淺談“四步一體”教學法在銑工實訓中的應用

王強

【摘 要】分析在銑工實訓中采用“四步一體”教學法的必要性，如何實施“四步一體”教學法，從刀具的選擇、工件的安裝、銑削用量的選擇和測量方法等方面進行詳細闡述。

【關(guān)鍵詞】四步一體 銑工實訓 實訓教學改革

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2014.08.171

銑工實訓是專業(yè)性強，融理論于實踐之中的一門技術(shù)性課程。同時它在高職教育中是數(shù)控銑床、加工中心的基礎(chǔ)課程，因其加工內(nèi)容多，技術(shù)性強，很難在較短時間內(nèi)掌握其加工技術(shù)，以及達到相應技能水平。筆者在從事銑工生產(chǎn)實習工作中對銑工實訓教學進行探索，根據(jù)社會需求和職業(yè)教育的特點總結(jié)出一套教學方法，對銑工實訓實施教學改革。讓學生在較短的時間內(nèi)掌握銑床加工的基本技能，提高學生的實踐能力，以適應社會對應用型技能人才的要求。

一、何為銑削加工“四步一體”

銑削加工屬于冷加工，它是使用機床通過旋轉(zhuǎn)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。這就要求我們要有相應的方法去實現(xiàn)：工件切削要迅速、準確， 必須正確選擇刀具的材料且須具備合理的幾何角度；工件的形位精度要求， 毛坯必須通過正確的安裝定位給予保證；工件的表面粗糙度要求，就要合理選擇銑削用量；工件的尺寸精度要求，還要通過反復的檢測，正確的測量值才能指導進刀精度，達到要求。因此要迅速的加工出一個合格的產(chǎn)品零件就必須掌握好以下幾步工位，1.刀具的選擇2.工件的安裝3.選擇合理的銑削用量4.精確的測量。這四步工位各具有自己的特點，但相互之間又緊密聯(lián)系，所以，實際上它們是一個統(tǒng)一體。稱為銑削加工“四步一體”。

二、怎樣進行“四步一體”教學

“四步一體”是指集刀具選擇、工件裝夾、銑削用量選擇、測量于一體的切削加工。由于各工位之間具有獨立性，又具有相互的聯(lián)系性，所以，在教學中應按工位先后，根據(jù)各工位不同的特點進行教學。

（一）刀具的選擇

切削加工中，刀具至關(guān)重要。好的刀具可以提高加工效率，提高工件的加工表面質(zhì)量。由于銑刀的種類內(nèi)繁多，常見的有：面銑刀、立銑刀、鍵槽銑刀、角度刀、T型刀、球頭銑刀、三面刃銑刀、鋸片銑刀以及加工特殊表面的成型銑刀等，其絕大部分屬于成形刀，是由刀具廠制作好的標準刀具，因此在刀具的使用上“選”刀又尤為重要。銑刀的選擇主要有兩個方面：一是按照其加工的材料選擇，二是按照其加工用途選擇。刀具材料必須具備以下的基本性能：高硬度、耐磨性好、熱硬性好、足夠的強度和韌性、良好的工藝性和經(jīng)濟性。其次還要需要了解常用的刀具材料，作為普通機床所使用的刀具材料最常用的主要是硬質(zhì)合金和高速鋼。普通高速鋼熱處理后硬度為HRC62～66，抗彎強度約3430MPa，可耐600oC左右的高溫。高速鋼刀具制造簡單，且韌性較好，能承受較大的沖擊力；但硬度、耐熱性、耐磨性較差。高速鋼可用于加工有色金屬、鑄鐵、碳鋼、合金鋼等材料。但高速鋼的耐熱性較差，因此不宜用于高速切削，在普通機加工中適合加工普通鋼材。常用的牌號有W18Cr4V、W9Cr4V。硬質(zhì)合金的硬度很高可達HRC70～75能耐800～1000°C的高溫。所以硬質(zhì)合金的切削速度為高速鋼的4～10倍，可用來加工工具鋼及高速鋼不能加工的材料（如淬火鋼、經(jīng)退火后的高速鋼）。由于其紅硬性較高，故在生產(chǎn)上大量應用，使生產(chǎn)率大大提高。但硬質(zhì)合金的抗彎強度較低、常溫時脆性大、怕沖擊和振動，不易制成刃形復雜的刀具。硬質(zhì)合金按其成分不同，主要有鎢鈷合金和鎢鈦鈷合金兩大類：其中鎢鈷類適于加工鑄鐵和有色金屬等脆性材料，通常YG8用于粗加工，YG6用于半精加工，YG3用于精加工；鎢鈦鈷類適于加工鋼類和韌性較好的塑性材料，通常YT5用于粗加工，YT15用于半精加工和精加工，YT30用于精加工。為了滿足不同形面加工的需要，銑刀的種類很多，按照其加工用途可分為兩大種類：（1）帶柄銑刀，又分為兩種：直柄銑刀——它相當于一把帶柄的圓柱銑刀，主要切削刃均勻分布在圓周上擔任主要切削作用，而端面刃則起修光的作用。利用這種銑刀加工開口槽、半封閉槽、封閉槽等。錐柄銑刀——為了增強剛性，把刀桿制成錐柄。其刀刃結(jié)構(gòu)和直柄銑刀相同?？捎脕砑庸喜?、階臺、小平面等。（2）有孔銑刀，分為：圓盤銑刀（又稱三面刃銑刀），它的直徑大小不一，圓周和側(cè)面均有刀刃故稱三面刃銑刀?？捎脕砑庸喜邸㈦A臺等；鋸片銑刀，它的直徑大而厚度較小，一般厚度小于5mm以下，圓周側(cè)面無刀口，只用于加工寬度很小的槽和割斷分節(jié)工件；圓柱銑刀，主要用來加工平面。在臥式銑床上安裝使用。它的切削，主要是用圓周刀刃擔任主要切削，刀齒做成螺旋形；端面銑刀，這種銑刀在臥式銑床或立式銑床上均可使用。它主要以排列在刀體端面上的刀刃（常用硬質(zhì)合金）進行切削，這種銑刀刀桿部分很短，故常用于高速切削，獲得較好的表面粗糙度，生產(chǎn)效率高；成形銑刀，主要用來加工成形面。其切削刃是一條曲線，形狀與加工表面對應。通過對刀具選擇的介紹，可使學生在原有對刀具使用的基礎(chǔ)上，綜合和加深理解刀具材料和形狀對于切削過程的實質(zhì)、作用和意義，更合理的選擇好刀具，使加工順利。

（二）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(jié)果。工件裝夾情況的好壞，將直接影響工件的加工精度。銑床夾具按使用范圍，可分為三大類：通用夾具、專用夾具、組合夾具。在裝夾中應根據(jù)工件的大小和幾何形狀來選擇使用何種夾具。其主要方法有以下幾種：1.將工件（主要使用螺釘、螺母、壓板等）直接裝夾在工作臺面。2.用通用夾具（如角鐵、v形塊、機用平口鉗、分度頭等其他銑床附件）裝夾工件。3.用專用夾具裝夾工件。4.用組合夾具裝夾工件。由于在實訓中加工的工件形狀相對簡單且較典型，可將工件裝夾歸納為三種方式的裝夾：一是針對小型工件的裝夾，可以直接采用通用夾具進行裝夾。比如：加工小型相互平行、垂直的矩形工件，可選用機用平口鉗裝夾。加工以外圓柱面定位的工件，可選用V形塊定位，然后用機用平口鉗或壓板將工件夾緊。二是針對較大型且較薄的工件的裝夾，可使用螺釘、螺母、壓板、對工件進行直接裝夾。比如：在較大模板上鏜孔或鉆孔。三是針對等分類、盤形類、短軸類的工件，可選用分度頭、三爪自定心卡盤和回轉(zhuǎn)工作臺裝夾。比如：在分度頭上加工齒輪、花鍵軸。在回轉(zhuǎn)工作臺加工離合器等。除此之外，更要根據(jù)工件的形位公差要求來選定基準定位。通過對工件的安裝教學，使學生了解了銑床夾具的分類，明確工件形狀特點與裝夾的關(guān)系，同時進一步理解定位的規(guī)則，正確選用定位和夾緊元件，從而使工件在裝夾中合理選擇基準定位，保證工件的形位要求。

（三）選擇合理的銑削用量

銑削用量包括四個要素，即：主軸轉(zhuǎn)速、進給量、銑削深度和寬度。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(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)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(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、提高銑刀的使用壽命、降低生產(chǎn)成本，都有重要的作用。

如何使學生在較短的時間內(nèi)掌握銑削用量的選擇，可以通過讓學生加工典型零件來實現(xiàn)。在零件加工過程中讓學生快速的認識銑削用量并且熟記于心。比如：在X5032型銑床上使用硬質(zhì)合金面銑刀加工鋼質(zhì)平面，要求達到的表面粗糙度是Ra3.2um時，如果我們只是換上全新的刀片，并降低進給量，不一定能獲得較好的效果，這是因為切削用量不一定合理的緣故。所以，還要合理選擇主軸的轉(zhuǎn)速、吃刀深度和進給量的大小，才能達到預定的效率和粗糙度要求。正確的銑削用量應該保持主軸500-1000的轉(zhuǎn)速，65-90毫米/分鐘的進給量，粗加工3-4毫米、精加工0.2-0.5毫米的吃到深度。又比如加工一個深4毫米，寬5毫米的臺階，所使用直徑為25毫米的高速鋼立銑刀進行加工。要想獲得較好的加工表面質(zhì)量和效率，粗加工時主軸選取275-375的轉(zhuǎn)速，3.5-3.8毫米的吃刀深度，45-65毫米/分鐘的進給量。精加工時主軸選取375-500的轉(zhuǎn)速，0.2-0.5毫米的吃刀深度，25-45毫米/分鐘的進給量。此時學生已經(jīng)對銑削用量有了感性認識，再通過銑削用量計算公式進行計算對比就能更深刻的理解銑削用量的選擇精髓。通過此類綜合教學，使學生懂得了合理選擇切削用量的重要性，他們在實訓過程中，在熟練操作的同時，加工出來的工件表面質(zhì)量較好且達到了一定的加工效率。

（四）精確的測量

在實訓過程中銑床加工常采用的量具有游標卡尺、深度游標卡尺、千分尺、百分表、直角尺、塞尺、萬能量角器等，這些量具只能測量零件的實際尺寸，而實際加工中，不是一次測量就可完成的，常要反復測量確定最終準確讀數(shù)來指導我們的進刀值來達到零件的最終尺寸值。比如銑削加工某一零件平面厚度時，一般分為粗銑和精銑兩個工步，粗銑只是大致“改變”毛坯的厚度使之接近零件最終厚度，而精銑就是使其尺寸達到圖紙要求的最終值。為此，必須多次銑削，反復測量，才可達到要求。因此測量不僅是一個技術(shù)性工作，還是一個反復性的過程。當然，不是通過多次測量就可以達到圖紙要求，而是通過多次測量去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(shù)”，為下一工步的銑削加工作好心理準備，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。

三、“四步一體”教學方法的實質(zhì)、作用和意義

“四步一體”教學法，既反映了銑削加工時的四步過程的聯(lián)系性，又揭示了銑工生產(chǎn)實習教學的規(guī)律性。實踐證明無論是加工某一工件還是進行某一課題的實訓，都離不開這四步的交叉和綜合運用。通過以上教學方法的實施，證明了“四步一體”教學法實際上是一種實效型的教學方法，采用“模塊式”教學和“快捷式”的技能訓練，使學生在較短時間內(nèi)能夠掌握銑床的工作原理和編寫典型零件的加工工藝，合理選擇刀具、切削用量和安裝定位方式，及時發(fā)現(xiàn)加工時出現(xiàn)的問題并能采用正確的處理方式。這一實效型的快捷訓練方法，對于迅速提高學生的操作技能， 提高學生的職業(yè)素養(yǎng)，推動高職院校實訓教學改革，具有實際的指導意義。

參考文獻

[1]張偉萍.機械制造工藝與裝備[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2007.7.

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