基于“五步一体”教学法的普铣实训教学探究

尚妍 付铁 马树奇 王旭刚

【摘要】在工业4.0革命浪潮的推动下，工程实训课内容涵盖了从工业一代到四代的制造技术训练，教学内容不断扩充，普铣的课时被压缩。但普铣是学习现代化机床的前提。为了在有限的学时内完成普铣教学，进行了实训教学改革，提出“五步一体”的教学方法，可使学生在较短的学时内掌握铣削加工的要领，并为数控加工的学习打下坚实的基础。

【关键词】“五步一体”教学法  工程训练  普铣

【中图分类号】G642.0 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）52-0049-02

《中国制造2025》纲要提出坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针，通过“三步走”实现制造强国的战略目标[1]。而高校和科研单位是推动科技成果转化，引领企业创新发展的先锋。所以只有做好高水平的基础研究才能培养出高水平的人才。高校工程实训系列课程是以“工程”“实践”“创新”为主题，培养学生的工程综合素质与能力的实践平台[2-3]。学生在掌握基本制造知识的基础上具有一定的实践能力，認知新工艺、新技术在现代制造中的地位和应用，建立起现代制造工程的概念[4-6]。通过工程实践能力训练，具备对简单零件进行工艺分析和选择加工方法的能力，具备应用先进制造技术进行工艺流程的设计、制造、测量和检验的工程实践能力，提升创新意识。

1.普铣教学的地位与现状

铣削加工是机械加工中的一项重要的实训项目。各类数控机床其最核心、最主要的工序，还都是以铣和钻为主，普铣的基础知识教学和实践，是学习数控机床的前提，是认识数控铣床、加工中心的基础课程。通过学习普通铣床的结构和加工工艺，合理选择铣刀，将所学的切削原理转化为数控机床的刀具参数设置和轨迹生成，优化程序结构，提高加工效率和加工质量。为后续课程中更好地设计和制造模具、工夹量具打基础。真正培养出理论与实践相结合的专业复合型人才，实现制造强国的战略目标。

在工业4.0革命浪潮的推动下，工程实训课内容涵盖了从工业一代到四代的制造技术训练，普铣的课时被压缩至原来的三分之一，而教学内容和要求却没有变化，在较短时间内令学生掌握其加工技术是相当困难的。

为此，必须对铣工实训教学进行改革，让学生在较短的时间内掌握铣削加工的要领，提高学生的实践能力和创新意识。本文对铣工实训教学进行了探索，总结出一套“五步一体”的教学方法，促进铣工实训教学改革。

2.铣削加工“五步一体”教学法

铣削加工属于冷加工，它是使用机床通过旋转的多刃刀具对机械零件进行直接的切削加工，使零件达到图纸要求的表面粗糙度、形位精度和尺寸精度。

铣削加工具有以下几步：第一步，依据工件的材料选择刀具材料;第二步，根据工件图纸要求确定工件的安装和定位，根据工件的表面特点选择刀具种类和直径;第三步，根据工件的尺寸精度要求合理地选择切削用量;第四步，试切、测量、加工;第五步，组装。这五步既独立又相互联系，所以称为铣削加工“五步一体”，如图1所示。

3.“五步一体”铣削教学的实施

在铣削加工教学实践中，选择合适的加工工件也很重要。六柱孔明锁是一种益智类玩具，同时其加工中具有面、槽等典型的铣削加工，选择孔明锁作为铣削实训的工件能很好地调动学生制作的能动性，又能让学生掌握铣削加工平面和沟槽的方法，满足教学要求。孔明锁由六个柱状的工件组成，其六柱结构略有不同，如图2所示。下面以孔明锁的制作为例，说明“五步一体”铣削教学的实施过程。

在教学中按照工步先后进行，根据各工步不同的特点进行穿插讲解。

第一步 刀具的选择

切削加工行业素有“七分刀具三分手艺”之说。因此刀具的“选”刀尤为重要。铣刀的选择主要有两个方面：一是按照其加工用途选择刀具类型;二是按照工件材料选择刀具材料。工件材料是高强度硬铝，刀具选择硬质合金刀具;铣平面选择硬质合金的端铣刀，铣槽选择高速钢的立铣刀。

第二步 工件的安装

工件（毛坯）从定位到夹紧的全过程称为装夹。既是切削加工前的必要措施，又是工件定位的必然结果。工件装夹的好坏直接影响工件的加工精度。在装夹中应根据工件的大小和几何形状来选择使用合适的夹具，还要根据工件的形位公差要求来选定定位基准。通过对工件的安装操作，理解铣床夹具的使用并初步形成设计夹具理念，同时进一步理解定位的规则，确保加工工件的尺寸精度和形位精度要求。

第三步 选择合理的铣削用量

铣削用量包括四个要素，即：主轴转速、进给量、铣削深度和铣削宽度。所谓合理的铣削用量，是指充分利用铣刀的切削能力和铣床的性能，在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，获得高的生产效率和低的加工成本的切削用量。因此铣削时合理地选择铣削用量，对保证零件的加工精度与加工表面质量、提高生产效率、提高铣刀的使用寿命、降低生产成本，都有重要的作用。其中对铣刀使用寿命影响最大的是铣削速度，其次是进给量和铣削深度。

通过加工典型工件——孔明锁让学生在加工过程中认识铣削用量并且熟记于心。在X5025B铣床上使用硬质合金端铣刀对？覫12×50mm的高强度硬铝棒料进行铣水平面，要求达到的工件表面粗糙度是Ra3.2μm。如果只是换上全新的刀片，不一定能获得较好的效果，这是因为切削用量没有考虑的缘故。所以，要合理选择主轴的转速、进刀深度和进给量的大小，才能达到预定的效率和加工质量要求。

根据六柱孔明锁的加工质量要求，需要分粗加工和精加工两个阶段。粗加工阶段希望高效地切除加工表面上的大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近工件成品，因此选择切削用量上要低转速、快进给、大切深;精加工阶段要保证各表面达到工件图规定的加工质量要求，选择切削用量上要高转速、慢进给、小切深。比如，在件③上需要加工出深6mm、宽12mm的槽，使用？覫10mm高速钢立铣刀进行加工。要想获得较好的加工效率，粗加工时选取566r/min的主轴转速，3-3.5mm的进刀深度，96mm/min的进给量。要想获得较好的加工表面质量，精加工时选取800r/min的主轴转速，0.5-0.05mm的进刀深度，50mm/min的进给量。然后让学生进行粗精对比，对铣削用量就有了深刻的认识;再通过铣削用量理论公式进行计算对比，更能深刻地理解铣削用量选择的精髓。特别是件③上加工两个不对称的宽6mm的槽，后面需要换？覫5mm的高速钢立铣刀，这时要保证件③各表面的表面粗糙度都是Ra3.2μm，需要综合考虑把主轴转速调高至1130 r/min，进给量调低至34mm/min。

通过此类综合教学，使学生懂得合理选择切削用量的重要性，并能根据加工要求进行正确地选择。为减少安装工件次数，保证加工质量，提高工作效率，加工工艺中可先将四个中心对称宽12mm直槽，两个一组的进行铣削加工，再将其中一组外翻90度，铣2个宽12mm的偏槽，完成①②号件的加工，然后铣24mm的直槽（其一是已经铣过中心对称12mm直槽的），完成④⑤号件的加工。最后铣③号件宽为6mm的2个直槽。

第四步 精确的测量

铣削加工常采用游标卡尺、万能量角器等工具测量工件的實际尺寸。工件加工需要对刀和试切。因此，需要多次测量确定下一道工序的进刀深度，最终达到工件的尺寸要求。测量不仅是一个技术性工作，还是一个反复性的过程。通过多次测量反映当时的实际尺寸。就测量而言它不仅是指完工后的检验，还是整个加工过程中每个工步加工后的度量，使加工者“心中有数”，为下一工步的铣削加工作好准备，便于有效地控制尺寸的切削深度，使之达到图纸的尺寸精度要求。通过反复的教学测量，学生能够有效地控制铣削时的进刀深度，控制尺寸的准确性大大提高，铣削的工件基本上符合精度要求，达到实训目的。

第五步 组装

在装配中发现问题，体会工件的安装、定位、测量不规范，对切削加工质量及装配的不良影响。每组同学对比组装件外观，并讨论因切削用量的选择不同对工件的表面粗糙度的影响。实现实训课堂“做中学”“学中做”，高效愉悦地完成铣削模块的教学计划。

4.结语

“五步一体”教学法，既体现铣削加工五步过程的联系性，又揭示普铣生产实训教学的规律性。通过以上教学方法的实施，证明了“五步一体”教学法实效性强。在实训中技术性较强的环节，由指导老师亲自示范，学生制定典型工件的加工工艺，合理选择刀具、切削用量和安装定位方式，及时发现加工时出现的问题并进行纠正。使学生在较短时间内能够掌握铣床的特性及铣削加工的要领，并为数控加工的学习打下坚实的基础。这种实效型的训练方法对推动高校实训教学改革具有良好的指导意义和长远的战略意义。

参考文献：

[1]国务院关于印发《中国制造2025》的通知[EB/OL].[2015年5月8日].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-05/19/content_9784.htm.

[2]张猛持，陈云，马傲玲.基于创新能力培养的工程训练教学改革研究[J].实验室科学，2019（1）：155-157.

[3]张恩惠.基于工程实训的高校学生自主学习探索[J].黑龙江教育（高教研究与评估版），2019（4）：70-71.

[4]付铁，郑艺，丁洪生，等.工程训练课程的OBE教学设计与实践[J].实验技术与管理，2018（1）：180-183.

[5]周世权，黄胜智，赵轶，等.工程训练与机械制造基础综合课程的探索与实践——以铸造工艺为案例[J].实验室研究与探索，2018（4）：203-209.

[6]郑大锋，陈砺，王秀军.OBE工程教育理念与化工专业实践教学体系研究[J].实验技术与管理，2017（5）：154-157，160.

作者简介：

尚妍（1975-），女，北京人，硕士，高级实验师，研究方向：工程训练实践教学及研究与改革工作。