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期刊类别:纯教育、G4
国际标准刊号 ISSN 2095-3089
国内统一刊号 CN 15-1362/G4
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我刊投稿论文
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2021-01-26 | 所属栏目:我刊投稿论文 | 阅读次数:

  【摘要】在工业4.0革命浪潮的推动下,工程实训课内容涵盖了从工业一代到四代的制造技术训练,教学内容不断扩充,普铣的课时被压缩。但普铣是学习现代化机床的前提。为了在有限的学时内完成普铣教学,进行了实训教学改革,提出“五步一体”的教学方法,可使学生在较短的学时内掌握铣削加工的要领,并为数控加工的学习打下坚实的基础。
  【关键词】“五步一体”教学法  工程训练  普铣
  【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2020)52-0049-02
  《中国制造2025》纲要提出坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针,通过“三步走”实现制造强国的战略目标[1]。而高校和科研单位是推动科技成果转化,引领企业创新发展的先锋。所以只有做好高水平的基础研究才能培养出高水平的人才。高校工程实训系列课程是以“工程”“实践”“创新”为主题,培养学生的工程综合素质与能力的实践平台[2-3]。学生在掌握基本制造知识的基础上具有一定的实践能力,認知新工艺、新技术在现代制造中的地位和应用,建立起现代制造工程的概念[4-6]。通过工程实践能力训练,具备对简单零件进行工艺分析和选择加工方法的能力,具备应用先进制造技术进行工艺流程的设计、制造、测量和检验的工程实践能力,提升创新意识。
  1.普铣教学的地位与现状
  铣削加工是机械加工中的一项重要的实训项目。各类数控机床其最核心、最主要的工序,还都是以铣和钻为主,普铣的基础知识教学和实践,是学习数控机床的前提,是认识数控铣床、加工中心的基础课程。通过学习普通铣床的结构和加工工艺,合理选择铣刀,将所学的切削原理转化为数控机床的刀具参数设置和轨迹生成,优化程序结构,提高加工效率和加工质量。为后续课程中更好地设计和制造模具、工夹量具打基础。真正培养出理论与实践相结合的专业复合型人才,实现制造强国的战略目标。
  在工业4.0革命浪潮的推动下,工程实训课内容涵盖了从工业一代到四代的制造技术训练,普铣的课时被压缩至原来的三分之一,而教学内容和要求却没有变化,在较短时间内令学生掌握其加工技术是相当困难的。
  为此,必须对铣工实训教学进行改革,让学生在较短的时间内掌握铣削加工的要领,提高学生的实践能力和创新意识。本文对铣工实训教学进行了探索,总结出一套“五步一体”的教学方法,促进铣工实训教学改革。
  2.铣削加工“五步一体”教学法
  铣削加工属于冷加工,它是使用机床通过旋转的多刃刀具对机械零件进行直接的切削加工,使零件达到图纸要求的表面粗糙度、形位精度和尺寸精度。
  铣削加工具有以下几步:第一步,依据工件的材料选择刀具材料;第二步,根据工件图纸要求确定工件的安装和定位,根据工件的表面特点选择刀具种类和直径;第三步,根据工件的尺寸精度要求合理地选择切削用量;第四步,试切、测量、加工;第五步,组装。这五步既独立又相互联系,所以称为铣削加工“五步一体”,如图1所示。
  3.“五步一体”铣削教学的实施
  在铣削加工教学实践中,,选择合适的加工工件也很重要。六柱孔明锁是一种益智类玩具,同时其加工中具有面、槽等典型的铣削加工,选择孔明锁作为铣削实训的工件能很好地调动学生制作的能动性,又能让学生掌握铣削加工平面和沟槽的方法,满足教学要求。孔明锁由六个柱状的工件组成,其六柱结构略有不同,如图2所示。下面以孔明锁的制作为例,说明“五步一体”铣削教学的实施过程。
  在教学中按照工步先后进行,根据各工步不同的特点进行穿插讲解。
  第一步 刀具的选择
  切削加工行业素有“七分刀具三分手艺”之说。因此刀具的“选”刀尤为重要。铣刀的选择主要有两个方面:一是按照其加工用途选择刀具类型;二是按照工件材料选择刀具材料。工件材料是高强度硬铝,刀具选择硬质合金刀具;铣平面选择硬质合金的端铣刀,铣槽选择高速钢的立铣刀。
  第二步 工件的安装
  工件(毛坯)从定位到夹紧的全过程称为装夹。既是切削加工前的必要措施,又是工件定位的必然结果。工件装夹的好坏直接影响工件的加工精度。在装夹中应根据工件的大小和几何形状来选择使用合适的夹具,还要根据工件的形位公差要求来选定定位基准。通过对工件的安装操作,理解铣床夹具的使用并初步形成设计夹具理念,同时进一步理解定位的规则,确保加工工件的尺寸精度和形位精度要求。
  第三步 选择合理的铣削用量
  铣削用量包括四个要素,即:主轴转速、进给量、铣削深度和铣削宽度。所谓合理的铣削用量,是指充分利用铣刀的切削能力和铣床的性能,在保证加工质量和刀具耐用度的前提下,获得高的生产效率和低的加工成本的切削用量。因此铣削时合理地选择铣削用量,对保证零件的加工精度与加工表面质量、提高生产效率、提高铣刀的使用寿命、降低生产成本,都有重要的作用。其中对铣刀使用寿命影响最大的是铣削速度,其次是进给量和铣削深度。
  通过加工典型工件——孔明锁让学生在加工过程中认识铣削用量并且熟记于心。在X5025B铣床上使用硬质合金端铣刀对?覫12×50mm的高强度硬铝棒料进行铣水平面,要求达到的工件表面粗糙度是Ra3.2μm。如果只是换上全新的刀片,不一定能获得较好的效果,这是因为切削用量没有考虑的缘故。所以,要合理选择主轴的转速、进刀深度和进给量的大小,才能达到预定的效率和加工质量要求。
  根据六柱孔明锁的加工质量要求,需要分粗加工和精加工两个阶段。粗加工阶段希望高效地切除加工表面上的大部分余量,使毛坯在形状和尺寸上接近工件成品,因此选择切削用量上要低转速、快进给、大切深;精加工阶段要保证各表面达到工件图规定的加工质量要求,选择切削用量上要高转速、慢进给、小切深。比如,在件③上需要加工出深6mm、宽12mm的槽,使用?覫10mm高速钢立铣刀进行加工。要想获得较好的加工效率,粗加工时选取566r/min的主轴转速,3-3.5mm的进刀深度,96mm/min的进给量。要想获得较好的加工表面质量,精加工时选取800r/min的主轴转速,0.5-0.05mm的进刀深度,50mm/min的进给量。然后让学生进行粗精对比,对铣削用量就有了深刻的认识;再通过铣削用量理论公式进行计算对比,更能深刻地理解铣削用量选择的精髓。特别是件③上加工两个不对称的宽6mm的槽,后面需要换?覫5mm的高速钢立铣刀,这时要保证件③各表面的表面粗糙度都是Ra3.2μm,需要综合考虑把主轴转速调高至1130 r/min,进给量调低至34mm/min。


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