鄧睿，胡繼華，葛德俊，黃建亮

（中山大學航空航天學院，廣東 深圳 518000）

1 前言

隨著我國產業(yè)轉型和現代化的陸續(xù)展開，工科教育正經歷深刻的變革。隨著產業(yè)不斷升級，實踐教學也需作出相應的改變。目前我國產業(yè)正在向智能化發(fā)展，金工實習/工程訓練作為新工科實踐教學中的重要手段，也加入了越來越多智能化和信息化的內容，車、銑、鉗和磨等傳統基本項目的學時會相應地進行縮短，因此，以前傳統的以鍛煉熟練度為目的的教學方式將不再適用于現今新工科背景下的實踐教學。車削加工作為機械加工中最基礎的工藝，在工程訓練實踐教學中擁有不可或缺的重要性，因此，如何在新的背景下改進原有的教學方法和模式是亟待解決的問題。本文介紹了在新工科背景下，如何改進車削基礎項目的教學方式和內容，以提升該項目實踐教學的質量，更好地融入新工科實踐教學的建設。

2 課程教學目標

車削基礎作為金工實習/工程訓練課程中最傳統和基礎的項目，一般以普通車床作為教學設備，所以這門課在很多高校也被稱為普通車床。早年這門課是金工實習最重要的幾個項目之一，常常占據整整3～5天的實訓時間。隨著工業(yè)科技的快速發(fā)展，傳統金工實習的課程體系（金工實習全稱為金屬工藝學實習）已經無法適應新時代的需要，因此越來越多機電結合，智能化的課程內容逐漸加入進來，金工實習課程也逐漸改為工程訓練。因為總的工程訓練課時沒有變化，所以傳統金屬加工項目的課時就會被縮短。

傳統車削基礎教學時，注重學生操作熟練度的培養(yǎng)，因為在數天或一周的時間內，是有可能對有限的幾種操作達到相對熟練的程度。但在課時縮短的情況下，這種教學目標已經無法達成。如果設定過高的加工精度要求，反而有可能讓剛接觸車床的學生產生焦慮和挫敗，在過大的心理壓力中造成安全事故。因此，目前車削基礎項目的教學目標更適合定位為車削加工的入門認知課，為數控車床的學習打基礎。數控車床加工零件時安全門需要關閉，學生無法近距離觀看，而在操作普通車床時，在注意安全的前提下，可以直觀地觀看整個車削的過程以及車床中各組件的運動。

3 課程設計思路

在新的教學目標下，教學思路要從普通車床操作的反復練習從而達到一定熟練度，轉變?yōu)橥ㄟ^普通車床設備的各個組件和加工過程的觀察與操作，對車削加工以及相關的設備知識有直觀的認知，而不是書本上抽象的講解。同時，將普通車床的操作與數控車床的知識相關聯，讓學生對數控車床的知識和使用能融會貫通。

4 課程教學實踐要點

4.1 安全放首位

盡管此項目的實訓課時縮短了，但安全相關的培訓不能打折扣。因為絕大多數上課學生以前并未接觸過機械加工，容易有初生牛犢不怕虎的心態(tài)，而且普通車床設備的高速旋轉部分和加工部分都暴露在外，加工過程中操作者又要近距離觀察，所以此項目是機械加工所有教學項目中最容易發(fā)生安全事故的。

除了進入實驗室前的總的安全緒論課外，進入實驗室后，任課老師還需要專門再向學生強調普通車床設備特有的危險源，同時檢查學生的著裝。對于初次接觸機加工的學生，要在短時間內記住所有的安全規(guī)程和操作細節(jié)非常困難，所以不能一次性講解過多的內容，而是要分段演示，同時他們的操作也分段進行，這樣既可以減輕他們短時間內學習的壓力，同時也降低了操作疲勞累積的可能。

在學生正式開始加工操作前，要進行空車練習，即裝夾上工件后先不車削，而是開啟主軸轉動，練習車床上各個部件的操作。如果省去空車練習直接讓學生自己進行車削加工，大多數學生會手忙腳亂，增大了安全風險；也有部分學生在初看到卡盤高速旋轉起來時會害怕，需要一個熟悉和適應的過程，同時，在這個練習過程中，老師也能觀察學生還有哪些操作沒有到位，哪些安全事項沒有注意到，可進行查漏補缺，所以空車練習必不可少。

在老師進行完車削的演示，學生要開始第一次獨立操作前，需要給他們看1～2個簡短的車床安全事故視頻，再次敲響他們腦海中安全的警鐘。

4.2 融入思政元素

目前，在加工制造領域，高端設備的領先地位很多被國外品牌把持，比如，近幾年貿易戰(zhàn)中針對我國禁售的光刻機。在媒體的各種報道下，容易讓學生產生國外技術全面優(yōu)于我們的心理，影響了學生投身科技制造行業(yè)的熱情，不利于我國制造強國戰(zhàn)略的高素質人才培養(yǎng)，因此將思政元素融入加工項目教學中是非常必要的。

針對本項目，思政元素的引入可以從向學生展示第三套人民幣的2元面值紙幣開始，因為那上面印著我國在1955年8月自主設計研發(fā)生產的第一臺普通臥式車床C620-1，當時該車床的各項精度達到世界領先水平，得到了各行各業(yè)的廣泛采用，為我新中國的工業(yè)發(fā)展做出了不可磨滅的貢獻。

由于車床是最傳統的加工設備，為了避免同學產生車削技術已經“過時”了的想法，可以介紹我國車削技術頂尖的一些大國工匠，比如龍小平。正是他們用車削技術制造出了超高精度的零件，才讓我國在很多領域的高精尖設備得以順利使用，不再被國外卡脖子，借此鼓勵學生以后投身科技制造業(yè)，為突破國外的各項技術封鎖貢獻自己的力量。

4.3 使用3D打印制作教具

傳統加工項目中，習慣用實物作為教具，但是金屬實物（比如三爪卡盤）價格高，準備多套成本過高；實物重量大且內部為了潤滑與防銹涂有機油，若想讓學生了解內部結構，拆卸時，沾上滿手油污也影響了他們的學習積極性。

目前3D打印技術大量普及，各高校的工訓中心基本都設置了增材制造實驗室，里面有大量的3D打印機可供使用。任課老師可利用中心內的3D打印機實現低成本的教具制作，可根據上課人數自行準備教具數量，降低了教學成本。同時因為重量輕和零件上沒有機油，所以學生更樂于把玩這樣的教具，也使學生的學習效率得到提高。

3D打印的耗材顏色多種多樣，不同功能或不同種類的零部件可使用不同顏色的耗材進行打印，這樣可以極大地提高學生的興趣，同時學生通過裝配各部分了解其內部結構動作原理時也會更加清晰易懂，如圖1。

圖1 三爪卡盤的3D打印教具

4.4 加入尾座教學

在縮短課時后，部分高校的普通車床教學中省去了尾座教學的部分。其實在有限的教學時間內，相比重復練習軸的外圓車削，讓學生體驗使用尾座來加工零件更為重要。因為在學生以后的科研加工或實際生產加工中，高精度的零件絕大部分會通過數控車床來完成，而不管是普通車床還是數控車床，在加工較長的零件或是給零件端面打孔時，都要用到尾座，所以在車削基礎的教學中，要盡可能地把尾座教學加入進來，讓學生對車削加工有完整的認知，而不是局限于單一的重復操作。

尾座教學包含使用鉆頭給工件打孔和使用頂尖輔助固定工件。打孔可以使用麻花鉆打孔或者使用中心鉆打中心孔，在短課時的教學中，使用中心鉆打孔的教學更為合適。因為打完中心孔后，可以馬上取下尾座套筒內的鉆夾套，直接更換頂尖，無縫銜接頂尖使用的教學，學生操作時更加連貫，印象深刻，節(jié)省了教學時間。

4.5 聯系數控車床

數控車床編程時，涉及的知識點相對較繁雜，而其中很多內容其實和普通車床有關聯，所以在普通車床教學時，跟數控車床有聯系的部分可以提前進行簡單介紹，非常有利于后期學生學習數控車床。

在講到車削三要素進給量時，普通車床的進給量是通過進給箱上的手柄來調節(jié)的，但是同樣的手柄位置，在主軸轉速不同時，實現的走刀速度是不同的，因為普通車床的進給箱是靠上方的主軸箱齒輪驅動的，所以走刀速度和主軸轉速掛鉤。這時可以提示學生：在使用數控車床時，進給量的設置可以有兩種，一種是和普通車床一樣與主軸轉速掛鉤的每轉進給G99，一種是和主軸轉速無關的每分鐘進給G98（以廣州數控980系統為例，下同）。造成這種差異的原因是普通車床只有一個驅動電機，進給箱要依靠主軸箱傳遞動力，而數控車床除了主軸電機，還有X軸的進給電機和Z軸的進給電機，因此進給方向的速度可以獨立設置而不依賴主軸箱。而且數控車床因為有電機直接驅動，所以簡化了普通車床進給系統里大量的齒輪傳動機械機構，提高了傳動效率。

在學生計算吃刀深度時，有部分學生常會忘記將直徑的差值除以2才是車刀應該前進的距離。這時可以提示學生，在數控車床編程中，不論是設定成直徑方式編程還是半徑方式編程，數控系統都會自動計算吃刀深度，避免自己計算時可能產生的錯誤。這樣學生就會對數控系統的作用有更直觀的感受。

在學生進行了零件軸向的多次車削操作后，可以提示學生，這就是數控車床編程中的軸向車削循環(huán)G90，同時可以進一步介紹數控車床的各個切削指令，實際就是普通車床各種加工方式的總結，并且提供了更靈活和精確的控制，降低了對操作者熟練度和手感的要求，同時也提高了加工的效率。經過這樣的講解，學生之后進行數控車床編程學習時，就能更容易理解編程操作手冊里的各個車削指令，將其跟車削工藝聯系起來，而不是單純的編程代碼。

5 結語

在新工科背景下，傳統車削基礎項目的教學方式和內容亟需調整，同時需要始終把安全擺在首位，在實操前和實操進行中都不斷強化學生的安全意識，并將思政元素和教學背景知識進行有機融合，激發(fā)學生的愛國熱情和強化學生對制造強國戰(zhàn)略的認識。在教學實踐中，引入3D打印制作教具的方式可以提高學生的學習效率和興趣；加入尾座部分的教學和相關知識點與數控車床的聯系，可以讓學生對車削加工有更全面和直觀的認知，為以后數控車床的學習奠定良好基礎。經過改進后的車削基礎項目將能更好地融入目前的金工實習/工程訓練的實踐教學體系，更有助于新工科高素質人才的培養(yǎng)。