陳雪麗　謝新義　陳海濤

摘 要：《機(jī)械制造技術(shù)》是培養(yǎng)現(xiàn)代機(jī)械制造專(zhuān)業(yè)人才的必修核心課程之一，本課程理論概念偏多，知識(shí)體系復(fù)雜抽象。在課程傳統(tǒng)教學(xué)中，通常以教師授課方式為主導(dǎo)，學(xué)生只能被動(dòng)地在有限范圍內(nèi)參與案例討論，分析過(guò)程簡(jiǎn)單膚淺，課堂討論結(jié)果單一，學(xué)生參與度低、成就感差，并且不易掌握課程的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，甚至難以靈活的將課堂所學(xué)運(yùn)用與實(shí)際工作中。而采用案例教學(xué)法，把課堂教學(xué)問(wèn)題通過(guò)一個(gè)真實(shí)或模擬的具體情景展現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)對(duì)實(shí)際問(wèn)題的討論，引導(dǎo)學(xué)生基于課堂理論知識(shí)發(fā)散性思考問(wèn)題，有利于培養(yǎng)學(xué)生主體性、主動(dòng)性和自主性，提高學(xué)生對(duì)工程實(shí)踐的興趣和創(chuàng)造能力，促使學(xué)生積極主動(dòng)的分析問(wèn)題，從而增強(qiáng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造技術(shù) 案例教學(xué)法 工程實(shí)踐

1 引言

《機(jī)械制造技術(shù)》是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)核心專(zhuān)業(yè)課程，著重培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力，要求學(xué)生能夠根據(jù)工件加工要求，利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行刀具選擇、加工工藝設(shè)計(jì)等。

傳統(tǒng)機(jī)械制造技術(shù)課本上缺少相關(guān)的案例和習(xí)題，即便有例題和案例，但并沒(méi)有說(shuō)明刀具選擇的原則和方法，導(dǎo)致很多學(xué)生甚至教師都認(rèn)為切削加工時(shí)，刀具的選擇就應(yīng)該是書(shū)中所言那一類(lèi)刀具，還沒(méi)有從高中階段的科學(xué)思維模式轉(zhuǎn)變到工程思維模式[1]。從根本上來(lái)講，學(xué)生缺少工程實(shí)踐訓(xùn)練，也沒(méi)有足夠的試錯(cuò)，對(duì)于課本上的知識(shí)只能夠理解表面意思，還沒(méi)有依靠自己的經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)進(jìn)行重新建構(gòu)的能力，無(wú)法綜合利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析和推理，完成某項(xiàng)工程項(xiàng)目。

2 案例教學(xué)法的特點(diǎn)

在教學(xué)中，大部分教師通過(guò)以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)方法，進(jìn)行案例教學(xué)。教師為主導(dǎo)，學(xué)生只能被動(dòng)地在有限范圍內(nèi)參與案例討論，分析過(guò)程簡(jiǎn)單膚淺，課堂討論結(jié)果單一，導(dǎo)致學(xué)生參與度低、成就感差。

在課堂上采用案例教學(xué)法，把教學(xué)問(wèn)題通過(guò)真實(shí)或模擬的具體情景展現(xiàn)出來(lái)，學(xué)生沉浸其中。在教師的組織安排下，引導(dǎo)學(xué)生閱讀、思考、分析、討論和交流案例，開(kāi)發(fā)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，樹(shù)立學(xué)生工程創(chuàng)新的教育觀(guān)念。

3 刀具的選擇教學(xué)案例

大學(xué)生在接收課堂知識(shí)時(shí)，采用的是自上而下的學(xué)習(xí)方法，由高度概括向具體經(jīng)驗(yàn)領(lǐng)域發(fā)展，但缺少必要的情景化案例，導(dǎo)致很多學(xué)生在學(xué)習(xí)金屬切削刀具知識(shí)時(shí)，只能死記硬背刀具的基本角度和刀具材料概念，具體到實(shí)際生產(chǎn)中選擇刀具時(shí)，常常會(huì)陷入迷茫，不知從何入手[2]。

以簡(jiǎn)單的銷(xiāo)軸零件為例，如圖1所示，有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或者經(jīng)歷過(guò)實(shí)訓(xùn)的學(xué)生都可以講出加工工藝和刀具選擇。但如果從深層次分析該工件的加工工藝，并把機(jī)械制造技術(shù)的理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)基本金屬切削技術(shù)理論知識(shí)的理解，現(xiàn)在還沒(méi)有現(xiàn)成的參考資料。

3.1 首先對(duì)銷(xiāo)軸進(jìn)行工藝分析

銷(xiāo)軸材料為42CrMo，硬度是HRC25-28，屬于普通調(diào)質(zhì)件，易加工。加工工藝：外圓—倒角—切斷。現(xiàn)在可以加入情境，假設(shè)庫(kù)房中有以上這些刀具，其中刀桿尺寸一致，刀片都適用于合金鋼加工，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行刀具選擇。從圖2可以看出，這些刀具僅僅在主偏角、副偏角和刀尖角上不一致，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)主偏角的選擇原則和功用：

（1）根據(jù)工件加工材料判定，工件材料硬度中等、強(qiáng)度稍高，屬于調(diào)質(zhì)鋼，可選擇比較小的刀具主偏角；

（2）根據(jù)加工工藝系統(tǒng)剛性，銷(xiāo)軸直徑40，長(zhǎng)度60，長(zhǎng)徑比比較小，可以選擇較小的主偏角；

（3）根據(jù)銷(xiāo)軸加工表面，工件加工面是光軸，若還需加工倒角，應(yīng)選擇主偏角為45°的刀具，即圖2中的刀具E。

按照以上的分析，加工外圓時(shí)應(yīng)該選擇刀具E，實(shí)際上是不是這樣呢？從而提出問(wèn)題，讓學(xué)生思考討論，然后分組選派學(xué)生代表提出討論結(jié)果。

當(dāng)然，也可以提出其他問(wèn)題，比如，哪些刀具可以用來(lái)加工此零件的外圓？哪些不可以？由于學(xué)生還停留在科學(xué)思維的模式中，腦海中一般都認(rèn)為某一類(lèi)刀具才可以加工，比如大部分學(xué)生都會(huì)選擇刀具E，由于學(xué)生參與的工程項(xiàng)目很少，缺乏工程思維的訓(xùn)練，在進(jìn)行刀具選擇時(shí)，更多的思維是停留在能與不能的概念，而不是能用與好用的概念。經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間思考和討論后，老師開(kāi)始引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行加工項(xiàng)目的探究和討論：刀具進(jìn)行切削加工需要滿(mǎn)足的條件是：一定的硬度、合理的角度和有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。從這3個(gè)條件出發(fā)，可以判定，從切削加工的可能性來(lái)說(shuō)，以上的刀具都是可以的，沒(méi)有唯一答案。此時(shí)，可引導(dǎo)學(xué)生了解工程思維。工程項(xiàng)目中，所有的問(wèn)題注定沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案，都屬于結(jié)構(gòu)不良問(wèn)題，教學(xué)的重點(diǎn)不僅僅教授給學(xué)生選擇一個(gè)正確答案，而是要鼓勵(lì)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)和理論綜合分析問(wèn)題的能力[3]。在實(shí)際生產(chǎn)中，解決一個(gè)問(wèn)題，為了盡可能獲取最優(yōu)解，會(huì)綜合運(yùn)用到更多理論知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。

3.2 再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步復(fù)習(xí)刀具的基本理論知識(shí)

（1）切削力的影響：在其他條件不變的情況下，隨著主偏角的增加，切削力將逐步減少，在主偏角為60°-75°時(shí)，切削力最小，背向力隨著主偏角的增加而逐步減少。因此，在加工系統(tǒng)剛性足夠的情況下，盡量選擇主偏角60°-75°的刀具，以便于減少主切削力。且此范圍內(nèi)的主偏角，在相同的背吃刀量情況下，有效切削長(zhǎng)度比較大，單位長(zhǎng)度的切削力也會(huì)減少。

（2）刀具耐用度影響：刀具主偏角較小時(shí)，由于刀頭散熱體積增加，切削溫度降低。因此，當(dāng)其他條件相同時(shí)，主偏角較小時(shí)，刀具的耐用度是比較高的。

（3）刀尖角影響：刀尖角越大，刀具散熱條件越好，刀頭部分的剛性越好，在工藝系統(tǒng)剛性足夠的情況下，切削過(guò)程也越穩(wěn)定，刀尖也更不容易崩刃和損壞。

（4）刀尖圓弧影響：通常，機(jī)夾刀片粗加工時(shí)為R0.8，精加工時(shí)可選擇R0.4或R0.2的刀尖圓弧。對(duì)于剛性較好的工藝系統(tǒng)，應(yīng)選擇刀尖圓弧為R0.8。

（5）表面粗糙度影響：剛性足夠的工藝系統(tǒng)，刀尖圓弧越大，理論上表面粗糙度越好，因此也應(yīng)選用刀尖圓弧為R0.8。

在對(duì)零件工藝分析時(shí)，加工零件外圓時(shí)，工藝路線(xiàn)要把兩處倒角、端面、外圓一次加工成。如果在普通加工設(shè)備上，用刀具E即可，但在數(shù)控機(jī)床上，倒角可以由刀具走斜線(xiàn)加工而成，因此可選擇刀具A或E。左端加持部分的倒角理論上可用刀具B、C和E加工而成，由于B、C刀具可以走斜線(xiàn)，理論上可以完成加持部分的倒角，E刀具可以沿徑向進(jìn)給，完成倒角的加工。綜上，最終可選擇E刀具。

這是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的案例，但如果從實(shí)際生產(chǎn)考慮，需要考慮的因素很多，已經(jīng)綜合運(yùn)用了刀具的基本知識(shí)，學(xué)生處在一個(gè)高度集中的時(shí)間段，他們還需要進(jìn)一步的消化所學(xué)知識(shí)[4]。從教育心理學(xué)來(lái)講，知識(shí)點(diǎn)過(guò)多，學(xué)生并不容易結(jié)合自己先前的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行知識(shí)的重新建構(gòu)，這個(gè)時(shí)候?qū)W生已經(jīng)初步具備工程思維，可以簡(jiǎn)單判斷到底選擇哪一種刀具比較合適，是否好用，而不是是否能用。

3.3 左側(cè)倒角加工的問(wèn)題

這個(gè)時(shí)候?qū)W生可以適當(dāng)休息一下，同時(shí)，授課教師為了讓學(xué)生繼續(xù)保持好奇心，可以再引入下一個(gè)問(wèn)題，刀具E是否真的合適？這是比較難的問(wèn)題，教師要做好引導(dǎo)。因?yàn)榍懊嬗懻摰闹攸c(diǎn)主要集中在主偏角上，這個(gè)問(wèn)題涉及到前角和副前角，可以告訴學(xué)生，在實(shí)際生產(chǎn)中，刀具并不太好用，重新引起學(xué)生的好奇心，根據(jù)前面的分析和討論，刀具E應(yīng)該合適的。

用刀具E進(jìn)行倒角時(shí)，右端沒(méi)有問(wèn)題，左端在進(jìn)行徑向進(jìn)給切削時(shí)，刀具和工件容易振動(dòng)。這是由于E刀具在進(jìn)行徑向切削時(shí)，刀具的背吃刀量ap逐步增加，而切削力也隨之增加，背吃刀量增加一倍，切削力也增加一倍。另外，由于刀具是主切削刃和副切削刃同時(shí)進(jìn)行切削加工，前角和副前角角度不一致，導(dǎo)致切削時(shí)刀具兩側(cè)受力不均勻，此時(shí)再用刀具E切削時(shí)，工件與加持部分連接軸徑越來(lái)越小，容易使刀具和工件容易產(chǎn)生振動(dòng)。

如果選用B、C刀具進(jìn)行工件左側(cè)倒角時(shí)，刀具切削時(shí)背吃刀量越來(lái)越大，也會(huì)導(dǎo)致刀具振動(dòng)，本身刀具的刀尖角比較小，剛性不太好，因此需要多次進(jìn)給。

3.4 切斷刀的使用

此時(shí)可以考慮用切斷刀，如圖3所示。用切斷刀進(jìn)行倒角時(shí)，第一，要注意刀具的寬度，一般情況下，切斷刀對(duì)刀時(shí)，是用左側(cè)刀尖；而在切削左側(cè)倒角時(shí)，需用右側(cè)刀尖。第二，在倒角之前，需要在切斷部位加工一段槽，保證切斷刀左側(cè)與工件不發(fā)生碰撞。這一部分內(nèi)容，學(xué)生能夠理解，但是由于生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)很少，同時(shí)理論知識(shí)不能夠熟練應(yīng)用，學(xué)生很難想到，而實(shí)際上，銷(xiāo)軸零件的工藝也是不斷完善的，最初的工藝遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到現(xiàn)在的能力。

此時(shí)，工藝還分析還沒(méi)有結(jié)束，可以再向?qū)W生發(fā)問(wèn)：（1）切斷刀怎么用？（2）切斷刀進(jìn)行徑向切削時(shí)，進(jìn)給量f是否一樣？（3）切斷刀是一直切到根部，還是留有余量？（4）切斷刀是斷續(xù)前進(jìn)，還是連續(xù)切削？教師可以提示引導(dǎo)學(xué)生從切削力和切削速度方面思考討論前兩個(gè)問(wèn)題，后兩個(gè)問(wèn)題可由教師講解。

從切削力來(lái)看，切削力的大小隨著速度的減少而增加，而徑向切削時(shí)，刀具的切削速度是變化的，因此越接近中心，切削速度越低，切削力會(huì)變化很大。另外，切斷刀刀頭部分細(xì)長(zhǎng)，剛性又比較差，很容易導(dǎo)致刀刃崩碎，因此越接近中心，進(jìn)給量f要降低。當(dāng)然，切斷時(shí)，零件與加持部位連接的直徑越來(lái)越小，在直徑φ3左右時(shí)，就有可能斷裂而導(dǎo)致工件飛出，刀尖崩刃，因此需要切到φ3時(shí)，停車(chē)，手工取出工件。

4 結(jié)論

本課題以機(jī)械制造技術(shù)課程案例教學(xué)為研究對(duì)象，針對(duì)教學(xué)中實(shí)際加工的車(chē)刀刀具選擇為研究對(duì)象，引入企業(yè)生產(chǎn)實(shí)際中所加工的工件，從企業(yè)技術(shù)人員的角度來(lái)考慮分析問(wèn)題，把工程思維逐步灌輸給學(xué)生，加深了學(xué)生對(duì)機(jī)械加工刀具選擇知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，提高了學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

基金項(xiàng)目：溫州職業(yè)技術(shù)學(xué)院“十四五”教學(xué)建設(shè)與教學(xué)改革研究項(xiàng)目《機(jī)械制造技術(shù)》課程思政教育的設(shè)計(jì)與實(shí)施（WZYYB 202216）。

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