复杂零件数控加工工艺教学项目设计与实施

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摘 要：根据应用型专门技术人才的培养要求，针对数控加工工艺课程的教学目标，开发设计了复杂零件数控加工工艺实践教学项目，并且体现了能力进阶型系列化项目教学法的主要特征。该项目包括图样分析、三维建模、工序安排、机床选型、夹具设计和工艺卡制作等几个部分。通过该项目的实施，提高了学生学习的主动性和创造性，提升了数控加工工艺课程的教学质量。

关键词：数控加工工艺 教学改革 能力进阶型系列化项目教学法

我校机械设计制造及其自动化专业紧密依托数控装备行业，紧跟先进制造技术的发展，为区域内经济发展培养应用型专门技术人才。在数控装备行业内，数控加工工艺对产品的加工质量和生产效率起着至关重要的作用。根据近年来企业对毕业生的反馈意见，需要着重加强工艺知识的教育，学校对数控加工工艺课程进行了重点修订。该课程是一门综合性课程，涉及知识面宽，而且随着许多先进装备（如多轴联动加工机床、复合加工机床）的开发和使用，在生产中出现了许多新工艺，因此，我们在课程教学中设计和实施了复杂零件数控加工工艺教学项目。

1 课程简介

数控加工工艺是本专业的一门专业核心课程，通过该课程的学习，要求学生掌握数控加工工艺的基本理论与知识；掌握数控车削加工、数控铣削加工、加工中心的加工工艺特点，能针对典型零件的技术要求和条件制定合理的数控加工工艺；掌握夹具一般设计原理和使用方法，具备按加工要求设计专用夹具或组装组合夹具的初步能力；掌握加工质量的含义及其影响因素与控制方法[1，2]。

2 课程教学模式

应用型本科院校的教学模式要与学术型本科院校和高等职业院校有所不同。理论知识不一定要很深入，但体系必须完整，使学生在分析工程问题时具备完整的知识结构；工程实践能力要进一步加强，使解决方案能快速组织实施。根据上述要求，将课程分为理论讲授和项目实践两部分。本文主要阐述针对复杂零件的数控加工工艺教学项目的设计和实施。

3 教学项目设计

该实践教学项目的目标是培养学生综合运用所学的知识，编制复杂零件的数控加工工艺，设计相应的夹具。要完成这一项目，学生需要具备以下知识和能力：①二维工程图的绘制和读图；②熟练运用一种三维CAD/CAM软件进行三维造型；③数控机床的认知和选型；④数控刀具的认知和选型；⑤零件的数控加工工艺专业知识；⑥夹具设计初步知识。

本文以换挡主壳体的加工工艺设计为载体进行能力进阶型系列化项目教学的开发设计[3-5]，该项目主要围绕箱体的加工工艺设计过程展开，项目过程如图1所示。

图1 教学项目内容组成部分

（1）图样分析。该阶段向学生发放图2所示的零件工程图和零件毛坯尺寸，要求学生明确零件图样尺寸的标注，分析有无工艺尺寸链需要解算，分析精度及技术要求。

（2）三维建模。该阶段通过三维模型（如图3所示）使学生进一步明确零件的几何尺寸关系，以验证工艺分析的准确性。

（3）加工顺序安排。该阶段主要要求学生明确几个主要加工表面，选定粗、精基准表面，安排加工顺序。本项目通常以十字形面作为粗基准加工下底面（如图4所示），然后以下底面为精基准加工其他表面（如图5所示）。

图4 工序1示意图

图5 工序2示意图

（4）机床和工具选择。该阶段主要要求学生明确各类机床的功能和使用范围，包括各种先进制造装备，如高速加工中心、五轴联动加工中心、车铣复合加工中心。这些设备我校工业中心都具备，另外CAD/CAM实验室也拥有各类机床的仿真模型，学生的选择余地较大。

（5）工艺夹具设计。本项目的特殊之处在于该零件仅仅依靠通常夹具（如精密平口钳等）无法完成数控加工，需要学生设计相应的专用夹具。这也是该项目中最能发挥学生创造性的地方。图6所示是学生设计的夹具装配图。

图6 工艺夹具设计图

（6）数控加工工艺卡制作。通过对以上完成内容的总结，要求学生制作简易的数控加工工艺卡，形成完整的工艺过程文件（如图7所示）。

图7 数控加工工艺卡

4 教学项目实施

这种具有相当难度和工作量的教学项目，其组织实施不同于一般的课内实验，项目安排在CAD/CAM实验室进行，全班学生分成若干小组，每组4～5人，每人1台计算机，每组安排项目组长1名，任务安排如下：

（1）资料准备。每组准备一套设计资料，包括《机械加工工艺手册》《机械设计手册》和《机床夹具设计手册》等。

（2）三维建模。该任务每名学生都要完成，强化三维设计软件的使用，为自动编程打好基础。

（3）方案讨论。在小组内讨论零件工艺信息，探讨加工方案。尽量鼓励学生探寻解决方案，增加小组内部的合作意识，激发学生的学习主动性。

（4）夹具设计。该任务由于工作量较大，要求在小组内协同完成，首先共同商定夹具设计方案，然后每人完成其中一个或几个夹具零件的设计，最后由1名学生完成装配。

（5）制作工艺卡片。要求每名学生都要完成完整的工艺卡片制作，目的是使每名学生都熟悉和掌握该项目涉及的知识内容。

（6）汇报及评价。每组选派1名学生公开汇报设计思路，展示完成情况，其他各组进行评价打分，通过互评，提高学生的主动性和积极性。

5 结束语

通过复杂零件数控加工工艺教学项目的实施，学生完成了从零件图分析到工艺卡制作的全过程，提高了学生的知识应用能力和实践动手能力，提高了数控加工工艺课程的教学质量。

参考文献

[1]孙树峰.“数控加工工艺”课程教学改革与应用型创新数控人才培养[J].长春理工大学学报，2010，5（11）：115-116.

[2]李铁钢，范智广.数控加工工艺与编程课程教学体系构建[J].沈阳工程学院学报：社会科学版，2012，8（1）：124-126.

[3]汪木兰，周明虎，张艳丽.“卓越工程师教育培养计划”中系列化探究式项目教学的设计原则[J].中国现代教育装备，2011（23）：9-12.

[4]Wang Mu-lan， Zhou Ming-hu， Feng Shi-xin， Li Jiang-qi. Serial Project Teaching Method in the Excellent Engineer Education of Advanced Manufacturing Technology[C]. 2011 2nd International Conference on Management Science and Engineering （MSE 2011），Vol（6）：366-372.

[5]丁文政，王娟，汪木兰.面向数控装备维修的综合实践项目建设[J].实验室研究与探索，2013，32（7）：130-133.