機械制造技術基礎實驗教學模式的改革與實踐

周京博+劉利劍+紀運廣

摘要：針對目前機械制造技術基礎實驗教學中存在的系統(tǒng)性不足、學生動手少的問題，本文提出了學生以小組為單位協(xié)作完成小型減速器完整制造的實驗教學模式，給出了實驗內容的設計，詳細介紹了實驗的組織與實施方式，并對教學效果進行了分析。通過本實驗教學，學生可以全方位地感受產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，加深對課本基本知識和原理的理解，鍛煉動手能力和團隊協(xié)作能力，取得良好的實驗教學效果。

關鍵詞：實驗教學；機械制造技術基礎；減速器

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）43-0111-02

一、引言

機械制造技術基礎是機械設計制造及其自動化本科專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，內容主要包括金屬切削原理與刀具、金屬切削機床、機械制造工藝、機床夾具、加工質量控制和機械裝配工藝等。課程系統(tǒng)闡述了產(chǎn)品在整個生產(chǎn)過程中所涉及的基本原理、方法和裝備。這些知識是機械工程專業(yè)學生從事相關工作、研究所必需的。因此，如何能夠使學生牢固掌握課程的基本知識和原理，是一個十分值得研究的教學課題。機械制造技術基礎課程具有內容繁雜、實踐性強的特點，而傳統(tǒng)的課堂教學難以充分調動學生的學習積極性，導致授課效果不理想。通過引入計算機圖形、三維動畫、生產(chǎn)視頻等，可在一定程度上提高學生的聽課興趣，但此時學生仍處于被動接受狀態(tài)。通過實驗教學，學生可以在頭腦中建立真實的生產(chǎn)場景，將有助于知識的掌握、能力的培養(yǎng)和素質的提高。目前的實驗教學，或將金工實習與課堂教學融合到一起，或將生產(chǎn)實習與課程相結合，或通過單個零件的加工，使學生對產(chǎn)品的生產(chǎn)過程有一定的了解，達到理論聯(lián)系實際的效果。這些探索對機械制造技術基礎的實驗教學起到一定的借鑒作用，但目前仍存在一些較為突出的問題。

二、實驗教學中存在的問題

1.系統(tǒng)性不足。機械制造技術基礎系統(tǒng)地闡述了零件從毛坯到產(chǎn)品的全部過程。目前的實驗教學通常只針對其中的某個環(huán)節(jié)進行設計，或測繪刀具，或拆裝組合夾具，或加工單個零件等。這些實驗在一定程度上促進了學生對課本相關知識的理解，提升了學習興趣。但對制造過程中很多影響產(chǎn)品質量的重要內容很難體現(xiàn)出來。例如，軸和孔的制造公差對裝配效果的影響。只有讓學生分別按照圖紙上的公差要求加工出軸及配合孔的零件，并進行實際的安裝，才能夠對零件的配合方式有更加深入的理解。再如，采用螺栓連接兩個零件時，只有當孔的位置誤差過大，螺栓無法從孔中穿過時，才能深刻體會到位置誤差的重要性。只有讓學生自主完成從最初的零件加工到最后產(chǎn)品裝配測試的整個過程，才能夠使其對整個課程內容有更加系統(tǒng)、全面、深刻的認識。

2.學生動手操作少。多數(shù)學校由于實驗條件及時間所限，很難讓每個學生都獨立完成要求的零件加工。通常做法是先分組，然后由本組某個成員來完成加工操作，多數(shù)學生僅處在旁觀狀態(tài)。旁觀學生的積極性、責任感不能被充分地調動出來，難以達到實驗的預期效果。不僅如此，單個零件的加工過程較為枯燥，且加工出的零件不能組裝成一個具有相對完整功能的產(chǎn)品，難以充分激發(fā)學生的參與興趣。

三、實驗內容設計

實驗內容為制造一個規(guī)定型號的小型減速器。教師給學生提供對應型號的減速器二維裝配圖，讓其完成零件圖的繪制、加工工藝規(guī)程的制定、相關夾具的設計、零件的加工及裝配等與實際生產(chǎn)相同的全部工藝過程，最終做出對應的減速器產(chǎn)品，從而使學生能夠將課本知識系統(tǒng)地貫穿起來，深刻體會零件的加工質量對產(chǎn)品性能的影響規(guī)律。它主要包括以下內容。

1.畫減速器零件圖：根據(jù)二維裝配圖繪制減速器所有非標零件的零件圖，其中減速器上下殼體必須用三維軟件繪制，以便采用3D打印方式制作模型。

2.編制備料表和工藝卡：每組將所需毛坯和標準件的材料和外形尺寸編制成備料表和外購件表，編制合理的零件加工工藝，制定加工工藝卡。

3.進行與生產(chǎn)相關的參觀及培訓：參觀3D打印和熔模精鑄設備，數(shù)控機床編程與操作培訓，軸系零件、箱體零件加工培訓。

4.零件加工：熟悉機床操作，了解所用刀具、夾具，明確工件的定位、夾緊方式；掌握關鍵零件關鍵尺寸的精度實現(xiàn)手段；數(shù)控加工程序須經(jīng)教師認可方能加工。

5.檢驗裝配：完成加工后，按圖紙要求檢驗零件是否合格，并完成齒輪減速器產(chǎn)品的裝配和檢驗；分析影響零件加工誤差的因素。

6.完成機械制造綜合實驗進度報告和結題報告的編寫。

四、實驗教學的組織與實施

本設計持續(xù)時間為9周，前5周師每周安排1天實驗，后4周是整周安排實驗訓練，中間進行一次中期答辯，檢查圖紙、工藝卡等文檔的完成情況。學生每6—7人分成一個項目小組，每個小組根據(jù)一個齒輪減速器產(chǎn)品的設計，完成全部零件的工藝設計、加工制造和裝配調試等全部工作。每個組由組長負責，進行分工合作，每項工作必須由專人負責，并在相應文件上簽字，作為成績給定的依據(jù)。實驗的成績以小組為單位評定基本分，每個人根據(jù)工作情況適當加減分。要求制圖和審圖不能是同一個人，工藝設計和工藝審核不能是同一個人，加工和檢驗不能是同一個人。評閱教師根據(jù)上述文檔中出現(xiàn)的問題，對所有簽名人適當減分。整個產(chǎn)品的生產(chǎn)過程嚴格按照時間進度進行。在實驗任務布置完畢之后，所有教師只是項目組的技術支持，不能為學生做出任何決定，由項目小組獨立決定制造過程的任何事宜。工程中心為學生項目提供場地、設備、工具、技術人員等支持，學生按實際運作程序進行加工；學生的角色是獨立的項目工程師，在工程中心提供的條件限制范圍內完成制造項目。學生項目組之間是獨立的，完全可以沒有協(xié)調關系，同時存在競爭關系，競爭技術資源、加工設備資源等。

五、實驗教學效果分析

這次實驗教學在2013級機械制造方向本科生中進行，兩個班68名學生分為10組來參與。所有小組均按時完成整個小型減速器產(chǎn)品的制造，讓學生充分體驗機械產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。

1.使學生系統(tǒng)掌握了編制制造工藝規(guī)程的過程和方法，具備了分析和處理零件制造工藝問題的能力，懂得了合理的制造方案應該是技術上先進、經(jīng)濟上合理、生產(chǎn)實際中可行的。

2.使學生的基本技能，如制圖、使用技術資料、貫徹國家標準和規(guī)范、編寫技術文件以及應用計算機等，得到訓練和提高。

3.使學生學會了根據(jù)產(chǎn)品設計要求，合理選擇和調整加工機床、刀具、夾具；合理選擇零件的加工精度，并按照圖紙上的技術要求加工出合格零件；合理選擇標準件及外協(xié)加工等方式，具備了運用G代碼、M代碼等編制軸類和法蘭類零件加工程序的能力，掌握了采用數(shù)控機床加工零件的方法；學會了使用激光快速成型機制作蠟模，并進行熔模鑄造的工藝；能夠較為熟練地使用三坐標測量機對零件的形位精度進行測量；完成了產(chǎn)品的生產(chǎn)、裝配、安裝及調試。

4.使學生通過為典型零件選擇材料，了解材料的成分及成型方法，能夠理解和評價針對復雜工程問題的加工實踐，對課本中加工質量控制的基本原理、加工質量對產(chǎn)品質量的影響規(guī)律有了更系統(tǒng)、深入的認識。

5.使學生認識了典型產(chǎn)品制造的全過程，知道在規(guī)定的時間內一定要完成具備規(guī)定的項目任務；使學生理解團隊協(xié)作的意義，主動處理好個人與團隊的關系，在保質保量完成各自分配任務的基礎上，才能高質量、按時地完成整個產(chǎn)品的生產(chǎn)任務。

六、結語

機械制造技術基礎是機械工程專業(yè)的一門核心課程，讓學生牢固地掌握相關的基礎知識，靈活熟練地運用相應的基本原理和規(guī)律，十分重要。通過減速器產(chǎn)品制造綜合訓練，不僅能夠讓學生將課本知識與實際制造過程進行很好的結合，還能接觸到3D打印、數(shù)控編程等先進的技術。通過鉆孔、攻螺紋等，可以鍛煉學生的動手能力。通過制作各種標準文檔，可以提高學生的寫作水平。所以，實踐教學模式是十分成功的。

參考文獻：

[1]尹成湖.機械制造技術基礎課程設計[M].高等教育出版社，2008.

[2]李杰.案例教學法在機械制造基礎課程教學中的應用研究[J].制造業(yè)自動化，2012，34（6）：153-156.