屬切削加工，是利用金屬切削刀具和工件做相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，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(chǎn)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(xiàng)技術(shù)要求以及表面加工質(zhì)量（粗糙度，硬化層裂紋）等的加工方法。所以應(yīng)以提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量為線，來確定其講課要點(diǎn)。本著這一原則，“金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)”這一章的講課要點(diǎn)應(yīng)為以下三點(diǎn)。

1.切削運(yùn)動(dòng)與切削用量

切削運(yùn)動(dòng)可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。要求分清主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)各起什么作用；不同的機(jī)床其主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)有什么區(qū)別。

切削用量包括切削速度v、進(jìn)給量s、切削深度t。不同的切削方式，三個(gè)參數(shù)的概念不一樣。要了解這些參數(shù)對(duì)生產(chǎn)率和加工質(zhì)量有著怎樣的影響，該怎樣合理地選擇這些參數(shù)來提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)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(duì)生產(chǎn)率和加工質(zhì)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(chǎn)率和加工質(zhì)量的方法。

3.金屬切削過程

重點(diǎn)介紹切削過程中所產(chǎn)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(xiàn)象；研究這些現(xiàn)象的產(chǎn)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(guān)系；探討加工中產(chǎn)生的各種現(xiàn)象給生產(chǎn)率和加工質(zhì)量帶來怎樣的影響，進(jìn)而找到減少這些現(xiàn)象或利用這些現(xiàn)象的方法。

二、“金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)”一章的講課原則

要想達(dá)到理想的教學(xué)效果，應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)主要的教學(xué)原則和講授方法的貫徹。

1.理論聯(lián)系實(shí)際原則的貫徹

在貫徹理論聯(lián)系實(shí)際原則中，要特別強(qiáng)調(diào)先實(shí)踐后理論的問題。先實(shí)踐后理論，就是要求在講授金屬切削加工這一內(nèi)容之前，學(xué)生應(yīng)對(duì)切削加工的各種方法有一定的感性認(rèn)識(shí)。這一原則對(duì)于非切削加工工種（鑄工、鍛工、焊接工等）的學(xué)生，更為重要。因?yàn)樗麄儗?duì)機(jī)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(rèn)識(shí)。這就給教學(xué)帶來一定的困難。為此，教師在組織教學(xué)時(shí)，應(yīng)根據(jù)學(xué)校的教學(xué)條件，或在講課之前進(jìn)行切削加工多工種實(shí)習(xí)（重點(diǎn)是進(jìn)行車削加工實(shí)習(xí)）；或組織學(xué)生到機(jī)械加工車間或機(jī)床工藝實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行認(rèn)真的參觀實(shí)習(xí)。在實(shí)習(xí)過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生注意下列問題：

（1）切削加工過程中，機(jī)床、刀具、工件的運(yùn)動(dòng)情況，分清哪是主運(yùn)動(dòng)，哪是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。所選用的切削用量怎樣。

（2）切削時(shí)所選用刀具的結(jié)構(gòu)、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(xiàn)象的產(chǎn)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(duì)于切削加工各工種（車工、銑工、刨工、磨工等）的學(xué)生，或已進(jìn)行過切削加工實(shí)習(xí)的其他各工種的學(xué)生，則可不必安排這樣的環(huán)節(jié)。

2.采用課堂教學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)結(jié)合的授課方式

除在課堂上作系統(tǒng)講授外，可把本章部分內(nèi)容如切削運(yùn)動(dòng)、切削用量、切屑種類等的教學(xué)安排在實(shí)習(xí)車間或?qū)嶒?yàn)室進(jìn)行。在現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)過程中，若教師能親自操作，講授時(shí)伴以示范，則更能提高現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的效果。

3.啟發(fā)性教學(xué)原則的貫徹

“金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)”一章的教學(xué)，應(yīng)注意采用啟發(fā)式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生多動(dòng)腦筋想問題，使課本上的教學(xué)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)習(xí)中遇到的大量問題緊密地聯(lián)系起來。通過學(xué)生主動(dòng)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(fā)學(xué)生自己找問題外，還應(yīng)根據(jù)本章教材內(nèi)容，多向?qū)W生提出一些生產(chǎn)實(shí)習(xí)中常見的問題，供學(xué)生思考。例如：

切削速度v、進(jìn)給量s、切削深度t這三個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)加工質(zhì)量和生產(chǎn)率有怎樣的影響？選用時(shí)三者有什么樣的辯證關(guān)系？粗加工時(shí)一般選較低的切削速度，這是為什么？這是否與提高生產(chǎn)率有矛盾？

車削加工中為什么有時(shí)會(huì)產(chǎn)生積屑瘤，而當(dāng)切削速度改變后，這種切削瘤為什么會(huì)自動(dòng)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(xì)長(zhǎng)軸時(shí)易出現(xiàn)腰鼓形，原因何在？怎樣通過改變刀具角度或提高工藝系統(tǒng)的剛性來減少這種現(xiàn)象的產(chǎn)生？

對(duì)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(shí)效或人工時(shí)效處理工序？精密加工為什么要在恒溫車間進(jìn)行？

切削刀具的前后面為什么經(jīng)常用油石精細(xì)研磨？使用一段時(shí)間后，要及時(shí)用砂輪修磨刀具，為什么這樣做？為什么及時(shí)磨刀反而會(huì)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(shí)，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(dāng)然還可以提出很多，在此僅以這些為例說明。老師通過學(xué)生實(shí)習(xí)中常遇到的問題，可以激發(fā)他們學(xué)習(xí)的積極性，同時(shí)使所學(xué)理論知識(shí)更緊密地與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，使學(xué)生感到學(xué)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(xué)手段

本章教學(xué)，應(yīng)注意充分使用模型、掛圖等直觀教學(xué)手段，以提高本章的教學(xué)效果。如在講授“刀具的幾何形狀”這部分內(nèi)容時(shí)，結(jié)合使用模型、掛圖，就能使學(xué)生形象地觀察到刀具的各個(gè)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(nèi)容時(shí)，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(shí)物教具講授，可使學(xué)生對(duì)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(duì)教師講授的內(nèi)容，就比較容易接受。如果不使用這些直觀教學(xué)手段，只靠敘述，這些內(nèi)容就很難解釋清楚，學(xué)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(guó)都有專門廠家生產(chǎn)，用時(shí)可以選購。但這些教具結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，也可自制。有關(guān)切屑、磨損刀具以及積屑瘤車刀等實(shí)物教具，需要教師平時(shí)注意從車間搜集一些典型實(shí)物。

5.采用電化教法

本章的切削運(yùn)動(dòng)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(tǒng)的變形等教學(xué)內(nèi)容，講授時(shí)宜采用電化教學(xué)方法。常采用的電化教學(xué)設(shè)備是多媒體。因?yàn)榍邢鬟\(yùn)動(dòng)、切削用量和切屑的形成過程，其演變速度很快，學(xué)生即使是在切削加工現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真觀察，也很難看清楚。工藝系統(tǒng)在切削力的作用下的變形，因?yàn)樽冃瘟亢苄?，也不易發(fā)現(xiàn)。教師單純用口述或在講臺(tái)上演示，更難形象地表達(dá)出來。如果采用多媒體，在課堂上向?qū)W生播放事前錄制好的課件，學(xué)生就會(huì)很清楚地觀察到發(fā)生的一切。生動(dòng)活潑的電化教學(xué)，還能提高學(xué)生的興趣。因?yàn)槎嗝襟w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(tǒng)微小的變形量放大，使本來不易看清楚的現(xiàn)象形象地展現(xiàn)在學(xué)生眼前。利用停駐或重播，便于教師對(duì)重要的畫面作重點(diǎn)講解，同學(xué)也可以利用停駐的時(shí)間向教師簡(jiǎn)短發(fā)問，同教師當(dāng)堂講解。

有關(guān)切削運(yùn)動(dòng)、切削用量以及切屑的形成過程等的視頻資料，網(wǎng)絡(luò)資源很豐富。

6.采用實(shí)驗(yàn)法

對(duì)于本章中的切削抗力和切削熱兩部分內(nèi)容，可采用課堂講授與實(shí)驗(yàn)法相結(jié)合的教學(xué)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(fā)生變形的道理，因此，它們給工件加工精度和表面質(zhì)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(guān)，也沒有很深的體會(huì)。我們可以采用實(shí)驗(yàn)法，來加深他們對(duì)這一理論的理解。實(shí)驗(yàn)法可利用實(shí)驗(yàn)課或業(yè)余時(shí)間進(jìn)行。具體做法如下：

（1）切削抗力的產(chǎn)生及其對(duì)工件加工精度影響的實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)可在車床上進(jìn)行。在不采用跟刀架或中心架的情況下，車削一根細(xì)長(zhǎng)軸（長(zhǎng)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(xué)生自己對(duì)工件進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，看加工完的零件直徑在全長(zhǎng)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(cè)量的結(jié)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(jìn)行車削實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)量被加工零件直徑在全長(zhǎng)的變化情況，作好記錄。與前面第一次車削后的測(cè)量記錄相比較，分析切削用量和刀具切削角度的變化，對(duì)切削抗力Py帶來的影響。進(jìn)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(duì)加工精度影響的實(shí)驗(yàn)。對(duì)于切削熱的影響，也可以通過實(shí)際切削來進(jìn)行。在車床上，選一個(gè)大余量的毛坯件進(jìn)行車削和鉆削等工序，選擇較高的切削速度，使其產(chǎn)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(gè)較大的孔。讓同學(xué)馬上測(cè)出此孔的實(shí)際加工尺寸，并作好記錄。等工件溫度降至室溫后，再測(cè)量一下這個(gè)孔的尺寸，比較兩次測(cè)量的結(jié)果，看與在熱態(tài)情況下測(cè)量的數(shù)值有什么變化。由此證明切削溫度對(duì)加工精度帶來怎樣的影響。

上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，是切削力和切削熱直接影響工件質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)。實(shí)際上它們對(duì)整個(gè)工藝系統(tǒng)都帶來影響。例如，切削力給機(jī)床、夾具、刀具帶來的變形；切削力給工藝系統(tǒng)帶來振動(dòng)；切削力給加工帶來噪聲；切削力給加工表面質(zhì)量帶來的影響；切削熱給工藝系統(tǒng)帶來的熱變形等等。這些都可以通過實(shí)驗(yàn)加以證明，這里就不詳細(xì)說明。

以上是“金屬切削加工的基礎(chǔ)知識(shí)”一章教學(xué)中常用的教學(xué)方法，教師在選用教學(xué)方法時(shí)，應(yīng)根據(jù)每節(jié)課的教學(xué)任務(wù)和內(nèi)容，以及學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和理解能力通盤考慮。為了提高教學(xué)質(zhì)量，教師應(yīng)當(dāng)從實(shí)際出發(fā)，把各種教學(xué)方法配合起來，靈活運(yùn)用，并創(chuàng)造出自己別具一格的教學(xué)方法。

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[2] 胡迎春，等.職業(yè)教育教學(xué)法[M].上海：華東師范大學(xué)出版社， 2010.

（作者單位：安徽省馬鞍山市皖江職業(yè)教育中心學(xué)校）