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)工作四年多的基礎上，對教學(xué)過(guò)程中存在的一些問(wèn)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)習本課程的興趣，較好地調動(dòng)了學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，順利完成了教學(xué)目標。

　　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(guò)程及規律，探索刀具在實(shí)際生產(chǎn)中的應用的一門(mén)技術(shù)科學(xué)；是我校機械設計制造及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一門(mén)選修課[1-2]。要求學(xué)生通過(guò)金屬切削過(guò)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(guò)程的影響等基本理論的學(xué)習，掌握刀具材料選擇、刀具幾何形狀設計、合理切削用量擬訂、專(zhuān)用刀具設計等基本技能，為后續的金屬切削機床、機械制造工藝學(xué)等課程學(xué)習和課程設計、畢業(yè)設計等實(shí)踐學(xué)習提供必要的基礎知識。

　　近年來(lái)，為了適應理工科教學(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，理論知識過(guò)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(guò)教學(xué)實(shí)踐，積累了一定的教學(xué)經(jīng)驗。

　　一、緊扣大綱，合理調整教學(xué)內容

　　《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)大綱規定了16章節教學(xué)內容。要在32學(xué)時(shí)內完成如此多的內容，必須針對教學(xué)目標恰當分配課時(shí)并合理調整內容，例如，將刀具基本定義、刀具材料、金屬切削變形過(guò)程、刀具磨損、刀具合理幾何參數的確定、磨削、車(chē)刀設計、孔加工刀具、銑刀等重點(diǎn)內容安排2-4學(xué)時(shí)講授，其它內容安排1學(xué)時(shí)講授；將刀具基本定義中的刀具標注角度的換算調至車(chē)刀設計中講解，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、數控刀具等新材料、新工藝、新技術(shù)、新設備，補充到教學(xué)內容中來(lái)，使學(xué)生及時(shí)了解本學(xué)科的現狀及發(fā)展趨勢，擴寬其知識面[3]。

　　與此同時(shí)，為了使學(xué)生掌握教學(xué)大綱規定的教學(xué)內容，針對每一章的教學(xué)內容，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)、兼顧一般。對于重點(diǎn)和難點(diǎn)內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。在章節講授開(kāi)始時(shí)，首先介紹該章節的重點(diǎn)和難點(diǎn)，使學(xué)生心中有數；該章節講授結束時(shí)，用一定時(shí)間進(jìn)行總結，提高學(xué)生對所學(xué)知識的掌握程度。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，難點(diǎn)是刀具標注角度在參考系中的角度標注方法，特別是在正交平面參考系中的標注。

　　二、把握目標，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)踐性很強的課程。根據培養計劃安排，在本課程開(kāi)講之前，學(xué)生已進(jìn)行了金工實(shí)習，通過(guò)鑄工、鍛工、車(chē)工、鉗工等不同工種的培訓，基本熟悉了機械制造的一般過(guò)程和機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程的能力，特別是通過(guò)在車(chē)床上加工不同零件，對切削加工有了很深的感性認識。因此，課堂上結合金工實(shí)習講解切削理論是提高學(xué)生知識程度的有效方法。

　　結合金工實(shí)習中鋁制零件的制造過(guò)程，即鑄造毛坯→車(chē)削外圓→鏜削內孔→插削鍵槽→銑削外齒，在引導學(xué)生讀懂零件圖的同時(shí)，通過(guò)分析獲取零件預定幾何形狀、準確尺寸、表面質(zhì)量的途徑，介紹相關(guān)切削加工的概念；通過(guò)外圓車(chē)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(guò)金屬切屑的形狀來(lái)判斷切削過(guò)程平穩性；通過(guò)切削用量的不同來(lái)觀(guān)察表面質(zhì)量、刀具磨損；通過(guò)加工過(guò)程中切削液的使用來(lái)介紹其功能和作用；通過(guò)不同機床使用不同刀具來(lái)介紹車(chē)刀、孔加工刀具、銑刀等各種刀具的實(shí)際應用。如此等等內容的講述，還可以結合學(xué)生金工實(shí)習照片的展示，使學(xué)生溫故而知新，在傳授理論知識的同時(shí)，解答他們實(shí)踐中的疑惑。

　　利用刀具模型來(lái)介紹刀具形態(tài)結構和幾何參數[4]。如普通車(chē)刀切削部位具有“三面兩刃一尖”的特征，并結合其在正交平面內的投影，介紹不同角度的定義；利用先進(jìn)刀具模型，如75°大切深強力外圓車(chē)刀，介紹刀具幾何角度的合理選擇及結構優(yōu)化，即通過(guò)卷屑槽、負倒棱、直線(xiàn)過(guò)渡刃、刀尖圓弧過(guò)渡、負刃傾角、修光刃等改變刀具幾何參數的多重途徑在實(shí)際刀具制造中的應用。

　　利用CAD/CAE軟件演示分析金屬切削過(guò)程。如利用solidworks軟件建立刀具三維模型，通過(guò)選擇不同視角，觀(guān)看其在不同平面內的投影，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(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，通過(guò)應力、應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點(diǎn)。

　　三、突出優(yōu)勢，精心制作教學(xué)課件

　　采用多媒體現代教育技術(shù)教學(xué)具有知識形象化、課堂生動(dòng)化、增大課堂教學(xué)信息、便于課后學(xué)生復習等優(yōu)勢，是增強課堂教學(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用多媒體技術(shù)。

　　在多媒體課件制作過(guò)程中，應以精品教材為藍本，以教學(xué)內容為主線(xiàn)，合理安排講解的邏輯順序，并且還要收集大量的素材來(lái)豐富課件，做到課件內容充實(shí)、頁(yè)面色彩悅目、圖像清晰、聲音柔和，通過(guò)實(shí)物顯示和實(shí)況播放，彌補學(xué)生感性認識和實(shí)踐經(jīng)驗的不足，重點(diǎn)解決教學(xué)中比較抽象難懂的問(wèn)題。多媒體課件文字不宜過(guò)多，應充分利用圖片、動(dòng)畫(huà)和視頻等素材使講課內容形象化、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)，可結合gif動(dòng)畫(huà)演示。注重使用不同的色彩或標記，注明講授重點(diǎn)內容、難點(diǎn)及與教材安排不一致的內容，留給學(xué)生做課堂筆記的機會(huì )。

　　使用多媒體教學(xué)設備時(shí)，必須熟悉其使用性能，了解相關(guān)設備的操作，精通各應用軟件的使用，研究其表現形式，防止實(shí)物、模型不能展現出來(lái)，動(dòng)畫(huà)、視頻不能正常放映等問(wèn)題出現，確保教學(xué)內容及安排正常進(jìn)行，完好地體現教學(xué)思路；必須注重把握時(shí)間，合理控制節奏，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，多種教法靈活運用

　　堅持多種教學(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(guò)多媒體課件演示和黑板板書(shū)講授教學(xué)內容。

　　一是采用引入法，即講授新章節時(shí)，以一個(gè)實(shí)例引入課程內容。如“在車(chē)床上以60m/min的切削速度精加工的零件，已知零件材料為45號鋼，試選用合理的刀具材料”，由此展開(kāi)刀具材料的講授。

　　二是采用提問(wèn)法，即結合講解內容，因勢利導向學(xué)生發(fā)問(wèn)，以激發(fā)學(xué)生的興趣。如講解車(chē)刀主偏角的大小對切削力三個(gè)分力影響時(shí)，向學(xué)生提出“加工細長(cháng)軸時(shí)，為什么選擇大的主偏角？”，由此引導學(xué)生根據剛才所學(xué)的知識認真思考，提高分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。

　　三是采用討論法，即針對某一問(wèn)題開(kāi)展討論，發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性。如根據切削液的分類(lèi)及作用機理，引導學(xué)生針對不同工件材料、加工方法和刀具材料，開(kāi)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(guò)直觀(guān)性強的列表比較各相關(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出來(lái)，有助于學(xué)生對此問(wèn)題的理解。

　　此外，運用生動(dòng)、形象的教學(xué)語(yǔ)言，有助于充分調動(dòng)學(xué)生課堂學(xué)習的積極性。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(kāi)展科研工作，促使專(zhuān)業(yè)課程教學(xué)與科研實(shí)踐緊密結合、相得益彰，有利于培養學(xué)生創(chuàng )新能力。

　　筆者課堂講授時(shí)有意結合自己參與的科研項目，向學(xué)生介紹了刀具知識在實(shí)踐中的運用。如聯(lián)系船式旋耕埋草機項目的研制，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構相似，工作原理相同。刀輥帶動(dòng)各刀具連續轉動(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(cháng)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(kāi)有分屑槽等高效銑刀的合理結構。

　　以此科研實(shí)例作為比較案例進(jìn)行講解，學(xué)生學(xué)習積極性很高，同時(shí)探討問(wèn)題的主動(dòng)性和深度都有所提高，有利于舉一反三、觸類(lèi)旁通、增強學(xué)習效果，培養學(xué)生科研意識。

　　以上是我對《金屬切削原理及刀具》課程實(shí)踐教學(xué)的總結和體會(huì )。通過(guò)合理安排教學(xué)內容、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)習該課程的興趣，較好地調動(dòng)了學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，順利完成了教學(xué)目標。

　　參考文獻：

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　　[6]梁建龍.提高《金屬切削原理》教學(xué)效果的方法探討與實(shí)踐[J].塔里木大學(xué)學(xué)報,2009,21(1):109-111.

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