基于軸類零件的多種實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練研究

繆玉桂 伍 龍 王福旺

為了適應(yīng)高校轉(zhuǎn)型發(fā)展的需要，實(shí)現(xiàn)由學(xué)術(shù)型人才培養(yǎng)向應(yīng)用技術(shù)型人才培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，建設(shè)成地方性應(yīng)用型高水平大學(xué)，地方高校要進(jìn)一步加強(qiáng)理論與專業(yè)實(shí)踐的結(jié)合，教學(xué)內(nèi)容要與職業(yè)工作任務(wù)有機(jī)銜接，擴(kuò)大工程案例（包括模擬工程項(xiàng)目）的實(shí)踐比重，使得學(xué)生在校期間能夠具備所學(xué)理論與專業(yè)實(shí)踐高度關(guān)聯(lián)的知識(shí)和專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力。

目前，很多高校機(jī)械類專業(yè)都組織金工實(shí)習(xí)、快速成型等實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)，但是大多各自為戰(zhàn)，沒(méi)有很好地關(guān)聯(lián)起來(lái)。本文以同一個(gè)軸類零件，通過(guò)不同的實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)方法來(lái)提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力。

1 軸類零件舉例及概括

筆者認(rèn)為，基于軸類零件的多種實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練研究可以歸結(jié)為“一個(gè)中心、四個(gè)創(chuàng)新訓(xùn)練法”，即以一個(gè)實(shí)物零件為中心，綜合采用機(jī)械制圖訓(xùn)練、普通車床訓(xùn)練、數(shù)控訓(xùn)練、3D打印訓(xùn)練，圍繞這些完成實(shí)物的設(shè)計(jì)圖、數(shù)控加工程序的編寫及加工、3D打印和普車機(jī)械加工，形成一個(gè)系統(tǒng)的綜合訓(xùn)練環(huán)節(jié)。通過(guò)這四個(gè)訓(xùn)練法涉及的內(nèi)容，傳統(tǒng)的普車加工技術(shù)可以與先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)、3D打印等有機(jī)結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生經(jīng)過(guò)這一環(huán)環(huán)相扣的創(chuàng)新訓(xùn)練方法，獲得更加系統(tǒng)、高效的制造技術(shù)訓(xùn)練。

這里以實(shí)物為中心，針對(duì)不同專業(yè)的學(xué)生，其有所不同，既可以是指一個(gè)零件，也可以是一個(gè)部件裝配體。根據(jù)學(xué)生所學(xué)專業(yè)不同，“實(shí)物”從簡(jiǎn)單的一個(gè)零件，到較復(fù)雜的一個(gè)部件，從而循序漸進(jìn)地鍛煉學(xué)生的綜合能力。如圖1所示，筆者選擇該軸類零件來(lái)構(gòu)建整個(gè)訓(xùn)練過(guò)程。

圖1 軸類零件二維圖紙

2 多種實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)訓(xùn)練法

2.1 3D打印訓(xùn)練法

學(xué)生在電腦上使用三維軟件將實(shí)物零件繪制出來(lái)（這里推薦使用SolidWorks或者UG8.0軟件）。接下來(lái)，將建好的圖形用3D打印機(jī)打印出來(lái)，其過(guò)程是：將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，打印機(jī)逐層打印[1]。

設(shè)計(jì)軟件和打印機(jī)之間協(xié)作的標(biāo)準(zhǔn)文件格式是STL文件格式。一個(gè)STL文件使用三角面來(lái)近似模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過(guò)掃描產(chǎn)生的三維文件掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經(jīng)常被用作全彩打印的輸入文件。

此過(guò)程鍛煉了學(xué)生多方面的能力：一是三維軟件建模能力。這是現(xiàn)代工程師必備的能力，該鍛煉培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和三維建模操作能力，可以為將來(lái)從事該行業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二是初步掌握3D打印技術(shù)。通過(guò)零件的3D打印訓(xùn)練，學(xué)生可以掌握其基本原理和實(shí)際操作技能，了解制造業(yè)新技術(shù)動(dòng)態(tài)以及發(fā)展方向。

2.2 機(jī)械制圖訓(xùn)練法

機(jī)械制圖訓(xùn)練法是指將上面用三維軟件繪制好的軸類三維模型轉(zhuǎn)化成二維工程圖，現(xiàn)在的三維軟件可以轉(zhuǎn)化出二維工程圖，但使用自動(dòng)標(biāo)注，標(biāo)注結(jié)果很不規(guī)范，也沒(méi)有公差，而機(jī)械設(shè)計(jì)的核心就是配合和公差。所以，機(jī)械制圖訓(xùn)練可以很好地鍛煉學(xué)生用軟件繪圖和準(zhǔn)確地標(biāo)注公差配合的能力。

2.3 數(shù)控技術(shù)訓(xùn)練法

這里的數(shù)控技術(shù)訓(xùn)練法包括手工編程法和自動(dòng)編程法兩種。

一是手工編程法。由學(xué)生把圖1對(duì)應(yīng)的零件，手工編程并加工，達(dá)到三個(gè)效果：一是加深對(duì)數(shù)控基礎(chǔ)知識(shí)的理解；二是鍛煉數(shù)控手工編程的能力；三是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)控機(jī)床的實(shí)際操作能力。

二是自動(dòng)編程法。對(duì)于復(fù)雜型面的加工，若需要三、四、五個(gè)坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)加工，其坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)計(jì)算十分復(fù)雜，必須采用計(jì)算機(jī)輔助編程方法，即自動(dòng)編程法。所以，學(xué)生必須學(xué)習(xí)和掌握計(jì)算機(jī)數(shù)控加工程序編制技能。

利用學(xué)生在“3D打印訓(xùn)練法”環(huán)節(jié)中已經(jīng)建立好的模型，高校可以采用美國(guó)Unigraphics Solution公司開(kāi)發(fā)的一套集CAD、CAM、CAE功能于一體的三維參數(shù)化軟件（它是當(dāng)今最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造的高端軟件，用于航空、航天、汽車、輪船、通用機(jī)械和電子等工業(yè)領(lǐng)域），點(diǎn)擊“開(kāi)始”按鈕，選擇下拉列表中的“加工”選項(xiàng)。

選用UG進(jìn)行數(shù)控編程，此處相當(dāng)于進(jìn)入U(xiǎn)G的一個(gè)模塊，這里很多知識(shí)需要學(xué)生反復(fù)練習(xí)，需要加工實(shí)驗(yàn)操作才能真正掌握。

自動(dòng)編程多用于加工復(fù)雜工件，前期準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，需要用軟件建立模型，再設(shè)置刀具和毛坯等，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：由軟件生成，可信度高，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可加工用軟件模擬出來(lái)的任意可加工曲面[2]。該訓(xùn)練過(guò)程有兩個(gè)好處：一是學(xué)會(huì)使用UG軟件進(jìn)行數(shù)控編程的能力，掌握如何設(shè)置刀具、創(chuàng)建幾何體、進(jìn)行后處理等能力；二是為進(jìn)一步學(xué)習(xí)數(shù)控技術(shù)起到很好的實(shí)踐作用。

2.4 普通車床訓(xùn)練法

對(duì)于圖1展示的零件圖，學(xué)生可以對(duì)著圖紙?jiān)谄胀ㄜ嚧采显偌庸ひ槐?。此?xùn)練法可以鍛煉學(xué)生的普通車床使用技術(shù)，對(duì)于同樣一張圖紙，學(xué)生可以用數(shù)控車床和普通車床來(lái)分別加工，然后比較兩種結(jié)果的差別，從而更加深刻地理解兩種機(jī)床（即兩種加工技術(shù)）的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用場(chǎng)合等特性。

3 試圖解決的針對(duì)性問(wèn)題

目前，大多數(shù)工科院校都具有工程訓(xùn)練中心，但在進(jìn)行金工實(shí)習(xí)的過(guò)程中，各個(gè)工種呈現(xiàn)出“各自為戰(zhàn)”的局面。例如，鉗工工種讓學(xué)生加工一個(gè)小錘頭，數(shù)控加工工種可能讓學(xué)生加工一個(gè)軸，3D打印工種可能讓學(xué)生打印一個(gè)玩具。這些工種之間沒(méi)有互相聯(lián)系的紐帶，本文試圖解決這一問(wèn)題，通過(guò)一個(gè)實(shí)物零件，將所有工種聯(lián)系在一起，進(jìn)而提出“一個(gè)中心、四個(gè)創(chuàng)新訓(xùn)練法”。學(xué)生通過(guò)比較不同工種加工出來(lái)的產(chǎn)品，能更好地了解各個(gè)工種，這可以說(shuō)是對(duì)傳統(tǒng)訓(xùn)練方法的一種改革嘗試。

本文的目標(biāo)是適應(yīng)學(xué)校轉(zhuǎn)型發(fā)展、建設(shè)成地方性應(yīng)用型高水平大學(xué)的總體要求，培養(yǎng)出具有現(xiàn)代技術(shù)知識(shí)基礎(chǔ)的綜合型、創(chuàng)新型、高素質(zhì)工程技術(shù)人才，培養(yǎng)學(xué)生的測(cè)繪能力、三維軟件建模能力、繪制工程圖能力、數(shù)控編程能力、機(jī)床實(shí)際操作能力等，使學(xué)生經(jīng)過(guò)這一環(huán)環(huán)相扣的創(chuàng)新訓(xùn)練方法，獲得更加系統(tǒng)、高效、高質(zhì)量的制造技術(shù)訓(xùn)練。

4 結(jié)語(yǔ)

本文研究了基于軸類零件的多種實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練法，該項(xiàng)目集教學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)考核、多重綜合能力訓(xùn)練于一體，將惠及廣大工科學(xué)生。其目的是最終提高學(xué)生的讀圖能力、繪圖能力、計(jì)算機(jī)三維建模初步能力、3D打印技術(shù)初步能力、數(shù)控技術(shù)編程和加工初步能力、普通車床操作初步能力，為廣大工科學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1]張學(xué)軍.3D打印技術(shù)研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)[J].材料工程，2016，44（2）：122-128.

[2]韓翔，劉義，余永健.UG工程系統(tǒng)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)實(shí)例[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008：26-27.