徐盛學(xué)

[摘 要] 采集源于機(jī)械加工的實(shí)例，設(shè)計(jì)了與投影理論有機(jī)結(jié)合的課程項(xiàng)目，打破常規(guī)畫(huà)法幾何以點(diǎn)為核心的教學(xué)順序，從產(chǎn)品功能出發(fā)構(gòu)造其結(jié)構(gòu)，由三維立體構(gòu)型到二維圖樣表達(dá)，把點(diǎn)、直線、平面的投影建立在立體之上，有利于學(xué)生全面掌握投影規(guī)律。通過(guò)“做中學(xué)”環(huán)節(jié)，將投影圖解方法直接應(yīng)用到工程實(shí)際之中，有效地培養(yǎng)了學(xué)生空間思維能力和工程意識(shí)。

[關(guān)鍵詞] 課程項(xiàng)目；做中學(xué)；設(shè)計(jì)；畫(huà)法幾何

[中圖分類(lèi)號(hào)] TB 23 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1005-4634（2013）05-0083-03

0 引言

畫(huà)法幾何學(xué)習(xí)用投影法表達(dá)空間幾何形體和圖解空間幾何問(wèn)題的基本理論和方法，是《工程制圖》的理論基礎(chǔ)，它要求學(xué)生掌握點(diǎn)、直線、平面以及它們之間相對(duì)位置關(guān)系的投影特征和作圖方法，掌握立體、平面與立體相交、立體與立體相交的投影特征和作圖方法。畫(huà)法幾何投影理論可以說(shuō)是以點(diǎn)為核心構(gòu)建起來(lái)的，當(dāng)點(diǎn)的投影特征及規(guī)律建立后，直線是點(diǎn)的集合、直線運(yùn)動(dòng)形成平面、平面運(yùn)動(dòng)形成立體，順理成章，直線、平面、立體的投影特征也都好解釋了。圖解點(diǎn)、直線、平面、立體相互位置關(guān)系的空間幾何問(wèn)題，如直線與平面相交、平面與平面相交、平面與立體相交、立體與立體相交等等，歸根結(jié)底都是求點(diǎn)的投影問(wèn)題。

但是，在機(jī)械工程中，機(jī)械零部件往往是以立體形式存在的，在立體之上，一定位置的點(diǎn)、一定長(zhǎng)度的直線、一定形狀的表面，才具有功能并發(fā)揮其相應(yīng)作用，正所謂“體之不存，點(diǎn)（線、面）將焉附”。思維科學(xué)的研究也證明，人類(lèi)思維的形成，經(jīng)歷從感知到形象、再到抽象三個(gè)階段，在點(diǎn)、直線、平面、立體等幾何要素中，點(diǎn)最抽象，立體最直觀。《工程制圖》中畫(huà)法幾何的教學(xué)，若延續(xù)點(diǎn)→直線→平面→立體的教學(xué)順序，雖然保證了理論的嚴(yán)密性，但卻忽視了學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)[1]，有悖思維的形成規(guī)律，致使學(xué)生對(duì)投影理論的理解和應(yīng)用不扎實(shí)，影響其空間思維能力和工程意識(shí)的形成。

“做中學(xué)”項(xiàng)目教學(xué)方法，要求學(xué)生結(jié)合某些具體工程項(xiàng)目來(lái)學(xué)習(xí)實(shí)踐，著眼于能力、知識(shí)和教、學(xué)、做過(guò)程的關(guān)聯(lián)，通過(guò)具體工程項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，獲得工程的一般方法，提高通用能力[2]。本文設(shè)計(jì)“車(chē)削與車(chē)刀”課程項(xiàng)目，從車(chē)刀功能出發(fā)構(gòu)型其結(jié)構(gòu)，在車(chē)刀的三維立體和二維視圖的基礎(chǔ)上，分析典型點(diǎn)、直線、平面的投影特征[3]，安排“車(chē)刀幾何角度測(cè)量”實(shí)踐環(huán)節(jié)，把圖解空間幾何問(wèn)題的抽象思維與工程實(shí)際相結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)投影理論的理解和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)。

1 “車(chē)削與車(chē)刀”課程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)

1.1 車(chē)削實(shí)習(xí)或見(jiàn)習(xí)

切削加工就是從毛坯上去除多余材料形成零件形狀的過(guò)程。車(chē)削是切削加工中最基本的加工方法之一，如圖1所示，它的主運(yùn)動(dòng)是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是刀具的直線運(yùn)動(dòng) 。車(chē)削主要用于加工工件的回轉(zhuǎn)表面，如軸類(lèi)零件的外圓柱面。

1.2 感知車(chē)刀

車(chē)刀是車(chē)削加工的主要切削工具，以普通外圓車(chē)刀為例，它的切削部分由前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃和刀尖組成（如圖2所示），歸納為“三面二線一點(diǎn)”。前刀面上流過(guò)切屑，主后刀面與工件上加工表面相對(duì)并相互作用（擠壓和摩擦），副后刀面與工件上已加工表面相對(duì)并相互作用（擠壓和摩擦），主切削刃擔(dān)任主要切削任務(wù)，它是前刀面與主后刀面的交線，副切削刃是前刀面與副后刀面的交線，刀尖是主切削刃與副切削刃的交點(diǎn)。

1.3 車(chē)刀切削部分的構(gòu)型設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)切削功能，外圓車(chē)刀切削部分幾何結(jié)構(gòu)，可看作是長(zhǎng)方體坯料，分別修磨（切割）主后刀面、副后刀面、前刀面形成的，如圖3所示。

修磨主后刀面，是為了減小刀具與工件加工表面之間的擠壓和摩擦，構(gòu)造出刀具的后角；修磨副后刀面，是為減小刀具與工件已加工表面之間的擠壓和摩擦，構(gòu)造出刀具的副后角；修磨前刀面，改善切削性能，改變切屑流向。

1.4 車(chē)刀的普通三視圖

外圓車(chē)刀刀體是規(guī)則的長(zhǎng)方體，把它底面平行于水平面、尾端面平行于側(cè)面，放置在三投影面體系中，分別由前向后、由上向下、由左向右投影，形成車(chē)刀的普通三視圖，如圖4所示。對(duì)照車(chē)刀構(gòu)型設(shè)計(jì)的立體模型，在車(chē)刀的三視圖中，可以針對(duì)典型的點(diǎn)（如刀尖）、直線（如主切削刃）、平面（如主后刀面）分析它們的投影特征和規(guī)律。從立體的投影特征入手，建立起對(duì)立體的直觀認(rèn)識(shí)之后，再抽象為二維視圖，從感知到形象，再到抽象，加深學(xué)生對(duì)投影理論的理解。

1.5 典型的車(chē)刀角度圖

影響車(chē)刀切削性能的關(guān)鍵因素是刀具的切削部分刀面和刀刃的空間位置，圖4所示的車(chē)刀普通三視圖，是以車(chē)刀刀體為參照繪制的，不便于度量刀面和刀刃的空間位置，機(jī)械工程使用的刀具圖樣，是以主切削刃為基準(zhǔn)、采用“角度”來(lái)控制刀面和刀刃的傾斜或偏斜程度的，實(shí)際刀具圖樣如圖5所示。

以外圓車(chē)刀為例，車(chē)刀的角度主要有前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角等。為定義這些角度，須建立正交三投影面體系，如圖6所示，在主切削刃上選定一點(diǎn)，根據(jù)切削運(yùn)動(dòng)確定該點(diǎn)切削速度方向，基面Pr垂直于該點(diǎn)切削速度方向，主剖面Po垂直于主切削刃在基面上的投影，切削平面Ps包含切削速度（同時(shí)垂直于基面和主剖面）。

在主剖面內(nèi)測(cè)量，前角是前刀面和基面之間的夾角，后角是主后刀面與切削平面之間的夾角，前角和后角是度量車(chē)刀切削部分與主剖面截交線的傾斜程度。主偏角是主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向的夾角，主副偏角反映主副切削刃在基面上投影的偏斜程度。刃傾角是在切削平面內(nèi)度量主切削刃與基面的夾角。

1.6 車(chē)刀角度測(cè)量

使用如圖7所示萬(wàn)能車(chē)刀量角臺(tái)，測(cè)量車(chē)刀的前角、后角、主偏角、副偏角、刃傾角，記錄數(shù)據(jù)，并繪制車(chē)刀圖樣。

在車(chē)刀角度測(cè)量實(shí)踐中，要求學(xué)生全面理解車(chē)刀角度的定義，首先要清楚某個(gè)角度是在什么參考平面內(nèi)度量的，其次要清楚該角度是哪兩個(gè)幾何要素的夾角。

以測(cè)量主偏角為例，主偏角是在基面內(nèi)度量的，是主切削刃在基面上的投影與進(jìn)給方向之間的夾角，因此測(cè)量步驟就非常清晰：（1）車(chē)刀刀體底面貼緊測(cè)量臺(tái)，確立基面；（2）車(chē)刀側(cè)面貼緊定位塊，并且刀桿的軸線垂直于大指度片，確立進(jìn)給方向；（3）旋轉(zhuǎn)測(cè)量臺(tái)，使主切削刃與大指度片的大面貼合，表示主切削刃在基面上的投影已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)到與進(jìn)給方向重合了；（4）直接在底座上讀出測(cè)量臺(tái)轉(zhuǎn)過(guò)的角度值，就是主偏角的數(shù)值。

在實(shí)施項(xiàng)目教學(xué)中，教師在啟發(fā)、點(diǎn)評(píng)、總結(jié)等環(huán)節(jié)，要特別關(guān)注實(shí)踐環(huán)節(jié)與課程理論知識(shí)的關(guān)聯(lián)[4]，與車(chē)刀角度測(cè)量實(shí)踐關(guān)聯(lián)緊密的知識(shí)見(jiàn)表1。

經(jīng)過(guò)車(chē)刀角度測(cè)量實(shí)踐，再繪制刀具圖樣。從具體到抽象，加深了學(xué)生對(duì)投影理論的理解，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)理論，并將畫(huà)法幾何的圖解方法直接用于表達(dá)刀具幾何結(jié)構(gòu)，保證了制圖課與專(zhuān)業(yè)課及工程實(shí)際的關(guān)聯(lián)性[5]。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)“車(chē)削與車(chē)刀”課程項(xiàng)目，通過(guò)認(rèn)知車(chē)刀、構(gòu)型設(shè)計(jì)、幾何角度測(cè)量等實(shí)踐環(huán)節(jié)，從車(chē)削功能出發(fā)構(gòu)型車(chē)刀結(jié)構(gòu)，在車(chē)刀的三維立體和二維視圖的基礎(chǔ)之上，分析典型點(diǎn)、直線、平面的投影特征，從感知到形象，再到抽象[6]，有利于培養(yǎng)學(xué)生的形象思維能力，把圖解空間幾何問(wèn)題的抽象思維與工程實(shí)際相結(jié)合[7]，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)投影理論的理解和應(yīng)用，培養(yǎng)了學(xué)生的工程意識(shí)[8]。

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