腕表制造在項(xiàng)目化工程訓(xùn)練中的探索

張余益，陳遠(yuǎn)洋，井平安

（清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心，北京 100084）

0 引言

通過近幾年的“工業(yè)4.0”掀起了一股工業(yè)浪潮，在以創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)客為社會(huì)熱潮的今天，高校的工程實(shí)踐教育思想及教學(xué)方法也緊跟時(shí)代的發(fā)展步伐和社會(huì)需求。金屬工藝實(shí)習(xí)作為一門與創(chuàng)新密切相關(guān)的實(shí)踐性課程，無疑是各大工科院校學(xué)生的一門必修課，正圍繞創(chuàng)新做出改變。

1 現(xiàn)狀背景

以往的金工實(shí)習(xí)課程是以單一工種的學(xué)習(xí)模式，讓學(xué)生學(xué)習(xí)各個(gè)工種的理論知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。這樣的實(shí)習(xí)方式比較適用于職業(yè)院校，而對(duì)于本科學(xué)校的學(xué)生，這種走馬觀花式的實(shí)踐方式并不能使學(xué)生的創(chuàng)新思維得到提高和放大。因?yàn)閱我还しN的實(shí)習(xí)總有很多條條框框，無形中禁錮了學(xué)生的創(chuàng)新思維。以項(xiàng)目式多工種的工程訓(xùn)練方式進(jìn)行金工實(shí)習(xí)，不僅能讓學(xué)生對(duì)金工實(shí)習(xí)這門課產(chǎn)生濃厚的興趣，激發(fā)他們的自主學(xué)習(xí)能力，還能在此期間對(duì)各個(gè)工種有更深刻的了解和認(rèn)識(shí)。

2 新課改設(shè)計(jì)

以項(xiàng)目式的綜合工程訓(xùn)練來設(shè)計(jì)金工實(shí)習(xí)課程，引入產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造，讓學(xué)生在較短的時(shí)間內(nèi)吸收較多的知識(shí)。本次的創(chuàng)新課以腕表零部件的制作組裝為中心，根據(jù)中心的教學(xué)規(guī)劃，在3 學(xué)分的方案中，先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室所占用的時(shí)間為3 天。在3天課程中，設(shè)計(jì)制作出大部分手表的零部件（表芯為外購(gòu)），并完成組裝。在教學(xué)中給學(xué)生灌輸成本及利潤(rùn)核算的概念，讓學(xué)生了解產(chǎn)品的全生命周期。

3 新課改規(guī)劃

每9 人為一個(gè)行政組，由兩位導(dǎo)師帶隊(duì)，一位主要帶隊(duì)輔導(dǎo)、一位主要在崗輔輔導(dǎo)；發(fā)布項(xiàng)目表，劃分出一位組長(zhǎng)和四個(gè)功能小組，由組長(zhǎng)協(xié)調(diào)行政組工作和文檔收集整合。在固定時(shí)間段學(xué)習(xí)各項(xiàng)技能，主要由帶隊(duì)導(dǎo)師和其他在崗導(dǎo)師講解。每個(gè)工種會(huì)有一位在崗導(dǎo)師輔導(dǎo)，由導(dǎo)師督導(dǎo)并把握時(shí)間，如CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造）軟件、精雕機(jī)、線切割、激光切割機(jī)、3D 打印機(jī)等。各功能小組在導(dǎo)師的輔導(dǎo)下制定各自零部件加工工藝，具體功能分配和時(shí)間安排見表1～表4。

表1 手表功能組分工

4 案例研究

制造腕表是基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)來規(guī)劃后續(xù)工藝，該工藝包括以下主要步驟。

（1）應(yīng)用CAD 軟件設(shè)計(jì)。學(xué)生使用CAD 軟件設(shè)計(jì)腕表產(chǎn)品并進(jìn)行模擬裝配，如圖1 所示。

表2 第1 天講解

表3 第2 天分工執(zhí)行

表4 第3 天加工及總結(jié)

圖1 CAD 設(shè)計(jì)的腕表外殼

（2）定義毛坯（線切割下料）。根據(jù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)確定毛坯的尺寸，使用電火花線切割技術(shù)來切割制作表殼所需的毛坯。

（3）表殼制造（精雕機(jī)）。學(xué)生應(yīng)用數(shù)控銑削工藝來制造腕表表殼，按照下列程序完成：①學(xué)習(xí)并應(yīng)用SurfMill 軟件導(dǎo)入模型；②應(yīng)用該軟件對(duì)其進(jìn)行布局；③定義毛坯，并應(yīng)用該軟件CAM 加工模塊，根據(jù)零件自身特點(diǎn)，制定并選擇加工方法；④根據(jù)加工材料屬性定義加工時(shí)候的具體加工參數(shù)；⑤計(jì)算并保存加工路徑；⑥模擬仿真加工，檢查模擬效果，并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)哪Ｐ驼{(diào)整或加工參數(shù)完善；⑦輸出加工路徑，得到最終加工程序；⑧傳輸程序至精雕工作室服務(wù)器上，使得每臺(tái)精雕機(jī)能夠訪問到該程序；⑨學(xué)習(xí)并應(yīng)用數(shù)控精雕機(jī)進(jìn)行加工；⑩檢查測(cè)量加工結(jié)果。該過程如圖2 所示。

圖2 表殼制造過程

（4）表帶（激光切割機(jī)）。表帶應(yīng)用激光切割技術(shù)來實(shí)現(xiàn)：學(xué)習(xí)并應(yīng)用CorelDRAW 軟件定義圖形及布局，使用數(shù)控激光切割機(jī)調(diào)整加工參數(shù)進(jìn)行加工得到最終表帶，如圖3 所示。

圖3 激光切割表帶

（5）輔助支撐（3D 打?。?。表芯的輔助支撐將由增材制造技術(shù)來完成：學(xué)生先學(xué)習(xí)并應(yīng)用3D 打印機(jī)，通過計(jì)算機(jī)軟件載入模型、調(diào)整模型，填寫打印參數(shù)，應(yīng)用擠壓熔融類的3D 打印機(jī)打印表芯支撐。3D 打印的支撐件正反面如圖4 所示。

圖4 3D 打印表芯支撐件

（6）打包整理（裝配調(diào)試）。完成所有零部件的制造后進(jìn)行裝配調(diào)試，裝配過程如圖5 所示。

圖5 裝配過程

（7）總結(jié)匯報(bào)。完成作品后，學(xué)生需要提交產(chǎn)品及文檔資料，展示產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念，制作PPT 進(jìn)行全班交流及匯報(bào)，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)生整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)、作品完成度和創(chuàng)新性來綜合評(píng)分。

5 結(jié)語

項(xiàng)目化課程建設(shè)模式能快速靈活地結(jié)合工程訓(xùn)練教學(xué)，并且讓學(xué)生能夠更積極參與到工程訓(xùn)練中。在此項(xiàng)目中即有機(jī)械設(shè)計(jì)和加工工藝等多方面的知識(shí)，又綜合了工業(yè)產(chǎn)品上的藝術(shù)性及實(shí)用性，使學(xué)生的想法和個(gè)性得到張揚(yáng)。通過腕表制造的項(xiàng)目化工程實(shí)踐教學(xué)，學(xué)生對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)及加工工藝有了一定的認(rèn)知，能積極加入到本次課程學(xué)習(xí)當(dāng)中，又能提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。