基于“五步一體”教學(xué)法的普銑實訓(xùn)教學(xué)探究

尚妍 付鐵 馬樹奇 王旭剛

【摘要】在工業(yè)4.0革命浪潮的推動下，工程實訓(xùn)課內(nèi)容涵蓋了從工業(yè)一代到四代的制造技術(shù)訓(xùn)練，教學(xué)內(nèi)容不斷擴充，普銑的課時被壓縮。但普銑是學(xué)習(xí)現(xiàn)代化機床的前提。為了在有限的學(xué)時內(nèi)完成普銑教學(xué)，進行了實訓(xùn)教學(xué)改革，提出“五步一體”的教學(xué)方法，可使學(xué)生在較短的學(xué)時內(nèi)掌握銑削加工的要領(lǐng)，并為數(shù)控加工的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】“五步一體”教學(xué)法 ?工程訓(xùn)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(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”的基本方針，通過“三步走”實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標[1]。而高校和科研單位是推動科技成果轉(zhuǎn)化，引領(lǐng)企業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的先鋒。所以只有做好高水平的基礎(chǔ)研究才能培養(yǎng)出高水平的人才。高校工程實訓(xùn)系列課程是以“工程”“實踐”“創(chuàng)新”為主題，培養(yǎng)學(xué)生的工程綜合素質(zhì)與能力的實踐平臺[2-3]。學(xué)生在掌握基本制造知識的基礎(chǔ)上具有一定的實踐能力，認知新工藝、新技術(shù)在現(xiàn)代制造中的地位和應(yīng)用，建立起現(xiàn)代制造工程的概念[4-6]。通過工程實踐能力訓(xùn)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(yīng)用先進制造技術(shù)進行工藝流程的設(shè)計、制造、測量和檢驗的工程實踐能力，提升創(chuàng)新意識。

1.普銑教學(xué)的地位與現(xiàn)狀

銑削加工是機械加工中的一項重要的實訓(xùn)項目。各類數(shù)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(chǔ)知識教學(xué)和實踐，是學(xué)習(xí)數(shù)控機床的前提，是認識數(shù)控銑床、加工中心的基礎(chǔ)課程。通過學(xué)習(xí)普通銑床的結(jié)構(gòu)和加工工藝，合理選擇銑刀，將所學(xué)的切削原理轉(zhuǎn)化為數(shù)控機床的刀具參數(shù)設(shè)置和軌跡生成，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，提高加工效率和加工質(zhì)量。為后續(xù)課程中更好地設(shè)計和制造模具、工夾量具打基礎(chǔ)。真正培養(yǎng)出理論與實踐相結(jié)合的專業(yè)復(fù)合型人才，實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標。

在工業(yè)4.0革命浪潮的推動下，工程實訓(xùn)課內(nèi)容涵蓋了從工業(yè)一代到四代的制造技術(shù)訓(xùn)練，普銑的課時被壓縮至原來的三分之一，而教學(xué)內(nèi)容和要求卻沒有變化，在較短時間內(nèi)令學(xué)生掌握其加工技術(shù)是相當困難的。

為此，必須對銑工實訓(xùn)教學(xué)進行改革，讓學(xué)生在較短的時間內(nèi)掌握銑削加工的要領(lǐng)，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識。本文對銑工實訓(xùn)教學(xué)進行了探索，總結(jié)出一套“五步一體”的教學(xué)方法，促進銑工實訓(xùn)教學(xué)改革。

2.銑削加工“五步一體”教學(xué)法

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。

銑削加工具有以下幾步：第一步，依據(jù)工件的材料選擇刀具材料;第二步，根據(jù)工件圖紙要求確定工件的安裝和定位，根據(jù)工件的表面特點選擇刀具種類和直徑;第三步，根據(jù)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(lián)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(xué)的實施

在銑削加工教學(xué)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(xùn)的工件能很好地調(diào)動學(xué)生制作的能動性，又能讓學(xué)生掌握銑削加工平面和溝槽的方法，滿足教學(xué)要求。孔明鎖由六個柱狀的工件組成，其六柱結(jié)構(gòu)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(xué)的實施過程。

在教學(xué)中按照工步先后進行，根據(jù)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(yè)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(zhì)合金刀具;銑平面選擇硬質(zhì)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(jié)果。工件裝夾的好壞直接影響工件的加工精度。在裝夾中應(yīng)根據(jù)工件的大小和幾何形狀來選擇使用合適的夾具，還要根據(jù)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(shè)計夾具理念，同時進一步理解定位的規(guī)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(zhuǎn)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(zhì)量和刀具耐用度的前提下，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。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(xué)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(zhì)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(zhuǎn)速、進刀深度和進給量的大小，才能達到預(yù)定的效率和加工質(zhì)量要求。

根據(jù)六柱孔明鎖的加工質(zhì)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(zhuǎn)速、快進給、大切深;精加工階段要保證各表面達到工件圖規(guī)定的加工質(zhì)量要求，選擇切削用量上要高轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)量，精加工時選取800r/min的主軸轉(zhuǎn)速，0.5-0.05mm的進刀深度，50mm/min的進給量。然后讓學(xué)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(zhuǎn)速調(diào)高至1130 r/min，進給量調(diào)低至34mm/min。

通過此類綜合教學(xué)，使學(xué)生懂得合理選擇切削用量的重要性，并能根據(jù)加工要求進行正確地選擇。為減少安裝工件次數(shù)，保證加工質(zhì)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(jīng)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(shù)性工作，還是一個反復(fù)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(shù)”，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(fù)的教學(xué)測量，學(xué)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(xùn)目的。

第五步 組裝

在裝配中發(fā)現(xiàn)問題，體會工件的安裝、定位、測量不規(guī)范，對切削加工質(zhì)量及裝配的不良影響。每組同學(xué)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(xiàn)實訓(xùn)課堂“做中學(xué)”“學(xué)中做”，高效愉悅地完成銑削模塊的教學(xué)計劃。

4.結(jié)語

“五步一體”教學(xué)法，既體現(xiàn)銑削加工五步過程的聯(lián)系性，又揭示普銑生產(chǎn)實訓(xùn)教學(xué)的規(guī)律性。通過以上教學(xué)方法的實施，證明了“五步一體”教學(xué)法實效性強。在實訓(xùn)中技術(shù)性較強的環(huán)節(jié)，由指導(dǎo)老師親自示范，學(xué)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(fā)現(xiàn)加工時出現(xiàn)的問題并進行糾正。使學(xué)生在較短時間內(nèi)能夠掌握銑床的特性及銑削加工的要領(lǐng)，并為數(shù)控加工的學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。這種實效型的訓(xùn)練方法對推動高校實訓(xùn)教學(xué)改革具有良好的指導(dǎo)意義和長遠的戰(zhàn)略意義。

參考文獻：

[1]國務(wù)院關(guān)于印發(fā)《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(chuàng)新能力培養(yǎng)的工程訓(xùn)練教學(xué)改革研究[J].實驗室科學(xué)，2019（1）：155-157.

[3]張恩惠.基于工程實訓(xùn)的高校學(xué)生自主學(xué)習(xí)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(xùn)練課程的OBE教學(xué)設(shè)計與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2018（1）：180-183.

[5]周世權(quán)，黃勝智，趙軼，等.工程訓(xùn)練與機械制造基礎(chǔ)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(yè)實踐教學(xué)體系研究[J].實驗技術(shù)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(xùn)練實踐教學(xué)及研究與改革工作。