腕表制造在項目化工程訓練中的探索

張余益，陳遠洋，井平安

（清華大學基礎工業訓練中心，北京 100084）

0 引言

通過近幾年的“工業4.0”掀起了一股工業浪潮，在以創新、創業、創客為社會熱潮的今天，高校的工程實踐教育思想及教學方法也緊跟時代的發展步伐和社會需求。金屬工藝實習作為一門與創新密切相關的實踐性課程，無疑是各大工科院校學生的一門必修課，正圍繞創新做出改變。

1 現狀背景

以往的金工實習課程是以單一工種的學習模式，讓學生學習各個工種的理論知識和實踐經驗。這樣的實習方式比較適用于職業院校，而對于本科學校的學生，這種走馬觀花式的實踐方式并不能使學生的創新思維得到提高和放大。因為單一工種的實習總有很多條條框框，無形中禁錮了學生的創新思維。以項目式多工種的工程訓練方式進行金工實習，不僅能讓學生對金工實習這門課產生濃厚的興趣，激發他們的自主學習能力，還能在此期間對各個工種有更深刻的了解和認識。

2 新課改設計

以項目式的綜合工程訓練來設計金工實習課程，引入產品的設計和制造，讓學生在較短的時間內吸收較多的知識。本次的創新課以腕表零部件的制作組裝為中心，根據中心的教學規劃，在3 學分的方案中，先進制造實驗室所占用的時間為3 天。在3天課程中，設計制作出大部分手表的零部件（表芯為外購），并完成組裝。在教學中給學生灌輸成本及利潤核算的概念，讓學生了解產品的全生命周期。

3 新課改規劃

每9 人為一個行政組，由兩位導師帶隊，一位主要帶隊輔導、一位主要在崗輔輔導；發布項目表，劃分出一位組長和四個功能小組，由組長協調行政組工作和文檔收集整合。在固定時間段學習各項技能，主要由帶隊導師和其他在崗導師講解。每個工種會有一位在崗導師輔導，由導師督導并把握時間，如CAD/CAM（計算機輔助設計/計算機輔助制造）軟件、精雕機、線切割、激光切割機、3D 打印機等。各功能小組在導師的輔導下制定各自零部件加工工藝，具體功能分配和時間安排見表1～表4。

表1 手表功能組分工

4 案例研究

制造腕表是基于產品設計來規劃后續工藝，該工藝包括以下主要步驟。

（1）應用CAD 軟件設計。學生使用CAD 軟件設計腕表產品并進行模擬裝配，如圖1 所示。

表2 第1 天講解

表3 第2 天分工執行

表4 第3 天加工及總結

圖1 CAD 設計的腕表外殼

（2）定義毛坯（線切割下料）。根據設計環節確定毛坯的尺寸，使用電火花線切割技術來切割制作表殼所需的毛坯。

（3）表殼制造（精雕機）。學生應用數控銑削工藝來制造腕表表殼，按照下列程序完成：①學習并應用SurfMill 軟件導入模型；②應用該軟件對其進行布局；③定義毛坯，并應用該軟件CAM 加工模塊，根據零件自身特點，制定并選擇加工方法；④根據加工材料屬性定義加工時候的具體加工參數；⑤計算并保存加工路徑；⑥模擬仿真加工，檢查模擬效果，并根據仿真結果進行適當的模型調整或加工參數完善；⑦輸出加工路徑，得到最終加工程序；⑧傳輸程序至精雕工作室服務器上，使得每臺精雕機能夠訪問到該程序；⑨學習并應用數控精雕機進行加工；⑩檢查測量加工結果。該過程如圖2 所示。

圖2 表殼制造過程

（4）表帶（激光切割機）。表帶應用激光切割技術來實現：學習并應用CorelDRAW 軟件定義圖形及布局，使用數控激光切割機調整加工參數進行加工得到最終表帶，如圖3 所示。

圖3 激光切割表帶

（5）輔助支撐（3D 打印）。表芯的輔助支撐將由增材制造技術來完成：學生先學習并應用3D 打印機，通過計算機軟件載入模型、調整模型，填寫打印參數，應用擠壓熔融類的3D 打印機打印表芯支撐。3D 打印的支撐件正反面如圖4 所示。

圖4 3D 打印表芯支撐件

（6）打包整理（裝配調試）。完成所有零部件的制造后進行裝配調試，裝配過程如圖5 所示。

圖5 裝配過程

（7）總結匯報。完成作品后，學生需要提交產品及文檔資料，展示產品的設計理念，制作PPT 進行全班交流及匯報，實驗指導老師根據學生整個實驗過程中的表現、作品完成度和創新性來綜合評分。

5 結語

項目化課程建設模式能快速靈活地結合工程訓練教學，并且讓學生能夠更積極參與到工程訓練中。在此項目中即有機械設計和加工工藝等多方面的知識，又綜合了工業產品上的藝術性及實用性，使學生的想法和個性得到張揚。通過腕表制造的項目化工程實踐教學，學生對機械設計及加工工藝有了一定的認知，能積極加入到本次課程學習當中，又能提高學生的綜合素質。