加工工藝驅動型機械制造技術課程教學方案改革*

嚴育才 ，張向陽 ，侯加文 ，張 融 ，陳愛平

（1.武昌工學院智能制造學院，湖北 武漢 430065；2.駐馬店卷煙廠，河南 駐馬店 463000；3.綠色風機制造湖北省協同創新中心，湖北 武漢 430065）

1 “四個一”課堂現狀

機械制造技術課程是機械設計制造及自動化專業的核心主干課程。然而，學生在實際的學習中卻存在一些問題。筆者根據教學實際，將其歸納為“四個一”，即學生一聽就懂、一看就會、一考就蒙、一動手就不會。

2 原因分析

2.1 知識技能方面

導致學生對機械制造加工工藝的認識了解片面和零散的主要原因有以下四個：1）大多數學生對車銑刨磨鏜等機械加工實際操作感性認識不足；2）絕大部分學生幾乎沒有實際機械產品加工的經驗；3）缺乏對學到的機械加工相關知識的實踐與驗證；4）學生對機械加工裝備和人員組成的加工生產能力特點及影響不了解。此外，機械加工相關知識涵蓋面廣，包括工程材料、車銑刨磨鏜等加工機床、互換性與技術測量、機械制圖、機械設計、機械原理等，將這些知識融會貫通、靈活運用也是對學生們的一大考驗。

2.2 企業生產方面

除了上述知識技能方面的原因，學生缺乏加工型企業產品訂單洽談流程訓練、抓不住加工工藝的重點也是造成機械制造技術課程課堂“四個一”的主要原因。

3 解決方案

解決“四個一”課堂現狀，首先需運用正確的解決方案，有針對性地彌補學生的不足。

1）解決學生對車銑刨磨鏜等機械加工實際操作感性認識不足的方案：依托多媒體素材和課堂設計，老師通過生動形象的情景教學在課堂上再現加工現場，以此豐富課堂的趣味性，提高學生的課堂專注度。根據經驗，任課教師親自操作的加工視頻等多媒體素材使得學生接受效果更佳[1-2]。

2）解決機械產品加工經驗不足的方案：首先，教師在課堂上要多展示實物產品，讓學生經常接觸軸、臺階面等，經常觸摸能有效培養學生對粗糙度、形位公差、尺寸精度等的感覺。學生面對產品加工時的茫然來自對目標產品的不了解、不明確，由此就會出現無從下手、不敢動手的狀況。

3）解決缺乏對學到的機械加工相關知識的實踐與驗證的方案：加工要素如切削速度、背吃刀量、進給速度對加工的影響，可以通過老師指導學生用不同的切削速度、背吃刀量、進給速度對階梯軸的不同軸段進行加工而形成的階梯軸各軸段表面不同的紋理和光澤度來實踐驗證；另外同一批毛坯可以用不同精度的機床、相同的加工要素加工，對比加工效果，這也是很重要的實踐驗證方式[3-6]。

4）解決學生對機械加工企業裝備和人員組成的加工生產能力特點了解不足的方案：系統性、全流程地給學生分析企業現有機床設備的性能精度檔次、工人技能級別、企業的生產能力。一般企業在接訂單時必須衡量自己的機床設備性能精度、工人技能級別是否滿足零件加工要求，企業的生產能力是否與訂單數量匹配等；要是完全不滿足、不匹配，則不能承接訂單。同一廠家的不同設備或工人，加工同一個訂單產品的工藝要根據設備或工人的不同而調整[7]，這樣才能保質保量而且又有利潤。

5）學生缺乏加工型企業產品訂單洽談流程訓練方面的解決方案：加工型企業產品訂單洽談的核心為訂單數量大小、能否加工、生產效率能否滿足交貨期。若無法滿足這3個核心因素，企業則不能接單，也就不用去洽談訂單。訂單洽談流程如下：首先看產品的要求與企業生產能力是否匹配，如果匹配則能加工；再分析效率，效率高才能保證按期交貨[8-9]，因為目前企業接到的訂單交貨期都比較短，有的交貨期甚至在1個星期內。確定能加工和效率后，逐步制定生產計劃、生產方案、技術方案和檢驗方案。

平時課堂上講解和分析各加工工藝時，讓學生考慮加工工藝類型與洽談訂單的核心3要素（訂單數量大小、能否加工、生產效率能否滿足交貨期）是否匹配，比如量很大、交貨期很短的訂單，對于效率較低的磨削加工要考慮盡量減小預留的磨削量，車削加工中精車預留的車削量也要盡可能小。另外，主軸轉速和進給速度盡可能用偏高值等；對于量很大、交貨期不急的訂單優先選用本企業的經濟加工方案和經濟加工速度，實現利潤最優和節省能耗?？傊?，平時課堂上加工工藝教學和分析圍繞訂單的特點來展開，方便學生找到和明白每個加工工藝適應的加工對象。換言之，脫離訂單和生產講加工工藝，學生則不會使用，即出現一用就不會的現象[10]。

4 教學案例

運用解決方案將知識技能和企業生產方面的不足提高到夠用的水平后，平時案例教學要完全貼合企業接單流程，對學生進行全接單流程訓練，讓學生掌握不同加工工藝參數對企業的影響程度，下面課題組以軸零件加工案例展示案例教學過程。

4.1 訂單圖紙、材料、數量

材料，45#鋼；熱處理，58 HRC～62 HRC；數量，6 000個。如圖1所示。

4.2 訂單數量與生產類型分析

訂單數量是企業關心的數據，該數據對企業整體生產和管理運行過程都產生影響，訂單數量決定生產類型是大批量生產、中批量生產還是小批量生產。這3種生產類型對企業原材料（圖1零件原材料為棒料）采購渠道、生產設備類型、技術工人類型、物流運輸噸位等都有影響。

圖1 軸零件圖

大批量生產原材料一般聯系鋼材廠家或者大經銷商采購，有一個詢價招標談判的過程；中批量生產一般聯系普通經銷商或者批發市場采購，有一個詢價擇優采購的過程；小批量生產原材料一般就近采購。也就是說，訂單數量決定原材料采購渠道。

大批量生產一般采用流水線+專用夾具量具方式集中區域生產；中批量生產一般采用自動化設備模塊化生產；小批量生產一般采用數控機床+通用夾具量具生產。換言之，訂單數量決定生產設備，不同生產設備加工工藝一般不同，加工工藝要和設備匹配才能保質保量。另外，不同加工設備配備的技術工人不同，特別是流水線+專用夾具量具方式的工人，都需要培訓和預演調試，保證銜接順暢，即訂單數量決定加工設備、加工工藝、技術工人類型。

大批量生產、中批量生產、小批量生產的生產類型對應的物流設備和運行方式不同，大批量生產物流設備噸位大，運行方式是整個生產統籌管理，按照時間點和上下料位置順序安排表各自就位運行；中批量生產物流設備一般用普通物流車，采用約定時間地點方式運行；小批量生產物流設備一般不用專門配備，用車間的手推車或小物流車。

本訂單數量為6 000個，屬于中批量生產，對應的原材料采用聯系普通經銷商或者批發市場的方式，采購φ35*215熱軋圓鋼，要求經過時效處理，殘余應力??；如果有疲勞壽命要求則選擇φ35*215鍛造鋼。本訂單沒有提及疲勞壽命要求，故選擇φ35*215熱軋圓鋼。

采用自動化設備模塊化生產。

4.3 技術分析

項目經理接訂單時了解數量后立馬看圖紙，首先看總體尺寸是否在自己公司現有設備的極限范圍內，如果出現超程尺寸的訂單，一般不能接，因為無法加工。

接下來分析技術要求，主要是尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面質量等要求。同樣需要看這些要求的最高者是否能夠通過本公司的設備和技術工人加工，加工不出來或者成品率不高的訂單也不能接。

如表1所示，需要的裝備如下：本訂單6級尺寸精度、Ra0.1表面質量，要求比較高，需要精密車床和精密磨床；0.006形位精度較高，軸兩端中心孔需要采用專用中心孔磨床修磨。

表1 需要裝備和技術工人表

由于是中批量生產，不一定要求集中生產，因此精密車床和外圓精密磨床、專用中心孔磨床可以在不同區域，按照不同工序進行加工。

4.4 加工工序卡制定

加工工序按照粗車—精車—熱處理—修磨中心孔—磨外圓—研磨進行，具體如表2所示。

表2 加工工序卡

毛坯選φ35*215熱軋圓鋼，市場上供應充足，長度5 mm余量，直徑3 mm余量，都在常用的余量范圍，既能保證去除毛坯表面粗糙表層，又能保留材料屬性好的淺層。

磨外圓余量0.5 mm，其中研磨余量0.01 mm，難度較大，時間要把握很準。

檢驗方面尺寸精度需要工業游標卡尺，表面粗糙度用粗糙度檢測儀，形位公差要用形位誤差測量儀來檢測。

5 教學效果對比

經過解決方案和教學案例改革后2屆學生與教學改革前3屆學生的教學效果和學生反映調查問卷數據，如表3所示。

表3 問卷數據

6 總結

要解決機械制造技術課程“四個一”的課堂現狀，必須讓學生在平時增強解決方案中能力的基礎上，結合企業接單流程訓練，掌握訂單數量與生產工藝的相互關系；掌握產品特征、圖紙技術要求與企業機械加工裝備和人員組成的加工生產能力的關系；掌握生產企業機床設備和技術工人的極限精度和效率對生產的影響；掌握從洽談訂單到成品檢驗整個流程。并且在此基礎上，熟悉與掌握訂單數量、產品特征與技術要求、企業加工裝備、企業加工與技術人員、產品加工工藝之間的交叉網狀關系與裙帶效應后，才不會出現“四個一”現象。