胡小艦，魏同學，呂慶超，孫超群，高 祥

(西安工程大學工程訓練中心，陜西 西安 710000)

0 引 言

工程訓練是目前高校人才培養(yǎng)計劃中的重要組成部分，是培養(yǎng)學生工程意識、工程能力、工程素養(yǎng)以及工程創(chuàng)新能力的關鍵環(huán)節(jié)。依據(jù)國家對高校工程訓練實踐教學改革的進一步要求，作為現(xiàn)代先進制造技術發(fā)展方向典型代表的數(shù)控加工已成為各高校工程訓練的重要內容，數(shù)控實訓也成了工程實訓教學中的必修內容[1-2]。數(shù)控實訓在各高校技能學習、工程訓練以及工程認證等方面發(fā)揮了至關重要的作用。然而目前采用的實訓內容難以讓學生對數(shù)控實訓課程產生興趣，學習的質量得不到保障。本文作者結合任職學校數(shù)控實訓的實際情況，通過建立專業(yè)的教師團隊，開發(fā)藝術與工程相結合的數(shù)控實訓項目來解決學生在數(shù)控實訓中學習主動性差、實訓質量低等問題[3-4]。

藝術與工程相結合是目前我國高校創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要探索方向，它是將藝術融入工程實踐當中，使藝術與工程訓練相通相融、相互促進。現(xiàn)代大學生都應該具備基礎的工程實踐能力，在實踐過程中獲得工程理論、工程體驗以及實踐知識，從而增加自身知識面。藝工結合實訓項目的改革與實踐,既符合創(chuàng)新人才培養(yǎng)和學科交叉要求，又培養(yǎng)了大學生的工程能力、創(chuàng)新思維，提高了學習的主動性[5-7]。

1 教學設計

本課程改革主要以藝工相結合的數(shù)控加工項目為引導，以圖1所示典型的回轉類零件“創(chuàng)意子彈模型”為載體，教學設計從藝工相結合的角度出發(fā)，根據(jù)專業(yè)基礎知識的深淺對教學設計項目內容進行相應調整，以提升不同學科學生對數(shù)控實訓的興趣，并使學生充分認識和掌握數(shù)控實訓的相關內容，培養(yǎng)現(xiàn)代大學生的工程實踐能力與創(chuàng)新能力[8-9]。

單位： mm圖1 創(chuàng)意子彈模型圖例

1.1 教學過程設計

按照數(shù)控加工的工藝流程要求，結合創(chuàng)意子彈模型產品的結構特點,制定了如圖2所示的加工流程圖。通過該教學過程可以使學生全面地熟悉數(shù)控加工的整個加工過程，使每組的學生能夠依據(jù)工藝流程的安排進行分工合作,培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力以及現(xiàn)場解決實際問題的能力[10-11]，最終完成從工藝設計到零件加工再到零件檢測分析等的整個工藝過程的學習。

圖2 創(chuàng)意子彈模型加工流程圖

1.2 模塊化教學

根據(jù)不同學科學生的特點，將加工項目分為機類和非機類兩個模塊[12]。機類對應工科類相關專業(yè)的學生，需要完成復雜的回轉類零件內外輪廓的加工，如圖3～5所示的零件，并進行裝配；非機類對應藝術類、理科和文科類相關專業(yè)的學生，主要完成較為復雜的回轉類零件外輪廓的加工，如圖6所示的零件。

課程內容包括：任務分配、工藝設計、程序編制和加工檢測任務。

2 教學實施

教學設備有：數(shù)控車CK6136機床、計算機、繪圖軟件與仿真軟件以及實訓所用刀具、量具和輔具等。材料選用毛坯直徑為φ25 mm的2A12鋁棒。

學生分組：將學生按照3人為一組進行分組實訓，以提高實訓效率、保證實訓安全以及增強學生的團隊協(xié)作能力。學生根據(jù)自愿原則自行組合，選1人任組長，由組長根據(jù)每個組員的特點對資料搜集、工藝文件制定、程序編制、零件檢測等任務進行分配，組員之間應具有相互合作、相互學習、取長補短的團隊合作意識。

2.1 產品結構分析

機類模塊創(chuàng)意子彈模型產品分別由件A、件B和件C組合而成，零件結構主要由圓柱、圓錐、螺紋、溝槽以及圓弧曲面構成，具有結構較為復雜、加工工序多、零件整體結構尺寸小等特點[13]。因而對零件加工的工藝安排、刀具選擇、切削參數(shù)、夾具選擇等有較高要求，學生需在實訓老師的指導下進行實操。

結合不同學科學生的特點，教師對零件尺寸精度、表面粗糙度、形位公差等技術要求進行了不同等級的安排，使學生根據(jù)自身的專業(yè)特點、實訓時間的長短來合理安排零件加工精度[14]。例如尺寸公差按照IT9～IT13等級加工，表面粗糙度按照Ra1.6 μm～Ra3.2 μm等級加工，同軸度等形位公差結合零件加工后的尺寸公差和表面粗造度進行合理調整[15]。

2.2 機類模塊零件工藝分析

2.2.1 件A工藝分析

件A屬于薄壁回轉類零件，加工內容包含內孔、內螺紋及圓弧曲面等要素，根據(jù)其加工要素選擇使用數(shù)控車床進行加工。難點是工藝裝夾方式的選擇和薄壁尺寸的控制。外圓精度按照IT9～IT11等級加工，外圓表面粗糙度為Ra1.6 μm，內孔面表面粗糙度為Ra3.2 μm，螺紋內孔與外圓φ14的同軸度公差為0.05 mm，如圖3所示。

圖3 件A零件圖

1) 根據(jù)零件外圓表面粗糙度要求較高的特點，外圓面不能出現(xiàn)接刀痕、劃傷等影響表面質量的技術缺陷，因此加工件A時應采用一次裝夾將外圓面加工完成，并按粗精加工工序分開進行加工；

2) 外圓面加工時應將毛坯長度尺寸預留出10～20 mm做為夾持面，從而實現(xiàn)外圓面的一次切削完成，保證其表面質量；

3) 由于內孔尺寸較小，因此內孔加工時具有一定難度，主要體現(xiàn)在對刀具材料及尺寸參數(shù)的選擇；

4) 為了滿足裝配后的技術要求和外觀美觀度，加工時應注意外圓面與內型孔的形位公差要求，因此在調頭加工內孔時應采用百分表找正法對工件進行找正裝夾，從而保證達到零件裝配的技術要求。

2.2.2 件B工藝分析

件B是薄壁綜合回轉體零件，加工內容包含椎體、內孔及內外螺紋等要素，根據(jù)其加工要素選擇使用數(shù)控車床進行加工。難點是工藝裝夾方式和刀具規(guī)格的選擇。外圓精度按照IT9～IT11等級加工，外圓表面粗糙度為Ra1.6 μm；內孔面表面粗糙度為Ra3.2 μm，外圓與內孔同軸度公差為0.05 mm，如圖4所示。

圖4 件B零件圖

1) 根據(jù)零件外圓表面粗糙度要求較高的特點，外圓面不能出現(xiàn)接刀痕、劃傷等影響表面質量的技術缺陷，因此加工件B時應采用一夾一頂?shù)难b夾方式將外圓面一次加工完成，并按粗精加工工序分開進行加工；

2) 加工順序應該由內至外進行加工，內孔面加工時，應考慮薄壁以及孔深等因素，因此對夾具和刀具的選擇至關重要；

3) 保證內孔與外圓的同軸度要求及端面與外圓中心線的垂直度，同時保證總長尺寸要求。

2.2.3 件C工藝分析

件C是帶端面槽的臺階類零件，加工內容包括臺階軸、端面槽及螺紋等要素，根據(jù)其加工要素選擇使用數(shù)控車床進行加工。難點是工藝裝夾方式的選擇和端面槽的加工，如圖5所示。

圖5 件C零件圖

件C為帶端面槽的臺階軸，先加工右端外輪廓，保證螺紋和件B緊密配合。加工左端面輪廓時，由于夾持量少，應避免工件脫落，加工時應該注意切削用量的合理選擇和零件穩(wěn)固裝夾。端面有端面槽，加工時注意刀具的角度和切削用量問題。圖5中尺寸都是未注公差，應按技術要求未注公差IT9～IT11精度等級,外表面粗糙度Ra1.6 μm進行加工。工件表面不能有磕碰、劃痕和毛刺等。

2.3 非機類模塊零件工藝分析

根據(jù)非機類模塊實訓學生的特點，實訓主要完成較為復雜的回轉類零件外輪廓的加工，加工內容包括圓弧曲面、圓柱面、圓錐面、臺階軸及外圓槽等要素，要求學生掌握簡單的工藝制定、程序編制、工件裝夾等內容，難點是程序編制和加工操作，零件精度要求為IT9～IT11，表面粗糙度Ra1.6 μm，如圖6所示。

單位： mm圖6 創(chuàng)意子彈模型外形零件圖

1) 裝夾方式：根據(jù)零件的結構特點，零件裝夾方式采用自定心三爪卡盤，使用一次裝夾完成零件的所有工序加工；

2) 加工工序：粗加工(90°外圓車刀)→精加工(35°外圓車刀)→槽加工(3 mm外圓切刀)→切斷(3 mm外圓切刀)；

3) 程序編制：采用簡單程序指令進行程序編制，不要求使用復合循環(huán)等復雜程序指令，根據(jù)加工工序正確編制加工程序，確保加工過程的安全。

2.4 工藝參數(shù)制定

機類模塊和非機類模塊均參考表1工藝切削參數(shù)進行零件加工。依據(jù)件A,件B，件C的零件工藝分析及加工過程安排，經(jīng)過現(xiàn)場實際加工后得出工藝切削參數(shù)(見表1)，并結合工藝過程安排，分別對件A，件B,件C進行切削加工，既能夠保證零件加工的質量和效率，也有利于學生在數(shù)控實訓中對操作技能的掌握和團隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。

表1 工藝切削參數(shù)表

2.5 零件檢驗及質量分析

2.5.1 零件檢驗

根據(jù)零件圖紙尺寸公差和裝配精度要求，對各組所加工的零件進行檢驗,檢驗分為自檢和教師檢驗兩種方式進行，確保各零件的尺寸精度和裝配精度達到圖紙要求[16]。最終得到加工后的合格創(chuàng)意子彈模型實體如圖7所示。

圖7 學生作品

2.5.2 質量分析

對零件進行質量分析，發(fā)現(xiàn)的問題及解決方法有：

1) 零件表面質量差。零件表面質量差主要由切削參數(shù)和刀具選擇錯誤所引起，合理選擇切削參數(shù)和刀具是解決零件表面質量差的有效方法。

2) 螺紋不合格。檢查螺紋的大徑、小徑運算是否正確，刀具安裝角度和螺紋加工深度是否符合要求。

3) 鏜孔時出現(xiàn)錐孔。由于孔尺寸較小，所使用的刀具直徑相對變小，使得刀具剛度變差，因而加工時刀具容易出現(xiàn)顫刀現(xiàn)象，造成加工后的孔出現(xiàn)錐度，解決的方法主要是加強刀具剛度和合理選擇切削參數(shù)。

4) 薄壁件出現(xiàn)壁厚不均勻。檢查薄壁件是否變形和內外徑尺寸是否合格，應合理選擇薄壁件加工時的裝夾方式和加工工序。

5) 平底孔和端面槽不合格。主要是由刀具角度刃磨不合格所造成的干涉現(xiàn)象和切削參數(shù)選擇不合理造成的。

6) 裝配尺寸不合格。主要是由裝配尺寸超差或者裝配間隙過大等原因造成，應檢查各零件尺寸精度和形位公差是否符合圖紙要求。

3 結 論

結合數(shù)控實訓的實際情況，對數(shù)控實訓項目進行改革和實踐，提高了不同學科學生對工程訓練的學習主動性，改進了以往由于實訓項目簡單化、專業(yè)性強造成的學生主動性差等問題，并提高了學生的創(chuàng)新思維、團隊協(xié)作能力。

學生所加工的產品榮獲全國職業(yè)院校學生技能作品展洽會優(yōu)秀技能學生作品項目三等獎，同時該課程榮獲陜西省本科高校工程訓練教師能力競賽微課項目省級二等獎。