加工工藝驅(qū)動(dòng)型機(jī)械制造技術(shù)課程教學(xué)方案改革*

嚴(yán)育才 ，張向陽(yáng) ，侯加文 ，張 融 ，陳愛平

（1.武昌工學(xué)院智能制造學(xué)院，湖北 武漢 430065；2.駐馬店卷煙廠，河南 駐馬店 463000；3.綠色風(fēng)機(jī)制造湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430065）

1 “四個(gè)一”課堂現(xiàn)狀

機(jī)械制造技術(shù)課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化專業(yè)的核心主干課程。然而，學(xué)生在實(shí)際的學(xué)習(xí)中卻存在一些問(wèn)題。筆者根據(jù)教學(xué)實(shí)際，將其歸納為“四個(gè)一”，即學(xué)生一聽就懂、一看就會(huì)、一考就蒙、一動(dòng)手就不會(huì)。

2 原因分析

2.1 知識(shí)技能方面

導(dǎo)致學(xué)生對(duì)機(jī)械制造加工工藝的認(rèn)識(shí)了解片面和零散的主要原因有以下四個(gè)：1）大多數(shù)學(xué)生對(duì)車銑刨磨鏜等機(jī)械加工實(shí)際操作感性認(rèn)識(shí)不足；2）絕大部分學(xué)生幾乎沒有實(shí)際機(jī)械產(chǎn)品加工的經(jīng)驗(yàn)；3）缺乏對(duì)學(xué)到的機(jī)械加工相關(guān)知識(shí)的實(shí)踐與驗(yàn)證；4）學(xué)生對(duì)機(jī)械加工裝備和人員組成的加工生產(chǎn)能力特點(diǎn)及影響不了解。此外，機(jī)械加工相關(guān)知識(shí)涵蓋面廣，包括工程材料、車銑刨磨鏜等加工機(jī)床、互換性與技術(shù)測(cè)量、機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等，將這些知識(shí)融會(huì)貫通、靈活運(yùn)用也是對(duì)學(xué)生們的一大考驗(yàn)。

2.2 企業(yè)生產(chǎn)方面

除了上述知識(shí)技能方面的原因，學(xué)生缺乏加工型企業(yè)產(chǎn)品訂單洽談流程訓(xùn)練、抓不住加工工藝的重點(diǎn)也是造成機(jī)械制造技術(shù)課程課堂“四個(gè)一”的主要原因。

3 解決方案

解決“四個(gè)一”課堂現(xiàn)狀，首先需運(yùn)用正確的解決方案，有針對(duì)性地彌補(bǔ)學(xué)生的不足。

1）解決學(xué)生對(duì)車銑刨磨鏜等機(jī)械加工實(shí)際操作感性認(rèn)識(shí)不足的方案：依托多媒體素材和課堂設(shè)計(jì)，老師通過(guò)生動(dòng)形象的情景教學(xué)在課堂上再現(xiàn)加工現(xiàn)場(chǎng)，以此豐富課堂的趣味性，提高學(xué)生的課堂專注度。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，任課教師親自操作的加工視頻等多媒體素材使得學(xué)生接受效果更佳[1-2]。

2）解決機(jī)械產(chǎn)品加工經(jīng)驗(yàn)不足的方案：首先，教師在課堂上要多展示實(shí)物產(chǎn)品，讓學(xué)生經(jīng)常接觸軸、臺(tái)階面等，經(jīng)常觸摸能有效培養(yǎng)學(xué)生對(duì)粗糙度、形位公差、尺寸精度等的感覺。學(xué)生面對(duì)產(chǎn)品加工時(shí)的茫然來(lái)自對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品的不了解、不明確，由此就會(huì)出現(xiàn)無(wú)從下手、不敢動(dòng)手的狀況。

3）解決缺乏對(duì)學(xué)到的機(jī)械加工相關(guān)知識(shí)的實(shí)踐與驗(yàn)證的方案：加工要素如切削速度、背吃刀量、進(jìn)給速度對(duì)加工的影響，可以通過(guò)老師指導(dǎo)學(xué)生用不同的切削速度、背吃刀量、進(jìn)給速度對(duì)階梯軸的不同軸段進(jìn)行加工而形成的階梯軸各軸段表面不同的紋理和光澤度來(lái)實(shí)踐驗(yàn)證；另外同一批毛坯可以用不同精度的機(jī)床、相同的加工要素加工，對(duì)比加工效果，這也是很重要的實(shí)踐驗(yàn)證方式[3-6]。

4）解決學(xué)生對(duì)機(jī)械加工企業(yè)裝備和人員組成的加工生產(chǎn)能力特點(diǎn)了解不足的方案：系統(tǒng)性、全流程地給學(xué)生分析企業(yè)現(xiàn)有機(jī)床設(shè)備的性能精度檔次、工人技能級(jí)別、企業(yè)的生產(chǎn)能力。一般企業(yè)在接訂單時(shí)必須衡量自己的機(jī)床設(shè)備性能精度、工人技能級(jí)別是否滿足零件加工要求，企業(yè)的生產(chǎn)能力是否與訂單數(shù)量匹配等；要是完全不滿足、不匹配，則不能承接訂單。同一廠家的不同設(shè)備或工人，加工同一個(gè)訂單產(chǎn)品的工藝要根據(jù)設(shè)備或工人的不同而調(diào)整[7]，這樣才能保質(zhì)保量而且又有利潤(rùn)。

5）學(xué)生缺乏加工型企業(yè)產(chǎn)品訂單洽談流程訓(xùn)練方面的解決方案：加工型企業(yè)產(chǎn)品訂單洽談的核心為訂單數(shù)量大小、能否加工、生產(chǎn)效率能否滿足交貨期。若無(wú)法滿足這3個(gè)核心因素，企業(yè)則不能接單，也就不用去洽談?dòng)唵?。訂單洽談流程如下：首先看產(chǎn)品的要求與企業(yè)生產(chǎn)能力是否匹配，如果匹配則能加工；再分析效率，效率高才能保證按期交貨[8-9]，因?yàn)槟壳捌髽I(yè)接到的訂單交貨期都比較短，有的交貨期甚至在1個(gè)星期內(nèi)。確定能加工和效率后，逐步制定生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)方案、技術(shù)方案和檢驗(yàn)方案。

平時(shí)課堂上講解和分析各加工工藝時(shí)，讓學(xué)生考慮加工工藝類型與洽談?dòng)唵蔚暮诵?要素（訂單數(shù)量大小、能否加工、生產(chǎn)效率能否滿足交貨期）是否匹配，比如量很大、交貨期很短的訂單，對(duì)于效率較低的磨削加工要考慮盡量減小預(yù)留的磨削量，車削加工中精車預(yù)留的車削量也要盡可能小。另外，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度盡可能用偏高值等；對(duì)于量很大、交貨期不急的訂單優(yōu)先選用本企業(yè)的經(jīng)濟(jì)加工方案和經(jīng)濟(jì)加工速度，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最優(yōu)和節(jié)省能耗。總之，平時(shí)課堂上加工工藝教學(xué)和分析圍繞訂單的特點(diǎn)來(lái)展開，方便學(xué)生找到和明白每個(gè)加工工藝適應(yīng)的加工對(duì)象。換言之，脫離訂單和生產(chǎn)講加工工藝，學(xué)生則不會(huì)使用，即出現(xiàn)一用就不會(huì)的現(xiàn)象[10]。

4 教學(xué)案例

運(yùn)用解決方案將知識(shí)技能和企業(yè)生產(chǎn)方面的不足提高到夠用的水平后，平時(shí)案例教學(xué)要完全貼合企業(yè)接單流程，對(duì)學(xué)生進(jìn)行全接單流程訓(xùn)練，讓學(xué)生掌握不同加工工藝參數(shù)對(duì)企業(yè)的影響程度，下面課題組以軸零件加工案例展示案例教學(xué)過(guò)程。

4.1 訂單圖紙、材料、數(shù)量

材料，45#鋼；熱處理，58 HRC～62 HRC；數(shù)量，6 000個(gè)。如圖1所示。

4.2 訂單數(shù)量與生產(chǎn)類型分析

訂單數(shù)量是企業(yè)關(guān)心的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)對(duì)企業(yè)整體生產(chǎn)和管理運(yùn)行過(guò)程都產(chǎn)生影響，訂單數(shù)量決定生產(chǎn)類型是大批量生產(chǎn)、中批量生產(chǎn)還是小批量生產(chǎn)。這3種生產(chǎn)類型對(duì)企業(yè)原材料（圖1零件原材料為棒料）采購(gòu)渠道、生產(chǎn)設(shè)備類型、技術(shù)工人類型、物流運(yùn)輸噸位等都有影響。

圖1 軸零件圖

大批量生產(chǎn)原材料一般聯(lián)系鋼材廠家或者大經(jīng)銷商采購(gòu)，有一個(gè)詢價(jià)招標(biāo)談判的過(guò)程；中批量生產(chǎn)一般聯(lián)系普通經(jīng)銷商或者批發(fā)市場(chǎng)采購(gòu)，有一個(gè)詢價(jià)擇優(yōu)采購(gòu)的過(guò)程；小批量生產(chǎn)原材料一般就近采購(gòu)。也就是說(shuō)，訂單數(shù)量決定原材料采購(gòu)渠道。

大批量生產(chǎn)一般采用流水線+專用夾具量具方式集中區(qū)域生產(chǎn)；中批量生產(chǎn)一般采用自動(dòng)化設(shè)備模塊化生產(chǎn)；小批量生產(chǎn)一般采用數(shù)控機(jī)床+通用夾具量具生產(chǎn)。換言之，訂單數(shù)量決定生產(chǎn)設(shè)備，不同生產(chǎn)設(shè)備加工工藝一般不同，加工工藝要和設(shè)備匹配才能保質(zhì)保量。另外，不同加工設(shè)備配備的技術(shù)工人不同，特別是流水線+專用夾具量具方式的工人，都需要培訓(xùn)和預(yù)演調(diào)試，保證銜接順暢，即訂單數(shù)量決定加工設(shè)備、加工工藝、技術(shù)工人類型。

大批量生產(chǎn)、中批量生產(chǎn)、小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)類型對(duì)應(yīng)的物流設(shè)備和運(yùn)行方式不同，大批量生產(chǎn)物流設(shè)備噸位大，運(yùn)行方式是整個(gè)生產(chǎn)統(tǒng)籌管理，按照時(shí)間點(diǎn)和上下料位置順序安排表各自就位運(yùn)行；中批量生產(chǎn)物流設(shè)備一般用普通物流車，采用約定時(shí)間地點(diǎn)方式運(yùn)行；小批量生產(chǎn)物流設(shè)備一般不用專門配備，用車間的手推車或小物流車。

本訂單數(shù)量為6 000個(gè)，屬于中批量生產(chǎn)，對(duì)應(yīng)的原材料采用聯(lián)系普通經(jīng)銷商或者批發(fā)市場(chǎng)的方式，采購(gòu)φ35*215熱軋圓鋼，要求經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，殘余應(yīng)力小；如果有疲勞壽命要求則選擇φ35*215鍛造鋼。本訂單沒有提及疲勞壽命要求，故選擇φ35*215熱軋圓鋼。

采用自動(dòng)化設(shè)備模塊化生產(chǎn)。

4.3 技術(shù)分析

項(xiàng)目經(jīng)理接訂單時(shí)了解數(shù)量后立馬看圖紙，首先看總體尺寸是否在自己公司現(xiàn)有設(shè)備的極限范圍內(nèi)，如果出現(xiàn)超程尺寸的訂單，一般不能接，因?yàn)闊o(wú)法加工。

接下來(lái)分析技術(shù)要求，主要是尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面質(zhì)量等要求。同樣需要看這些要求的最高者是否能夠通過(guò)本公司的設(shè)備和技術(shù)工人加工，加工不出來(lái)或者成品率不高的訂單也不能接。

如表1所示，需要的裝備如下：本訂單6級(jí)尺寸精度、Ra0.1表面質(zhì)量，要求比較高，需要精密車床和精密磨床；0.006形位精度較高，軸兩端中心孔需要采用專用中心孔磨床修磨。

表1 需要裝備和技術(shù)工人表

由于是中批量生產(chǎn)，不一定要求集中生產(chǎn)，因此精密車床和外圓精密磨床、專用中心孔磨床可以在不同區(qū)域，按照不同工序進(jìn)行加工。

4.4 加工工序卡制定

加工工序按照粗車—精車—熱處理—修磨中心孔—磨外圓—研磨進(jìn)行，具體如表2所示。

表2 加工工序卡

毛坯選φ35*215熱軋圓鋼，市場(chǎng)上供應(yīng)充足，長(zhǎng)度5 mm余量，直徑3 mm余量，都在常用的余量范圍，既能保證去除毛坯表面粗糙表層，又能保留材料屬性好的淺層。

磨外圓余量0.5 mm，其中研磨余量0.01 mm，難度較大，時(shí)間要把握很準(zhǔn)。

檢驗(yàn)方面尺寸精度需要工業(yè)游標(biāo)卡尺，表面粗糙度用粗糙度檢測(cè)儀，形位公差要用形位誤差測(cè)量?jī)x來(lái)檢測(cè)。

5 教學(xué)效果對(duì)比

經(jīng)過(guò)解決方案和教學(xué)案例改革后2屆學(xué)生與教學(xué)改革前3屆學(xué)生的教學(xué)效果和學(xué)生反映調(diào)查問(wèn)卷數(shù)據(jù)，如表3所示。

表3 問(wèn)卷數(shù)據(jù)

6 總結(jié)

要解決機(jī)械制造技術(shù)課程“四個(gè)一”的課堂現(xiàn)狀，必須讓學(xué)生在平時(shí)增強(qiáng)解決方案中能力的基礎(chǔ)上，結(jié)合企業(yè)接單流程訓(xùn)練，掌握訂單數(shù)量與生產(chǎn)工藝的相互關(guān)系；掌握產(chǎn)品特征、圖紙技術(shù)要求與企業(yè)機(jī)械加工裝備和人員組成的加工生產(chǎn)能力的關(guān)系；掌握生產(chǎn)企業(yè)機(jī)床設(shè)備和技術(shù)工人的極限精度和效率對(duì)生產(chǎn)的影響；掌握從洽談?dòng)唵蔚匠善窓z驗(yàn)整個(gè)流程。并且在此基礎(chǔ)上，熟悉與掌握訂單數(shù)量、產(chǎn)品特征與技術(shù)要求、企業(yè)加工裝備、企業(yè)加工與技術(shù)人員、產(chǎn)品加工工藝之間的交叉網(wǎng)狀關(guān)系與裙帶效應(yīng)后，才不會(huì)出現(xiàn)“四個(gè)一”現(xiàn)象。