《机械制造工艺基础》重点章节教法剖析

《机械制造工艺基础》重点章节教法剖析摘要：机械制造工艺基础课较之职业学校机械类其他课程，内容繁多，涉及的知识面较广，各章节的教学内容性质差异较大，因此所选择的教法也不尽相同。

“金属切削加工的基础知识”一章是本门课程的教学重点，内容理论性较强，教学难度较大，学生学习时遇到的困难和问题也较多。

这里以这一章为例，对本门课程的教法，进行简单的分析研究。

关键词：机械制造工艺基础教法研究目前对机械零件的加工，主要通过金属切削加工完成，尤其对于高精度的重要零件更是如此。

而金属切削加工尽管有车削、铣削、镗削、刨削、插削、拉削、磨削等多种不同的机械加工方法，但切削过程中所产生的物理、化学现象以及切削规律却基本相同。

因此，要通过切削加工而获得符合尺寸、形状和位置精度以及表面粗糙度要求的高质量的零件，就必须对各种方法的共同规律加以研究。

从而可以利用这些规律，来提高加工质量，提高生产效率。

“金属切削加工的基础知识”一章，正是研究这种共同规律的。

为这本章讲授难度较大，学生学起来问题较多，主要反映在下述三点。

一是找不到各节教学内容之间的相互联系，因而不便于系统地掌握。

本章的几节内容分别为：切削运动与切削用量、刀具材料和几何形状、金属切削过程、刀具主要角度选择概要。

从这些内容来看，似乎没有什么内在联系，几个差异较大的内容罗列在一起，一会儿讲这儿，一会讲那儿，学生不易掌握。

因此，通过教师的讲授，应把这些内容用一条线系统地串起来，详细说明它们之间的关系，使学生得到一套完整的知识。

二是在研究切削刀具的几何形状和几何角度时，是采用几个假想的辅助平面来确定和测量的，而这样的辅助平面，在刀具上又不实际存在，看不见，摸不着。

因此给教学带来一定困难。

要求教师在讲授时，采用适当的教学方法，使学生容易接受，便于掌握。

三是在讲授金属切削过程这节时，讲到切削力和切削热给加工精度带来一定影响，从理论上进行分析，比较容易理解。

但是工艺系统（机床、夹具、工件、刀具）在切削抗力和切削热的作用下引起的变形，一般是很微小的，并不是用两只肉眼就能看清楚的。

因此究竟变形多大，对加工精度带来多大影响，是否对机器装配质量就会构成很大影响，同学们往往不十分清楚。

因为没有形象而深刻的认识，所以实际工作中学生重视度不够。

因此，教师在授课时，要通过适当的方法，使学生了解切削抗力和切削热给工艺系统变形带来的影响，以及这种变形给加工精度带来的不可忽视的影响。

使他们在今后的工作中，对切削过程中产生的这两种物理现象，给以应有的重视。

下面对本章的教法作具体的研究。

一、“金属切削加工的基础知识”一章的讲课要点金属切削加工，是利用金属切削刀具和工件做相对的运动，从工件上切除多余的材料，以获得符合尺寸、形状和位置精度，以及表面粗糙度要求的加工方法。

因此，我们研究切削加工的目的，主要是如何尽快地从工件上切除多余的金属材料，形成我们所需要的零件的尺寸和形状，亦即掌握提高生产效率的加工方法；另一方面，要掌握保证零件的加工精度、各项技术要求以及表面加工质量（粗糙度，硬化层裂纹）等的加工方法。

所以应以提高生产率和加工质量为线，来确定其讲课要点。

本着这一原则，“金属切削加工的基础知识”这一章的讲课要点应为以下三点。

1.切削运动与切削用量切削运动可分为主运动和进给运动。

要求分清主运动和进给运动各起什么作用；不同的机床其主运动和进给运动有什么区别。

切削用量包括切削速度v、进给量s、切削深度t。

不同的切削方式，三个参数的概念不一样。

要了解这些参数对生产率和加工质量有着怎样的影响，该怎样合理地选择这些参数来提高生产率和加工质量。

2.切削刀具要介绍各种常用的刀具材料和刀具切削部分的几何形状和角度。

研究它们对生产率和加工质量的影响，从而掌握合理选择刀具材料和刀具切削角度，来提高生产率和加工质量的方法。

3.金属切削过程重点介绍切削过程中所产生的不同的切屑形状、积屑瘤、加工表面硬化、切削抗力、切削热、刀具磨损等现象；研究这些现象的产生与被加工工件材料的性能、切削用量的选择、刀具各种角度的大小、刀具材料的特性、冷却散热条件的关系；探讨加工中产生的各种现象给生产率和加工质量带来怎样的影响，进而找到减少这些现象或利用这些现象的方法。

二、“金属切削加工的基础知识”一章的讲课原则要想达到理想的教学效果，应遵循以下几项主要的教学原则和讲授方法的贯彻。

1.理论联系实际原则的贯彻在贯彻理论联系实际原则中，要特别强调先实践后理论的问题。

先实践后理论，就是要求在讲授金属切削加工这一内容之前，学生应对切削加工的各种方法有一定的感性认识。

这一原则对于非切削加工工种（铸工、锻工、焊接工等）的学生，更为重要。

因为他们对机床，金属切削方法，切削加工中所使用的刀具、工具、工件的加工精度和表面粗糙度等接触不多，还都缺乏认识。

这就给教学带来一定的困难。

为此，教师在组织教学时，应根据学校的教学条件，或在讲课之前进行切削加工多工种实习（重点是进行车削加工实习）；或组织学生到机械加工车间或机床工艺实验室进行认真的参观实习。

在实习过程中，教师应引导学生注意下列问题：（1）切削加工过程中，机床、刀具、工件的运动情况，分清哪是主运动，哪是进给运动。

所选用的切削用量怎样。

（2）切削时所选用刀具的结构、几何形状、刀具角度。

（3）切削过程中切屑的形成过程和种类。

有无切削抗力、切削热、积屑瘤、刀具磨损等现象的产生。

加工中为了减少切削抗力的影响和切削热的影响采用了哪些措施。

（4）切削加工前后工件的形状、尺寸、精度、粗糙度的变化情况。

对于切削加工各工种（车工、铣工、刨工、磨工等）的学生，或已进行过切削加工实习的其他各工种的学生，则可不必安排这样的环节。

2.采用课堂教学和现场教学结合的授课方式除在课堂上作系统讲授外，可把本章部分内容如切削运动、切削用量、切屑种类等的教学安排在实习车间或实验室进行。

在现场教学过程中，若教师能亲自操作，讲授时伴以示范，则更能提高现场教学的效果。

3.启发性教学原则的贯彻“金属切削加工的基础知识”一章的教学，应注意采用启发式教学，引导学生多动脑筋想问题，使课本上的教学内容与生产实习中遇到的大量问题紧密地联系起来。

通过学生主动思考，使他们自己找出答案或解决问题的方法。

为此，教师除启发学生自己找问题外，还应根据本章教材内容，多向学生提出一些生产实习中常见的问题，供学生思考。

例如：切削速度v、进给量s、切削深度t这三个运动参数对加工质量和生产率有怎样的影响？选用时三者有什么样的辩证关系？粗加工时一般选较低的切削速度，这是为什么？这是否与提高生产率有矛盾？车削加工中为什么有时会产生积屑瘤，而当切削速度改变后，这种切削瘤为什么会自动消失？积屑瘤给粗加工或精加工带来怎样的影响？用什么措施除积屑瘤？加工细长轴时易出现腰鼓形，原因何在？怎样通过改变刀具角度或提高工艺系统的刚性来减少这种现象的产生？对于较高精度的零件，加工工艺安排上为什么一般都采用粗、精密加工分开？为什么粗加工后一般要安排自然时效或人工时效处理工序？精密加工为什么要在恒温车间进行？切削刀具的前后面为什么经常用油石精细研磨？使用一段时间后，要及时用砂轮修磨刀具，为什么这样做？为什么及时磨刀反而会减少刀具材料的消耗？切削刀具采用较大的前、后角可以减少刀具的磨损速度，但是加工韧性材料时，为什么要选小的前、后角？这样做不是与刀具使用寿命相矛盾吗？除上述问题外，当然还可以提出很多，在此仅以这些为例说明。

老师通过学生实习中常遇到的问题，可以激发他们学习的积极性，同时使所学理论知识更紧密地与生产实际相结合，使学生感到学有所用，且提高了分析问题和解决问题的能力。

4.充分使用直观教学手段本章教学，应注意充分使用模型、挂图等直观教学手段，以提高本章的教学效果。

如在讲授“刀具的几何形状”这部分内容时，结合使用模型、挂图，就能使学生形象地观察到刀具的各个表面、辅助平面和刀具的角度。

又如“切削的种类、刀具的磨损、积屑瘤”等部分内容时，教师使用不同类型的典型切屑、已磨损的典型刀具，以及带有积屑瘤的车刀等实物教具讲授，可使学生对各类典型切屑的形状、刀具的磨损情况、积屑瘤的形状一目了然。

这样对教师讲授的内容，就比较容易接受。

如果不使用这些直观教学手段，只靠叙述，这些内容就很难解释清楚，学生也不易理解。

车削刀具、钻削刀具、铣削刀具、刨削刀具的模型教具和挂图教具，目前在我国都有专门厂家生产，用时可以选购。

但这些教具结构比较简单，也可自制。

有关切屑、磨损刀具以及积屑瘤车刀等实物教具，需要教师平时注意从车间搜集一些典型实物。

5.采用电化教法本章的切削运动和切削用量，切削过程中切屑的形成过程，以及在切削抗力的作用下工艺系统的变形等教学内容，讲授时宜采用电化教学方法。

常采用的电化教学设备是多媒体。

因为切削运动、切削用量和切屑的形成过程，其演变速度很快，学生即使是在切削加工现场认真观察，也很难看清楚。

工艺系统在切削力的作用下的变形，因为变形量很小，也不易发现。

教师单纯用口述或在讲台上演示，更难形象地表达出来。

如果采用多媒体，在课堂上向学生播放事前录制好的课件，学生就会很清楚地观察到发生的一切。

生动活泼的电化教学，还能提高学生的兴趣。

因为多媒体有慢放、停驻以及重播等性能。

利用慢放，可以把切削过程以及切屑形成的过程的播放速度放慢，也可以将工艺系统微小的变形量放大，使本来不易看清楚的现象形象地展现在学生眼前。

利用停驻或重播，便于教师对重要的画面作重点讲解，同学也可以利用停驻的时间向教师简短发问，同教师当堂讲解。

有关切削运动、切削用量以及切屑的形成过程等的视频资料，网络资源很丰富。

6.采用实验法对于本章中的切削抗力和切削热两部分内容，可采用课堂讲授与实验法相结合的教学方式。

通过课堂讲授，很容易说明在切削抗力和切削热的作用之下，工件发生变形的道理，因此，它们给工件加工精度和表面质量带来影响，也就比较容易理解。

但是，这种变形跟哪些切削条件有关，也没有很深的体会。

我们可以采用实验法，来加深他们对这一理论的理解。

实验法可利用实验课或业余时间进行。

具体做法如下：（1）切削抗力的产生及其对工件加工精度影响的实验。

本实验可在车床上进行。

在不采用跟刀架或中心架的情况下，车削一根细长轴（长径比大于30）。

如果采用的是主偏角为45°的弯头车刀，则在径向力py的作用下，工件因弯曲变形而成为腰鼓形。

车削完后，让学生自己对工件进行实际测量，看加工完的零件直径在全长上的变化情况，从而看出py切削力给加工精度带来多大影响。

把这些测量的结果记录下来。

再改变一下吃刀深度（减小t值）或改变一下刀具的主偏角（取主偏角=90°），进行车削实验，分别测量被加工零件直径在全长的变化情况，作好记录。

与前面第一次车削后的测量记录相比较，分析切削用量和刀具切削角度的变化，对切削抗力py带来的影响。