教师指导学生进行工艺设计任务分组与解决方案选择

六、教学方法设计（教案式）

（一）工艺设计任务

教学过程

第一步：布置任务

1．将学生分为4个小组，每组选1个组长。

2．提供零件图、产品的生产纲领及生产类型、本厂　（车间）的生产条件、机械工艺手册、标准等技术资料。

3．要求按照工艺规程设计步骤规范完成设计。由组长对小组成员的任务进行分配，共同完成图1所示阶梯轴的工艺规程设计并做出PPT，每一成员还必须完成一张工序卡片。

教学方法分析

教师提出需要解决的任务，学生接受任务并进行分工。

工艺规程是指导生产的主要技术文件，包括机械加工的工艺过程卡片、机械加工的工艺卡片和机械加工工序卡片。机械加工车间生产的计划、调度，工人的操作、零件的加工质量检验、加工成本的核算是以工艺规程为依据的。处理生产中的问题，也常以工艺规程作为共同依据。如处理质量事故，应按工艺规程来确定各有关单位、人员的责任。

让学生认识工厂中实际在用的机械加工的工艺过程卡片、机械加工的工艺卡片、机械加工工序卡片

图1　阶梯轴

第二步：学生分组进行阶梯轴的工艺规程设计

各小组制订计划，根据任务明确分工，完成各自的任务。需从多种可能中确定最佳方案时应以小组形式集体作出。　

1．分析零件工作图，了解零件的用途、性能及工作条件及其主要的技术要求。在此基础上，列出零件各加工表面。

学生自主探索、互相合作交流，同学间相互协作完成任务。

如：

（1）ф40^°_-0.025,长82

（2）ф25

（3）___________

（4）___________

（5）倒角1×45^°

　　……

（n）___________

2．列出所有加工内容

　　如（1）加工小头端面　　　　　　　学生小组讨论所有需要加工的内容

　　　（2）加工大头端面

　　　（3）___________

　　　（4）

　　　（5）

　　　（6）

　　　（7）

　　　（8）

　　　（9）

　　　（10）铣键槽

　　　　　　……

　　　（n）

（二）进行阶梯轴工艺审查

主要审查零件图上的视图、尺寸和技术要求是否完整、正确；分析各项技术要求制定的依据，找出其中的主要技术要求和关键技术问题，以便在设计工艺规程时采取措施予以保证；审查零件的结构工艺性。

审查结果：_________________________________________________

（三）确定毛坯的种类及其制造方法

常用的机械零件的毛坯有铸件、锻件、焊接件、型材、冲压件以及粉末冶金、成型轧制件等。

零件的毛坯种类大多数只规定了材料及其热处理要求，这就需要工艺规程设计人员根据零件的作用、尺寸和结构形状来确定毛坯种类。

教师指导学生根据以前坯的种类及其制造方法并参考相零件关手册进行选择。

1．轴类零件的材料

材料的选用应满足其力学性能（包括材料强度、耐磨性和抗腐蚀性等），同时选择合理热处理和表面处理方法（指发蓝处理、镀铬等），以使零件达到强度、刚度和所需的表面硬度。

一般轴类零件常用45钢，采用不同的热处理规范获得一定的强度、韧性和耐磨性。

对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。

经调质和表面淬火处理后，有较高的综合力学性能。

精度较高的轴，有时还用轴承钢GCrl15和弹簧钢65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。

对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20MnZB、20Cr等低碳含金刚或38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度，热处理变形却很小。

2．轴类零件的毛坯

最常用的是圆棒料和锻件

只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件

可参考表1进行选择。

表1　各类毛坯的特点及适用范围

选择结果：_______________________________________________

理由：_______________________________________________

（四）拟定机械加工工艺路线

这是机械加工工艺规程设计的核心部分，其主要内容有：选择定位基准；确定加工方法；划分加工阶段；确定选择精基准，然后再考虑用哪一工序集中与分散程度;安排加工顺序以及安排热处理、检验和其他工序等。

指导学生先根据零件的加工要求组表面作粗基准才能把精基准加工出来。

1．选择定位基准

（1）精基准的选择：__________________________

理由是_________________________________________________

（2）粗基准的选择：__________________________

理由是_______________________________________________________

2．确定各表面加工方法

表面（1）ф40⁰_-0.025

终加工方法1：__________________________

终加工方法2：__________________________

在选择加工方法时，一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定该表面终加工工序加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。主要表面的加工方案和加工方法选定后，再选定次要表面的加工方案和加工方法。

表面（2）ф25

终加工方法1：

终加工方法2：

表面（3）

终加工方法1：__________________________

终加工方法2：__________________________

……

表面（4）__________________________

终加工方法1：__________________________

终加工方法2：__________________________(www.xing528.com)

……

……

表面（n）

终加工方法1：__________________________

终加工方法2：__________________________

3．划分加工阶段

为保证加工精度的要求，对加工精度要求较高的零件，应当将整个工艺过程划分成粗加工、半精加工、精加工等几个阶段，在各加工阶段之间安排热处理工序。

指导学生明确几个加工阶段的主要任务。

划分结果:________________________________________

4．确定工序集中与分散程度

就要按零件加工的生产类型和工厂（车间）具体条件确定工艺过程的工序数。确定零件加工过程工序数有两种迥然不同的原则，一种是工序集中原则，另一种是工序分散原则。

指导学生明确工序集中与分散组织生产的特点。

确定结果:_______________

理由：________________________________________

5．安排加工顺序以及安排热处理、检验和其他工序

预备热处理：________________________________________

去应力热处理：________________________________________

最终热处理：________________________________________

学生要明确工序先后顺序的安排的原则：先粗后精、先主后次、基面先行、先面后孔。

6．安排工序顺序

方案1__________________________________________________

理由：__________________________________________________

方案2__________________________________________________

理由：__________________________________________________

方案3__________________________________________________

理由：__________________________________________________

最终选择方案________。

理由：__________________________________________________

（五）确定各工序所需的机床和工艺装备

工艺装备包括夹具、刀具、量具、辅具等。机床和　

工艺装备的选择应在满足零件加工工艺的需要和可靠地证零件加工质量的前提下，与生产批量和生产节拍相适应并应优先考虑采用标准化的工艺装备和充分利用现有条件，以降低生产准备费用。对必须改装或重新设计的专用机床、专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书。

需要学生大量查阅工艺书籍和艺手册并经各小组讨论确定各工序所需的机床和工艺装备并填入表2。

表2　各工序所需的机床和工艺装备

（六）确定各工序的加工余量，计算

工序尺寸和公差

表面1　ф40°_-0.025，工艺路线为：粗车—半精车—精车

学生按照不同表面的精度要求选择正确的计算方法计算工序尺寸，把计算结果填入表3。

表3　各工序所需的机床和工艺装备

表面2

……

表面3

……

表面n

……

（七）确定切削用量

学生需要迅速查阅工艺手册，正确作出选择。

工序1：背吃刀量：

　　　　进给量

　　　　切削速度

工序2：背吃刀量：

　　　　进给量

　　　　切削速度

……

工序n：背吃刀量：

　　　　进给量

　　　　切削速度

（八）确定各工序工时定额

1．基本时间t基=

2．辅助时间t辅=　　　　　　　　学生要迅速查阅工艺手册并计算。

3．布置工作地时间t布置

4．准备终结时间t准终

5．单件时间：T单件=t基+t辅+t布置+t休

6．单件工时定额：

T定额=t基+t辅+t布置+t休+t准终/n=

（九）评价工艺路线

对所制订的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多

种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工

艺方案。

零件的全年工艺成本Sn₁=V₁N+C₁=_________________________

　　　　　　　　　 Sn₂=V₂N+C₂=_________________________

　　　　　　　　　 Sn₃=V₃N+C₃=_________________________

评价结果：选用方案_________________________

（十）填写工艺文件

按机械加工的工艺过程卡片、机械加工的工艺卡片机械加工工序卡片的要求，将计算、选择的参数填入。

在此过程中，将培养学生严谨、规范、细致的工作作风。

第三步：各小组按照自己制定的工艺规程完成阶梯轴的机械加工并检验合格。

在此过程中，学生将完成自己的工作成果并对过程进行控制。

第四步：各小组完成PPT，开展小组评比。

每组全体组员上台汇报，选取一名代表利用15分钟进行综合阐述，其他成员有5分钟补充说明时间，另外个小组共有10分钟提问要求作答时间。

在此过程中，学生可充分发挥自己的主观能动性，阐述本小组的设计案，对其他小组的提问进行答辩。可以充分锻炼学生的沟通能力和应变能力。