數(shù)控機(jī)床課程項(xiàng)目化實(shí)踐案例

康艷

摘要：數(shù)控項(xiàng)目課程是數(shù)控專(zhuān)業(yè)的核心課程，為了適應(yīng)新形勢(shì)下教育實(shí)踐性的需求，通過(guò)構(gòu)建數(shù)控實(shí)踐學(xué)習(xí)項(xiàng)目，讓學(xué)生在薄壁套筒類(lèi)零件模型建立和零件加工的過(guò)程當(dāng)中感受到零件設(shè)計(jì)對(duì)于我國(guó)的重要性，促進(jìn)學(xué)生更好地去掌握知識(shí)。筆者結(jié)合相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了零件組裝數(shù)控加工的項(xiàng)目化教學(xué)案例，并且通過(guò)實(shí)施取得了良好的學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;課程;項(xiàng)目化;實(shí)踐

1? 數(shù)控機(jī)床實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目概要

1.1 數(shù)控機(jī)床實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目名稱(chēng)? 此次數(shù)控機(jī)床實(shí)訓(xùn)的項(xiàng)目名稱(chēng)為：用技能托起科技之夢(mèng)，薄壁套筒類(lèi)零件加工項(xiàng)目實(shí)踐。

1.2 數(shù)控機(jī)床實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目主要內(nèi)容? 勞動(dòng)實(shí)踐教育，旨在為學(xué)生提供平臺(tái)，讓學(xué)生能夠較好地在項(xiàng)目中提升其操作能力以及實(shí)踐水平，由此，初步將項(xiàng)目教學(xué)的內(nèi)容選定為：具有代表性的典型薄壁套筒類(lèi)零件為載體的數(shù)控加工類(lèi)型，如支撐旋轉(zhuǎn)軸的滑動(dòng)軸承和機(jī)床夾具上的刀具導(dǎo)向套和內(nèi)燃機(jī)氣缸套等[1]。主要表面特點(diǎn)為內(nèi)外圓表面，由于其壁厚較薄，所以這類(lèi)零件剛度較低，容易變形，加工難度較大，加工質(zhì)量很難得到確保，選擇薄壁套筒類(lèi)的零件，進(jìn)行數(shù)控加工制作的項(xiàng)目教學(xué)內(nèi)容，在一定程度上能夠提供多個(gè)技能知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，掌握薄壁套筒類(lèi)復(fù)雜零件的數(shù)據(jù)編程和加工的方法，從而使學(xué)生能夠?qū)W會(huì)配合件的加工以及控制加工的變形。

2? 數(shù)控機(jī)床實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目提出背景

2.1 數(shù)控機(jī)床薄壁套筒類(lèi)零件項(xiàng)目市場(chǎng)背景? 隨著我國(guó)科技水平的不斷提升，制造業(yè)成了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈之一，數(shù)控加工已經(jīng)成為制造設(shè)備當(dāng)中不可或缺的現(xiàn)代化手段。開(kāi)展項(xiàng)目化教學(xué)能夠讓學(xué)生，在經(jīng)歷過(guò)程當(dāng)中感受到數(shù)控加工的意義，由此對(duì)項(xiàng)目學(xué)習(xí)更感興趣。另外，我國(guó)現(xiàn)有的數(shù)控加工水平與國(guó)外相比仍有差距，基于此，就更應(yīng)該去把握數(shù)控加工技能的培養(yǎng)，提高學(xué)生的數(shù)控加工水平，為社會(huì)培養(yǎng)出高素質(zhì)的人才。最后，薄壁套筒類(lèi)零件作為較難生產(chǎn)的零件，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了積極的意義，促進(jìn)學(xué)生全面的發(fā)展。

2.2 數(shù)控機(jī)床薄壁套筒類(lèi)零件項(xiàng)目學(xué)習(xí)背景? 此次項(xiàng)目學(xué)習(xí)針對(duì)的是高三年級(jí)數(shù)控專(zhuān)業(yè)的學(xué)生，該階段的學(xué)生已經(jīng)初步掌握了數(shù)控車(chē)床的基本操作，但是對(duì)于綜合零件的工藝分析和編程加工還有待提高，特別是有效地融入知識(shí)能力還需要培養(yǎng)。薄壁套筒類(lèi)零件的編程與加工為學(xué)生呈現(xiàn)了一種綜合性的零件工藝分析與編程，讓學(xué)生在實(shí)踐操作中，完成薄壁套筒類(lèi)零件的加工，在一定程度上提高學(xué)生的綜合運(yùn)用能力。其次，薄壁套筒類(lèi)零件作為較難生產(chǎn)的一種零件，在制作過(guò)程中更能激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生不受限制，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.3 數(shù)控機(jī)床薄壁套筒類(lèi)零件項(xiàng)目實(shí)踐背景? 數(shù)控機(jī)床薄壁套筒類(lèi)零件項(xiàng)目實(shí)踐的背景在目前新形勢(shì)下的教育理念提出，學(xué)生不再僅僅滿(mǎn)足課堂知識(shí)的學(xué)習(xí)，教師必須不斷地融合資源，不僅將知識(shí)傳遞給學(xué)生，更要引領(lǐng)學(xué)生去經(jīng)歷、去發(fā)展，如此，為數(shù)控機(jī)床薄壁套筒類(lèi)零件項(xiàng)目教學(xué)提供了背景。不僅如此，新形勢(shì)下的高職數(shù)控專(zhuān)業(yè)教學(xué)應(yīng)該體現(xiàn)學(xué)生的綜合能力，同時(shí)也讓學(xué)生能夠更早地去接觸與工作環(huán)境相類(lèi)似的設(shè)計(jì)和加工過(guò)程，這樣能夠培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)對(duì)挫折的能力。在實(shí)踐背景的召喚下，數(shù)控機(jī)床薄壁套筒類(lèi)零件項(xiàng)目的實(shí)踐是孕育而生，也是有足夠優(yōu)勢(shì)的外在條件。

3? 數(shù)控機(jī)床案例分析

3.1 作品設(shè)計(jì)

①設(shè)計(jì)創(chuàng)意分析?；诒”谔淄差?lèi)零件工藝設(shè)計(jì)的零件造詣不凡，更能引領(lǐng)學(xué)生融入其中，設(shè)計(jì)出有特色的、有自己獨(dú)特情感的產(chǎn)品。薄壁套筒類(lèi)零件的設(shè)計(jì)不僅僅是純粹意義上的機(jī)械產(chǎn)品，也是科學(xué)藝術(shù)以及情感的融合。目前我國(guó)薄壁套筒類(lèi)零件已經(jīng)從普通的薄壁套筒類(lèi)零件逐漸轉(zhuǎn)向?yàn)閲?guó)防、汽車(chē)行業(yè)、數(shù)控機(jī)床等各個(gè)方向發(fā)展，促進(jìn)了薄壁套筒類(lèi)零件形式的革新?？梢?jiàn)，薄壁套筒類(lèi)零件作為我國(guó)重要的零件之一，不僅擁有較高的內(nèi)涵，還是國(guó)家科技發(fā)展的標(biāo)志。以此，帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)這一小作品，通過(guò)機(jī)械加工的方法制成金屬物件。

②作品造型和結(jié)構(gòu)分析。在帶領(lǐng)學(xué)生完成造型設(shè)計(jì)的過(guò)程中，首先要發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生明白零件的構(gòu)成。本次零件主要是由外殼、活塞、燃燒物三部分組成，生產(chǎn)零件的材料，通常要選擇延展性較好、強(qiáng)度較大、耐磨性強(qiáng)的材料。其次，讓學(xué)生在摸索之中，弄清楚零件的關(guān)鍵部位。對(duì)此零件來(lái)說(shuō)，外殼是最重要的部件，它用來(lái)裝填活塞，并將燃燒物裝置其中，同時(shí)還能承受燃燒物的氣體壓力和超級(jí)推力。當(dāng)反應(yīng)時(shí)活塞快速壓縮燃燒物，引起燃燒物產(chǎn)生瞬燃，同時(shí)產(chǎn)生高溫和高壓氣體將活塞推回，使活塞在高溫高壓氣體的推動(dòng)下向前上移動(dòng)，最終向外做功。

3.2 薄壁套筒類(lèi)零件制作的工藝流程

①薄壁套筒類(lèi)零件模型建立。在薄壁套筒類(lèi)零件模型建設(shè)過(guò)程中，教師通過(guò)提供軟件，在確保學(xué)會(huì)操作軟件后自主完成模型的建立。比如，引領(lǐng)學(xué)生使用3D造型功能強(qiáng)大的UG軟件，將在建模模塊中完成作品的三維設(shè)計(jì)，并且在建模的過(guò)程當(dāng)中，引領(lǐng)學(xué)生在設(shè)計(jì)當(dāng)中進(jìn)行參數(shù)化，這樣可以方便作品的外形和尺寸修改。

②工藝分析加工方案制定。在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行工藝分析和加工方案制定時(shí)，教師首先可以呈現(xiàn)一些薄壁套筒類(lèi)零件圖，比如可以呈現(xiàn)外圓柱、面圓錐、面球面和螺旋組成零件圖，呈現(xiàn)一些幾何形狀的圓柱形軸類(lèi)零件，零件的尺寸和軸向的尺寸。引領(lǐng)學(xué)生在摸一摸，看一看的實(shí)踐活動(dòng)中，逐步明確尺寸、零件的選擇都要精確化，而且，每個(gè)面的粗糙程度也需要精心考量，隨后再讓學(xué)生經(jīng)過(guò)討論和分析確定加工的方案和程序。在工藝確定環(huán)節(jié)，創(chuàng)設(shè)平臺(tái)，引領(lǐng)學(xué)生分組討論，實(shí)踐操作，初步確定加工程序?yàn)椋旱谝徊剑⒐ぜ淖鴺?biāo)系，并且輸入刀補(bǔ)值;第二步，平面端選用90°的外圓車(chē)刀，也可以采用G94指令;第三步，外圓柱面粗車(chē)是選用的90°的外圓車(chē)刀和G71指令;第四步，外圓柱精車(chē)選用的是90°的外圓車(chē)刀，采用的是G70指令，再經(jīng)過(guò)切槽加工，采用寬度為4毫米的切斷刀，切橫紋的螺紋時(shí)候，采用的是60°的螺紋車(chē)刀，但是由于G32指令編程的麻煩性使得整個(gè)工序被加長(zhǎng)，由此，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生采用G92螺紋切削。

③刀具選擇切削用量確定。刀具選擇以及切削量的確定，是薄壁套筒類(lèi)零件制作過(guò)程中重要的部分。教師通過(guò)引領(lǐng)學(xué)生選擇不同的刀具，進(jìn)行不同的操作，引領(lǐng)學(xué)生找到最合適的刀具和切削量。這種勞動(dòng)實(shí)踐活動(dòng)的創(chuàng)立，不僅能夠引領(lǐng)學(xué)生科學(xué)制作薄壁套筒類(lèi)零件，并且能夠幫助學(xué)生獲得制作薄壁套筒類(lèi)零件的自豪感，進(jìn)而有效引領(lǐng)學(xué)生根據(jù)加工的程序選擇不同類(lèi)型的刀具號(hào)和刀具規(guī)格以及主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。通常外圓柱面和球面粗車(chē)采用的是T01刀具號(hào)和90°的外圓車(chē)刀合金類(lèi)型，主軸轉(zhuǎn)速為500n/rmin-1。在選用外圓柱面和球面精車(chē)時(shí)，選擇的是T02，90°外圓車(chē)刀，也是合金材料，轉(zhuǎn)速與外圓柱面粗車(chē)不同，在它的基礎(chǔ)之上增加了一倍。隨后，教師再引領(lǐng)學(xué)生總結(jié)：確定刀具和切削用量的目的就是使得材料有最大的切除率，同時(shí)也能夠有效地保證切削的狀態(tài)穩(wěn)定。為了更好地促進(jìn)學(xué)生理解，教師還可以在實(shí)踐探究課上，引入案例，滲透德育內(nèi)容在勞動(dòng)實(shí)踐活動(dòng)之中，讓學(xué)生結(jié)合案例，再次明確刀具的選擇。例如，進(jìn)給速度是主要的參數(shù)，要根據(jù)工件加工的精度、表面粗糙程度、刀具以及工件材料選取不同的加工點(diǎn)，在一定程度上，盡可能地去引領(lǐng)學(xué)生選擇，有最大進(jìn)給速度的刀削，這樣才能夠保證刀具的前提下盡可能地去提高切削的速度。

④數(shù)控編程。數(shù)控編程是本次實(shí)踐活動(dòng)中完成作品構(gòu)建以及確定作品的工藝的環(huán)節(jié)。教師要充分地發(fā)揮學(xué)生的主體性，激發(fā)學(xué)生操作軟件的興趣，引領(lǐng)學(xué)生在實(shí)踐操作之中找到適宜的加工手段。例如，對(duì)于加工余量、多層次、表面粗糙的曲面部位，要采用自動(dòng)編程;但同時(shí)針對(duì)形狀單一的部位要采用手工編程。比如，在加工薄壁套筒類(lèi)零件時(shí)，要利用如今的CAM功能加工模塊中創(chuàng)建刀具，建立坐標(biāo)系，形成毛坯幾何體和工件結(jié)合體，再分別選用不同的方法和加工參數(shù)來(lái)制成工刀軌跡圖。

⑤仿真加工。為了確保加工程序的正確性，避免在實(shí)際加工的過(guò)程中出現(xiàn)失誤，所有的加工數(shù)據(jù)都要錄入數(shù)控仿真體系當(dāng)中進(jìn)行仿真加工驗(yàn)證。讓學(xué)生在驗(yàn)證的過(guò)程當(dāng)中進(jìn)一步體會(huì)到薄壁套筒類(lèi)零件的生產(chǎn)精準(zhǔn)性，讓學(xué)生在實(shí)踐的操作當(dāng)中感受到薄壁套筒類(lèi)零件的意義以及制作的成就感，如此，能夠提高學(xué)生的綜合實(shí)力。

⑥機(jī)床加工。讓學(xué)生在小游戲的操作當(dāng)中明白數(shù)控車(chē)床的基本操作后，教師可以有效地引領(lǐng)學(xué)生對(duì)薄壁套筒類(lèi)零件設(shè)計(jì)進(jìn)行車(chē)床加工。在開(kāi)始時(shí)，要引領(lǐng)學(xué)生找到快速運(yùn)動(dòng)倍率處于的位置，確認(rèn)無(wú)誤之后，可將快速運(yùn)動(dòng)比率處于f110的位置。在加工的過(guò)程當(dāng)中要考慮到刀具的運(yùn)動(dòng)位置，必須要有效地與工件和其他部位避免發(fā)生碰撞，如果出現(xiàn)碰撞情況，一定要快速按下急停按鈕。在加工的過(guò)程當(dāng)中可以根據(jù)停車(chē)的尺寸，修改磨損和做標(biāo)志以保證設(shè)計(jì)的尺寸合格。不僅如此，在對(duì)薄壁套筒類(lèi)零件加工后要做反饋分析，要生成生產(chǎn)加工評(píng)分表和數(shù)控實(shí)訓(xùn)評(píng)分表。

3.3 技術(shù)難點(diǎn)及解決方法

此次薄壁套筒類(lèi)零件勞動(dòng)實(shí)踐課程，對(duì)于學(xué)生而言存在難點(diǎn)。由此，筆者從以下幾個(gè)方面解決技術(shù)難點(diǎn)。

①該作品屬于實(shí)物參考基礎(chǔ)之上設(shè)計(jì)出來(lái)的外觀協(xié)調(diào)、尺寸協(xié)調(diào)的產(chǎn)品。在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中采用的是無(wú)機(jī)參數(shù)化建模技術(shù)，可以為零件的外形提供多次往返修改的機(jī)會(huì)。②基于本次加工過(guò)程的復(fù)雜、工序的復(fù)雜以及公式之間的關(guān)聯(lián)性，所以，讓學(xué)生分成小組、分任務(wù)完成，這樣能夠合理地引領(lǐng)學(xué)生合理地安排工序，并且經(jīng)過(guò)仔細(xì)地分析，確定以盡量集中的方式來(lái)減少加工次數(shù)。③在加工的過(guò)程當(dāng)中引領(lǐng)學(xué)生根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)工具進(jìn)行校準(zhǔn)。例如，在對(duì)螺紋進(jìn)行加工時(shí)，要使用恒轉(zhuǎn)速，切削加工次數(shù)和每次加工的深度要查表，車(chē)削螺紋的主軸轉(zhuǎn)數(shù)一定要限制在一定的范圍內(nèi)。

4? 案例評(píng)析與反思

4.1 案例總結(jié)與意義

在案例總結(jié)階段，為了激發(fā)學(xué)生的探究激情，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生自己總結(jié)知識(shí)，共享成功經(jīng)驗(yàn)，這樣能夠形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣;同樣基于學(xué)生的反饋，教師也可以深刻地反思自己的教學(xué)過(guò)程。在總結(jié)階段，主要是對(duì)工藝的步驟和內(nèi)容以及數(shù)控車(chē)床的基本操作、安全操作進(jìn)行回顧，并且有效地思考薄壁套筒類(lèi)零件模型創(chuàng)新設(shè)計(jì)考慮的問(wèn)題。其次，薄壁套筒類(lèi)零件設(shè)計(jì)的開(kāi)展在一定程度上能夠發(fā)揮學(xué)生的主體性，同樣也讓學(xué)生在經(jīng)歷薄壁套筒類(lèi)零件設(shè)計(jì)建模操作的過(guò)程當(dāng)中，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力，讓學(xué)生在工藝設(shè)定、編程過(guò)程當(dāng)中，提升分析能力、動(dòng)手能力，同樣使學(xué)生感受到成功的樂(lè)趣。由此可見(jiàn)，此次案例教學(xué)在一定程度上推行了素質(zhì)教育理念。

4.2 案例評(píng)析與思考

在此次數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程當(dāng)中，由于加工程序的復(fù)雜性，所以學(xué)生在進(jìn)行加工過(guò)程當(dāng)中很容易發(fā)生斷刀、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度得不到適當(dāng)?shù)恼{(diào)整等多種情況發(fā)生。究其原因，是學(xué)生的實(shí)踐操作能力欠佳，因此，教師在以后的教學(xué)當(dāng)中，應(yīng)該盡可能地去讓學(xué)生再次明確數(shù)控機(jī)床的加工過(guò)程或數(shù)控機(jī)床的技術(shù)，這樣能夠使得技術(shù)、手動(dòng)、藝術(shù)相融合，使得整個(gè)項(xiàng)目的綜合性增強(qiáng)，并且能夠促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。

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