關(guān)于《金屬切削原理及刀具》課程教學(xué)的探索與實(shí)踐論文
摘要：在結(jié)合自身從事《金屬切削原理及刀具》課程教學(xué)工作四年多的基礎(chǔ)上，對教學(xué)過程中存在的一些問題進(jìn)行了分析和探討，從五個(gè)方面進(jìn)行了教學(xué)改革與實(shí)踐，有效地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的興趣，較好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，順利完成了教學(xué)目標(biāo)。
關(guān)鍵詞：金屬切削原理；刀具；課程教學(xué)；探索與實(shí)踐
《金屬切削原理及刀具》是研究金屬切削變形過程及規(guī)律，探索刀具在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用的一門技術(shù)科學(xué)；是我校機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)的一門選修課[1-2]。要求學(xué)生通過金屬切削過程中的切削變形、切削力、切削熱及切削溫度、刀具磨損、磨削基本原理、刀具切削角度對切削過程的影響等基本理論的學(xué)習(xí)，掌握刀具材料選擇、刀具幾何形狀設(shè)計(jì)、合理切削用量擬訂、專用刀具設(shè)計(jì)等基本技能，為后續(xù)的金屬切削機(jī)床、機(jī)械制造工藝學(xué)等課程學(xué)習(xí)和課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐學(xué)習(xí)提供必要的基礎(chǔ)知識(shí)。
近年來，為了適應(yīng)理工科教學(xué)改革，本課程學(xué)時(shí)縮減到32學(xué)時(shí)。由于本課程涉及機(jī)械制圖、金屬物理學(xué)、金屬工藝學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)、彈塑性理論等相關(guān)學(xué)科，理論知識(shí)過于抽象，加之課堂教學(xué)缺少必要的實(shí)物，學(xué)生普遍感到不少課程內(nèi)容不易理解和掌握。對此，筆者在4年的教學(xué)工作中，對如何提高本課程教學(xué)質(zhì)量及教學(xué)效果進(jìn)行了不斷地思考與探索，并通過教學(xué)實(shí)踐，積累了一定的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。
一、緊扣大綱，合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容
《金屬切削原理及刀具》課程采用了《金屬切削原理》和《金屬切削刀具》兩本教材，教學(xué)大綱規(guī)定了16章節(jié)教學(xué)內(nèi)容。要在32學(xué)時(shí)內(nèi)完成如此多的內(nèi)容，必須針對教學(xué)目標(biāo)恰當(dāng)分配課時(shí)并合理調(diào)整內(nèi)容，例如，將刀具基本定義、刀具材料、金屬切削變形過程、刀具磨損、刀具合理幾何參數(shù)的確定、磨削、車刀設(shè)計(jì)、孔加工刀具、銑刀等重點(diǎn)內(nèi)容安排2-4學(xué)時(shí)講授，其它內(nèi)容安排1學(xué)時(shí)講授；將刀具基本定義中的刀具標(biāo)注角度的換算調(diào)至車刀設(shè)計(jì)中講解，將刀具材料中的涂層刀具融合到如何改善高速鋼刀具切削性能中講解；將干切削、化學(xué)涂層、物理涂層、數(shù)控刀具等新材料、新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備，補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容中來，使學(xué)生及時(shí)了解本學(xué)科的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，擴(kuò)寬其知識(shí)面[3]。
與此同時(shí)，為了使學(xué)生掌握教學(xué)大綱規(guī)定的教學(xué)內(nèi)容，針對每一章的教學(xué)內(nèi)容，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)、兼顧一般。對于重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容的講解做到基本概念清晰、基本理論透徹、基本方法易懂，直至學(xué)生真正理解和掌握。在章節(jié)講授開始時(shí)，首先介紹該章節(jié)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，使學(xué)生心中有數(shù)；該章節(jié)講授結(jié)束時(shí)，用一定時(shí)間進(jìn)行總結(jié)，提高學(xué)生對所學(xué)知識(shí)的掌握程度。如第一章“基本定義”，其重點(diǎn)是切削用量的基本定義和刀具的幾何參數(shù)，難點(diǎn)是刀具標(biāo)注角度在參考系中的角度標(biāo)注方法，特別是在正交平面參考系中的標(biāo)注。
二、把握目標(biāo)，理論密切聯(lián)系實(shí)際
《金屬切削原理及刀具》是理論性與實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃安排，在本課程開講之前，學(xué)生已進(jìn)行了金工實(shí)習(xí)，通過鑄工、鍛工、車工、鉗工等不同工種的培訓(xùn)，基本熟悉了機(jī)械制造的一般過程和機(jī)械零件的常用加工方法，初步具備選擇加工方法、進(jìn)行加工分析和制定工藝規(guī)程的能力，特別是通過在車床上加工不同零件，對切削加工有了很深的感性認(rèn)識(shí)。因此，課堂上結(jié)合金工實(shí)習(xí)講解切削理論是提高學(xué)生知識(shí)程度的有效方法。
結(jié)合金工實(shí)習(xí)中鋁制零件的制造過程，即鑄造毛坯→車削外圓→鏜削內(nèi)孔→插削鍵槽→銑削外齒，在引導(dǎo)學(xué)生讀懂零件圖的同時(shí)，通過分析獲取零件預(yù)定幾何形狀、準(zhǔn)確尺寸、表面質(zhì)量的途徑，介紹相關(guān)切削加工的概念；通過外圓車削中為什么要“對刀”，分析刀具安裝位置的高低對實(shí)際加工刀具角度的影響；通過金屬切屑的形狀來判斷切削過程平穩(wěn)性；通過切削用量的不同來觀察表面質(zhì)量、刀具磨損；通過加工過程中切削液的使用來介紹其功能和作用；通過不同機(jī)床使用不同刀具來介紹車刀、孔加工刀具、銑刀等各種刀具的實(shí)際應(yīng)用。如此等等內(nèi)容的講述，還可以結(jié)合學(xué)生金工實(shí)習(xí)照片的展示，使學(xué)生溫故而知新，在傳授理論知識(shí)的同時(shí)，解答他們實(shí)踐中的疑惑。
利用刀具模型來介紹刀具形態(tài)結(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)[4]。如普通車刀切削部位具有“三面兩刃一尖”的特征，并結(jié)合其在正交平面內(nèi)的投影，介紹不同角度的定義；利用先進(jìn)刀具模型，如75°大切深強(qiáng)力外圓車刀，介紹刀具幾何角度的合理選擇及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，即通過卷屑槽、負(fù)倒棱、直線過渡刃、刀尖圓弧過渡、負(fù)刃傾角、修光刃等改變刀具幾何參數(shù)的多重途徑在實(shí)際刀具制造中的應(yīng)用。
利用CAD/CAE軟件演示分析金屬切削過程。如利用solidworks軟件建立刀具三維模型，通過選擇不同視角，觀看其在不同平面內(nèi)的投影，讓學(xué)生容易明白各個(gè)角度的位置；利用ansys軟件對金屬切削過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，通過應(yīng)力、應(yīng)變以及溫度變化的動(dòng)態(tài)顯示，使學(xué)生能更容易接受知識(shí)點(diǎn)。
三、突出優(yōu)勢，精心制作教學(xué)課件
采用多媒體現(xiàn)代教育技術(shù)教學(xué)具有知識(shí)形象化、課堂生動(dòng)化、增大課堂教學(xué)信息、便于課后學(xué)生復(fù)習(xí)等優(yōu)勢，是增強(qiáng)課堂教學(xué)效果、提高教學(xué)質(zhì)量的有效手段[5]。因此，必須優(yōu)質(zhì)制作多媒體課件和熟練運(yùn)用多媒體技術(shù)。
在多媒體課件制作過程中，應(yīng)以精品教材為藍(lán)本，以教學(xué)內(nèi)容為主線，合理安排講解的邏輯順序，并且還要收集大量的素材來豐富課件，做到課件內(nèi)容充實(shí)、頁面色彩悅目、圖像清晰、聲音柔和，通過實(shí)物顯示和實(shí)況播放，彌補(bǔ)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不足，重點(diǎn)解決教學(xué)中比較抽象難懂的問題。多媒體課件文字不宜過多，應(yīng)充分利用圖片、動(dòng)畫和視頻等素材使講課內(nèi)容形象化、生動(dòng)化。如介紹切削用量三要素時(shí)，可采用切削加工視頻；講解刃傾角對切屑流向的影響時(shí)，可結(jié)合gif動(dòng)畫演示。注重使用不同的色彩或標(biāo)記，注明講授重點(diǎn)內(nèi)容、難點(diǎn)及與教材安排不一致的內(nèi)容，留給學(xué)生做課堂筆記的機(jī)會(huì)。
使用多媒體教學(xué)設(shè)備時(shí)，必須熟悉其使用性能，了解相關(guān)設(shè)備的操作，精通各應(yīng)用軟件的使用，研究其表現(xiàn)形式，防止實(shí)物、模型不能展現(xiàn)出來，動(dòng)畫、視頻不能正常放映等問題出現(xiàn)，確保教學(xué)內(nèi)容及安排正常進(jìn)行，完好地體現(xiàn)教學(xué)思路；必須注重把握時(shí)間，合理控制節(jié)奏，防止因信息量加大，造成學(xué)生思維跟不上，降低教學(xué)效果。
四、不拘一格，多種教法靈活運(yùn)用
堅(jiān)持多種教學(xué)方法的使用是提高教學(xué)效果的必要途徑。本課程以講授法為主，其它教學(xué)方法為輔，通過多媒體課件演示和黑板板書講授教學(xué)內(nèi)容。
一是采用引入法，即講授新章節(jié)時(shí)，以一個(gè)實(shí)例引入課程內(nèi)容。如“在車床上以60m/min的切削速度精加工的零件，已知零件材料為45號(hào)鋼，試選用合理的刀具材料”，由此展開刀具材料的講授。
二是采用提問法，即結(jié)合講解內(nèi)容，因勢利導(dǎo)向?qū)W生發(fā)問，以激發(fā)學(xué)生的興趣。如講解車刀主偏角的大小對切削力三個(gè)分力影響時(shí)，向?qū)W生提出“加工細(xì)長軸時(shí)，為什么選擇大的主偏角？”，由此引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)剛才所學(xué)的知識(shí)認(rèn)真思考，提高分析問題解決問題的能力。
三是采用討論法，即針對某一問題開展討論，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。如根據(jù)切削液的分類及作用機(jī)理，引導(dǎo)學(xué)生針對不同工件材料、加工方法和刀具材料，開展合理選擇和正確使用切削液的課堂討論。
四是采用對比法，即通過直觀性強(qiáng)的列表比較各相關(guān)因素的影響程度[6]。如切削力主要受工件材料、切削用量、刀具角度、刀具材料的影響，具體影響程度采用表格形式展現(xiàn)出來，有助于學(xué)生對此問題的理解。
此外，運(yùn)用生動(dòng)、形象的教學(xué)語言，有助于充分調(diào)動(dòng)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的積極性。如介紹直角切削和斜角切削時(shí)，以課堂演示削鉛筆為例，讓學(xué)生親自體會(huì)兩種方式在用力上的不同。
五、注重實(shí)效，教學(xué)密切聯(lián)系科研
教學(xué)和科研是現(xiàn)代高校的基本職能。教師在完成教學(xué)工作的同時(shí)努力開展科研工作，促使專業(yè)課程教學(xué)與科研實(shí)踐緊密結(jié)合、相得益彰，有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。
筆者課堂講授時(shí)有意結(jié)合自己參與的科研項(xiàng)目，向?qū)W生介紹了刀具知識(shí)在實(shí)踐中的運(yùn)用。如聯(lián)系船式旋耕埋草機(jī)項(xiàng)目的研制，重點(diǎn)介紹了一種新型旋耕埋草刀輥。該刀輥與圓柱銑刀結(jié)構(gòu)相似，工作原理相同。刀輥帶動(dòng)各刀具連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，以較高的切削速度切削土壤；由于該刀輥呈多刀多刃切削，刀刃總長度大，具有提高生產(chǎn)率和刀具使用壽命等銑削特點(diǎn)。同時(shí)，該刀輥具備大螺旋角、容屑空間大、開有分屑槽等高效銑刀的合理結(jié)構(gòu)。
以此科研實(shí)例作為比較案例進(jìn)行講解，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性很高，同時(shí)探討問題的主動(dòng)性和深度都有所提高，有利于舉一反三、觸類旁通、增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)學(xué)生科研意識(shí)。
以上是我對《金屬切削原理及刀具》課程實(shí)踐教學(xué)的總結(jié)和體會(huì)。通過合理安排教學(xué)內(nèi)容、注重理論聯(lián)系實(shí)際、不斷改善教學(xué)方法，有效地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的興趣，較好地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，順利完成了教學(xué)目標(biāo)。
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