工学一体化在产品设计教学中的应用

罗金平

摘 要：在产品设计教学过程中， 笔者运用工学一体化的教学手段，把校企合作解决企业实际生产问题转化为课程教学，将多门专业课的知识融会贯通，培养学生解决实际生产问题的能力，使其达到企业设计岗位的要求。

关键词：工学一体化 校企合作 产品设计 成果转化

随着数控模具技术的高速发展，计算机在企业产品设计中得到日益广泛的使用，出现了许多高效率的设计软件。同时，企业设计岗位的人才需求日益增加，越来越多的技校生走上企业设计岗位。如何引导学生有效开展产品设计课程的学习，适应企业设计岗位的要求，成为技校教师迫切需要解决的课题。

一、开展设计课程的重要性

随着数控自动化的发展，机器自动化逐渐代替了人力，甚至有些工厂的数控机床已经成为大批量进行流水线生产的工具，还招聘了一些没有技能基础的工人代替技术工人进行操作。因此，单纯掌握操作技术的技校生已经不能满足企业的需求，企业需要既会编程设计、又能进行熟练操作的技工。未来几年，我国企业对设计人才的需求将明显增加。由此，技校专业改革的思路也日渐清晰，高技能人才将是技校生职业发展的大趋势，也是未来社会和企业高速发展的原动力。

近年来，模具企业大量采购数控设备，需要大量掌握设计、数控编程的高级技工。目前，数控高级技工在企业技工中所占比例很低，尤其是专业设计理论知识层次较高、且具备一定动手能力的高级人才更是紧缺。掌握一定的模具设计及加工设计知识，具备一定的模具制造基础知识，具备数控机床的操作、日常维护和手工编程的能力的技校生，将成为设计工程师的得力助手，受到企业的喜爱。

二、应用于设计教学的校企合作成果概述

笔者学校通过校企合作，利用专业知识的优势以及学校现有的技术，研制出多项合作成果，大大提高了师生解决实际生产中问题的能力，实现了校企双赢。

1.浸油润滑磨头箱

（1）原磨头箱存在的问题。旧式磨剪机的磨头箱处于开放状态，轴承润滑不足，工作温度较高，又因车间工作环境差，砂轮粉、水汽等的侵蚀，导致轴承使用寿命不长，磨头工作效率不高，难以适应现阶段的生产需求。

（2） 浸油润滑磨头箱的原理。根据上述不足，学校在参考旧机的基础下，与企业共同开发出新型磨剪设备。现对其中的重要部分浸油润滑磨头箱作一介绍，如图1所示。

设计一个密封的磨头箱，在箱内注入润滑油，使滚动轴承最下部滚动体浸入箱内的油池中，通过轴承滚动体的转动，将油池中的润滑油带入轴承进行润滑，同时也甩到箱壁上，借以散热。磨削的主运动由电动机经皮带轮、键、主轴，将转动传递到磨盘上。主轴两边轴颈各配对安装一深沟球轴承和圆锥滚子轴承，主要承受径向力和轴向力，通过圆螺母和止动垫圈来调整轴承间隙。

图1 磨头箱结构图

2.省力锋利刃口技术

（1）企业反映的问题。工厂的塑料柄裁缝剪不够锋利，多层布或厚布剪切时剪尾力度不足，难以和那些高级的铸钢裁缝剪比美。

（2）解决方案。针对此问题，笔者学校专门成立了课题研发小组，积极开展研究。最终提出了如下切实可行的改良方案。

①修改剪刀刃口角度。通过修改剪刀尾部刃口的圆弧以达到增大剪切时咬合角度的目的，使剪刀剪切力度增大，顺利完成多层布剪切（如图2）。

②改良手柄设计。为防止手柄产生滑动现象，减轻手的疲劳程度，根据人机工程学的原理，改良塑料手柄和手接触位置，增加舒适度，使使用者能更好地用力。

图2 受力分析图

三、工学一体化开展设计教学

1.工学一体化设计教学的内容安排

工厂产品设计多数分为三类：零件的设计、设备的改良、抄数及产品的改良设计。笔者根据企业调研情况和市场需求，再结合自己多年工厂设计的经验，开展设计课程教学。

（1）鼠标的外形设计。学生经常用电脑，对鼠标也很熟悉，笔者就此引导他们设计一个鼠标，学生颇感兴趣。这样一方面促进学生的创新、设计能力得到极大提高，另一方面引导学生更多地运用立体软件进行外形设计，使学生更灵活地掌握曲面、实体的制作。

（2）浸油润滑磨头箱设计。磨头箱设计教学是针对企业改良设备开设的，属传统的机械零件设计。该项设计教学，加深了学生对机械原理的认识及应用，学生机械设计能力有了很大的提高。

（3）剪刀手柄改良。企业经常接到客户订单，要求改良产品的指定位置，使产品达到某种功能和效果。这更多的是要求设计员绘制抄数工件。企业对该类人才需求较多，对立体绘图能力要求较高。笔者通过引进企业的设计图样任务展开教学，学生在对抄数零件进行绘制和修改的学习过程中，逐渐提高设计绘图的能力。

2.工学一体化设计教学的实施过程

以浸油润滑磨头箱为例。

（1）研究方案。在开始阶段，笔者引导学生分组讨论旧式磨头存在的问题。通过播放视频观察，发现旧式磨头工作环境差，经常受到砂轮粉、水汽等的侵蚀，导致轴承使用寿命不长，磨头工作效率不高。笔者引导学生学习多种润滑方式，查阅资料了解各润滑方式的应用。

（2）确定设计方案。经过学生们的共同讨论、教师的引导，比较各润滑方式的应用特点，针对旧磨头人手定期润滑效果差的缺点，决定采用浸油润滑。

（3）设计磨头箱的过程。

①笔者指导学生阅读图样和查阅资料，获取磨头箱壁厚尺寸要求及轴承尺寸。

②学生草拟磨头箱配合件设计草图，培养草图绘制

能力。

③学生通过运用AutoCAD软件，绘制磨头箱的二维图样。通过磨头箱绘图，让学生熟练使用AutoCAD命令进行设计，同时学会灵活运用机械制图中的机件表达方法。教师适时讲解绘图的步骤和关键技巧，以及要将一个机件表达清楚所需要的内容。endprint

④笔者设问：“润滑油的液面高度应该浸到滚动轴承的什么位置？”让学生去思考。笔者再启发学生：不同的磨头转速对浸油润滑的油位要求也不同，n>3000r/min时，油位在轴承最下部滚动体中心以下，但不超过滚动体下缘；

n=1500～3000r/min时，油位在轴承最下部滚动体中心以上，但不得浸没滚动体上缘；n<1500r/min时，油位在轴承最下部滚动体的上缘或浸没滚动体。

⑤笔者再提问：“如何控制浸油润滑液面呢？”引导学生去监看液面高度，搜索用何种装置去控制液面高度。不少学生在查阅资料后，应用了油标来观看液面高度。有的学生还想到，要保持润滑油液面高度不变，可用浮球升降电路来控制补油，运用PLC电路控制。笔者深切体会到，学生的能量是不可低估的，难就难在教师如何去激发他们的“小宇宙”。

⑥笔者向学生讲解恒位油杯的原理和作用。恒位油杯的作用是使轴承箱体内的润滑油位保持恒定。恒位油杯内，初始油量一般保持在整个油杯的2/3处。大气压的作用使恒位油杯内液面高于磨头箱体内液面，连通器的原理作用使磨头箱体内液面保持一定高度。根据转速设计好工作油位后，用恒位油杯严格控制磨头箱润滑油的油位高度，大大提高轴承和工作轴的润滑度，降低了轴承的工作温度，减少砂轮粉、水汽等杂质的侵蚀，使磨削加工更加稳定。

⑦笔者设问：“磨头箱润滑油能否长期润滑工作？”如何检测润滑油的工作情况？笔者引导学生思考、查阅资料，讨论得出可在磨头箱壁底位置设计1个放油孔。每隔1个月对润滑油的运动黏度和清洁情况进行一次检查（停机后5分钟再放油孔采样），发现润滑油黏度不符合要求或有污物，即更换润滑油，以保持润滑油清洁，延长滚动轴承和磨头箱的使用寿命，提高经济效益。一般每工作1500～2000小时需要更换润滑油。

⑧笔者组织一些能力较强的学生利用Pro/E或UG软件绘制出浸油润滑磨头箱的三维装配图，使学生们对将要制作的磨头箱有了更直观的了解。

（4）磨头箱设计注意事项。

①磨头箱箱体尺寸根据零件装配拟定，要经过磨头箱装配绘制检测确保尺寸无误。

②选用轴承时，教师要向学生讲清常用滚动轴承的场合及其应用。

③铸件结构要合理，要便于制造木模、生产工件毛坯。

④公差尺寸的选择。设计图样的公差是产品设计和制造中不可忽视的一部分，它是总装配时合理配合的重要基础。

四、工学一体化实施的效果

经过工学一体化设计课程学习后，学生的学习积极性提高了，并能更全面地根据企业需求学习设计理念、知识，运用所学设计知识和从网上、工具书籍上获取新的知识解决设计中遇到的问题。在解决企业疑难的设计学习中，学生从以前的被动学习转变为主动求知，学习效果明显提高，信心大大增强，更利于他们适应企业岗位。笔者所教的不少学生进入到企业的设计部工作，还有一些学生因工作出色成为企业的技术主管。

五、结论

笔者通过工学一体化设计课程的组织教学，结合企业的订单和技术改造开展设计课程，让学生的学习更贴近企业需求。学生在学习中解决企业的生产设计问题，学有所成，增强了他们成为企业设计人员的自信心。

参考文献：

[1]杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]李木杰.技工院校一体化课程体系构建与实施[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2012.

（作者单位：广东省茂名市第二高级技工学校）endprint

④笔者设问：“润滑油的液面高度应该浸到滚动轴承的什么位置？”让学生去思考。笔者再启发学生：不同的磨头转速对浸油润滑的油位要求也不同，n>3000r/min时，油位在轴承最下部滚动体中心以下，但不超过滚动体下缘；

n=1500～3000r/min时，油位在轴承最下部滚动体中心以上，但不得浸没滚动体上缘；n<1500r/min时，油位在轴承最下部滚动体的上缘或浸没滚动体。

⑤笔者再提问：“如何控制浸油润滑液面呢？”引导学生去监看液面高度，搜索用何种装置去控制液面高度。不少学生在查阅资料后，应用了油标来观看液面高度。有的学生还想到，要保持润滑油液面高度不变，可用浮球升降电路来控制补油，运用PLC电路控制。笔者深切体会到，学生的能量是不可低估的，难就难在教师如何去激发他们的“小宇宙”。

⑥笔者向学生讲解恒位油杯的原理和作用。恒位油杯的作用是使轴承箱体内的润滑油位保持恒定。恒位油杯内，初始油量一般保持在整个油杯的2/3处。大气压的作用使恒位油杯内液面高于磨头箱体内液面，连通器的原理作用使磨头箱体内液面保持一定高度。根据转速设计好工作油位后，用恒位油杯严格控制磨头箱润滑油的油位高度，大大提高轴承和工作轴的润滑度，降低了轴承的工作温度，减少砂轮粉、水汽等杂质的侵蚀，使磨削加工更加稳定。

⑦笔者设问：“磨头箱润滑油能否长期润滑工作？”如何检测润滑油的工作情况？笔者引导学生思考、查阅资料，讨论得出可在磨头箱壁底位置设计1个放油孔。每隔1个月对润滑油的运动黏度和清洁情况进行一次检查（停机后5分钟再放油孔采样），发现润滑油黏度不符合要求或有污物，即更换润滑油，以保持润滑油清洁，延长滚动轴承和磨头箱的使用寿命，提高经济效益。一般每工作1500～2000小时需要更换润滑油。

⑧笔者组织一些能力较强的学生利用Pro/E或UG软件绘制出浸油润滑磨头箱的三维装配图，使学生们对将要制作的磨头箱有了更直观的了解。

（4）磨头箱设计注意事项。

①磨头箱箱体尺寸根据零件装配拟定，要经过磨头箱装配绘制检测确保尺寸无误。

②选用轴承时，教师要向学生讲清常用滚动轴承的场合及其应用。

③铸件结构要合理，要便于制造木模、生产工件毛坯。

④公差尺寸的选择。设计图样的公差是产品设计和制造中不可忽视的一部分，它是总装配时合理配合的重要基础。

四、工学一体化实施的效果

经过工学一体化设计课程学习后，学生的学习积极性提高了，并能更全面地根据企业需求学习设计理念、知识，运用所学设计知识和从网上、工具书籍上获取新的知识解决设计中遇到的问题。在解决企业疑难的设计学习中，学生从以前的被动学习转变为主动求知，学习效果明显提高，信心大大增强，更利于他们适应企业岗位。笔者所教的不少学生进入到企业的设计部工作，还有一些学生因工作出色成为企业的技术主管。

五、结论

笔者通过工学一体化设计课程的组织教学，结合企业的订单和技术改造开展设计课程，让学生的学习更贴近企业需求。学生在学习中解决企业的生产设计问题，学有所成，增强了他们成为企业设计人员的自信心。

参考文献：

[1]杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]李木杰.技工院校一体化课程体系构建与实施[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2012.

（作者单位：广东省茂名市第二高级技工学校）endprint

④笔者设问：“润滑油的液面高度应该浸到滚动轴承的什么位置？”让学生去思考。笔者再启发学生：不同的磨头转速对浸油润滑的油位要求也不同，n>3000r/min时，油位在轴承最下部滚动体中心以下，但不超过滚动体下缘；

n=1500～3000r/min时，油位在轴承最下部滚动体中心以上，但不得浸没滚动体上缘；n<1500r/min时，油位在轴承最下部滚动体的上缘或浸没滚动体。

⑤笔者再提问：“如何控制浸油润滑液面呢？”引导学生去监看液面高度，搜索用何种装置去控制液面高度。不少学生在查阅资料后，应用了油标来观看液面高度。有的学生还想到，要保持润滑油液面高度不变，可用浮球升降电路来控制补油，运用PLC电路控制。笔者深切体会到，学生的能量是不可低估的，难就难在教师如何去激发他们的“小宇宙”。

⑥笔者向学生讲解恒位油杯的原理和作用。恒位油杯的作用是使轴承箱体内的润滑油位保持恒定。恒位油杯内，初始油量一般保持在整个油杯的2/3处。大气压的作用使恒位油杯内液面高于磨头箱体内液面，连通器的原理作用使磨头箱体内液面保持一定高度。根据转速设计好工作油位后，用恒位油杯严格控制磨头箱润滑油的油位高度，大大提高轴承和工作轴的润滑度，降低了轴承的工作温度，减少砂轮粉、水汽等杂质的侵蚀，使磨削加工更加稳定。

⑦笔者设问：“磨头箱润滑油能否长期润滑工作？”如何检测润滑油的工作情况？笔者引导学生思考、查阅资料，讨论得出可在磨头箱壁底位置设计1个放油孔。每隔1个月对润滑油的运动黏度和清洁情况进行一次检查（停机后5分钟再放油孔采样），发现润滑油黏度不符合要求或有污物，即更换润滑油，以保持润滑油清洁，延长滚动轴承和磨头箱的使用寿命，提高经济效益。一般每工作1500～2000小时需要更换润滑油。

⑧笔者组织一些能力较强的学生利用Pro/E或UG软件绘制出浸油润滑磨头箱的三维装配图，使学生们对将要制作的磨头箱有了更直观的了解。

（4）磨头箱设计注意事项。

①磨头箱箱体尺寸根据零件装配拟定，要经过磨头箱装配绘制检测确保尺寸无误。

②选用轴承时，教师要向学生讲清常用滚动轴承的场合及其应用。

③铸件结构要合理，要便于制造木模、生产工件毛坯。

④公差尺寸的选择。设计图样的公差是产品设计和制造中不可忽视的一部分，它是总装配时合理配合的重要基础。

四、工学一体化实施的效果

经过工学一体化设计课程学习后，学生的学习积极性提高了，并能更全面地根据企业需求学习设计理念、知识，运用所学设计知识和从网上、工具书籍上获取新的知识解决设计中遇到的问题。在解决企业疑难的设计学习中，学生从以前的被动学习转变为主动求知，学习效果明显提高，信心大大增强，更利于他们适应企业岗位。笔者所教的不少学生进入到企业的设计部工作，还有一些学生因工作出色成为企业的技术主管。

五、结论

笔者通过工学一体化设计课程的组织教学，结合企业的订单和技术改造开展设计课程，让学生的学习更贴近企业需求。学生在学习中解决企业的生产设计问题，学有所成，增强了他们成为企业设计人员的自信心。

参考文献：

[1]杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础（第5版）[M].北京：高等教育出版社，2006.

[2]李木杰.技工院校一体化课程体系构建与实施[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2012.

（作者单位：广东省茂名市第二高级技工学校）endprint