车床刀架螺钉的工艺设计与加工教学实践研究

摘

要：随着智能制造、数字化控制技术的迅猛发展，企业对数控加工综合型应用人才需求逐年提升。在此背景下，对数控专业人才的培养提出了挑战。文章以职业院校技能大赛教学能力比赛为契机，结合数控车铣模块化实训项目中的车床刀架螺钉的工艺设计与加工项目教学实践为例，从作品的教学整体设计、课堂教学实施、教学实施成效、反思与改进等四个方面进行分析，展示了數控专业人才培养的实训过程与创新特色，并阐述了“知、引、明、探、析、示、练、讲、拓”的三阶段九环节教学过程，在课堂中有效帮助学生提升综合技能。同时，采用过程评价与理实一体、小班制教学模式，融合有效的信息化手段，进一步实现教学目标。关键词：数控技术；刀架螺钉加工；实施报告；教学设计一、整体教学设计（一）模块内容分析“车床刀架螺钉的工艺设计与加工”是数控技术应用专业二年级上学期开设的“数控技术应用”专业核心课程中的第三个项目，本项目在专业课程体系中起承前启后的作用，在学生具备了机械加工基本认知与实践能力的基础上，以就业为导向，培养学生的职业岗位能力。本项目包括：螺钉测绘、工艺制订、程序编制、仿真加工、车铣加工、精度检测、项目拓展与总结等七项任务。教学过程设计了“知、导、明、探、析、示、练、讲、拓”三阶段九环节教学过程，采用理实一体、小班制教学、轮岗学习模式，将职业素养养成和岗位技能积累贯穿始终。坚持立德树人、以技能为核心，对接国家1+X证书制度，提升学生职业素养，培养学生劳动观念和工匠精神。（二）学情分析授课对象为中职二年级数控技术应用专业学生，通过前导课程学习，理论方面，学生已经掌握了机械基础、机械制图、公差与配合等专业知识；技能方面，开展了钳工、车工、铣工等实习实训，学生对机械加工有了一定的认知与技能掌握，为本课程的项目开展奠定了基础。（三）教学目标根据人培方案与课程标准，结合学情分析与学生实际，确定了完成刀架螺钉测绘、加工工艺制订、加工程序编制的知识目标；刀架螺钉的仿真加工与实操加工的技能目标，并提升学生的团队协助、沟通与协调的能力，养成良好的职业素养与精益求精的工匠精神。（四）教学资源主要包括智慧职教、微课、视频、虚拟仿真、数控机床、计算机辅助设计、CAD/CAM软件等信息化资源辅助教学，实现全程教学管理，实时数据采集，个性化学习和差异化指导，有效整体提升教学质量。（五）教学策略遵循“学生主体，教师主导”的教学理念，采用理实一体、小班制教学模式，引入实用性零件加工案例，用专业知识解决实际问题，激发学生的学习兴趣。同时，项目设计的子任务之间相辅相成，具有承前启后、相互联系、依次递进的特点。以职业能力培养为目标，通过任务驱动、理实一体的课堂，引导学生自主探究、小组合作，最终有效实现教学目标。二、教学实施过程（一）课前启化课前在智慧职教平台推送学习资料，发布课前数控车床安全操作规程视频与刀架螺钉车削加工步骤流程单，学生学习数控车床安全操作规程视频，进一步提升安全操作意识，确保实操过程中避免出现安全事故。小组间头脑风暴分析刀架螺钉车削加工的步骤，理清车削加工思路与每步加工作用，做到实操加工标准化，提高加工效率。扫描二维码，完成课前练习题目，学生巩固固有知识的同时，也能进一步了解知识掌握的情况。（二）课中内化课中包括引任务、明目标、探方案、析原理、示操作、练技能、讲收获7个环节，具体如下：1.引任务。根据刀架螺钉仿真加工查询系统，小组上台总结与分析，对仿真中出现的对刀、测量、正确操作、程序运行、精度控制等常见仿真操作问题进行集中讲解，并提出解决方案，指导实际加工，避免出现相同错误。同时，阐述刀架螺钉加工工步，理清实操加工步骤，弄清楚每步作用与目的，从而保证实操按标准逐步完成。最后，导入本次课堂任务，完成刀架螺钉的车削加工，通过师生共同探讨，明确学习目标与加工过程。2.明目标。依据学情分析与学生实际情况，制订课堂学习目标。（1）掌握操作员岗位职责及数控车床操作原理；（2）在数控车床上完成刀架螺钉车削加工；（3）养成积极的劳动观念与工匠精神。3.探方案。在明确实操任务与仿真加工的基础上，通过生生、师生共同讨论，确定刀架螺钉实操加工方案。主要包括：（1）准备工作方案：包括刀架螺钉图纸分析、加工工艺、加工程序、仿真问题解决等前导知识梳理与确认；（2）实操加工方案：包括工量刀具准备与清点、操作加工步骤流程单、实操及仿真加工过程梳理、突发应急处理方案等；（3）安全操作方案：包括设备维护与保养，严格执行设备安全操作规程。不盲目、野蛮、暴力操作，每个步骤都必须经2次以上的确认后方可进行下一步操作。4.析原理。根据实操任务，要求学生进行“操作员岗位职责与要求”学习，明确操作员工作任务；小组间根据任务与工艺要求，准备工量刀具，并规范放置摆放，确保齐全；同时，学习“数控车床安全操作规程”，进一步强化安全与规范操作，小组讨论，师生互动，罗列重点环节注意事项，包括装刀及对刀、装夹与校正、程序与仿真、程序运行与精度控制、过程精度检测等，确保重点环节零出错。5.示操作。根据前导任务中刀架螺钉加工工艺分析，实操加工时主要包括螺钉的外圆与螺纹两个部分加工，为规范操作与确保刀架螺钉加工质量，依托希沃投屏助手，教师现场投屏示范加工，学生可通过投屏近距离观看操作直播视频，有效学习螺钉加工方法。示范教学中，主要包括：（1）数控车床安全操作规范强调，如工装穿戴、工量夹具规范使用与摆放，设备正确操作与维护管理、6S管理等；（2）刀架螺钉示范加工，包括刀具与毛坯安装、对刀操作、程序上传、程序校验，试切加工、零件加工、精度控制、磨耗补偿、精度检测等；示范的同时，阐述过程关键点及注意事项，有效规范加工过程与设备操作；（3）小组上台分享教师示范要领，并提出疑惑，师生共同讨论解决加工困惑问题，并将示范操作视频上传学习平台，学生可根据学习情况随时在线进行再次学习。6.练技能。依托数控车床，完成刀架螺纹车削部分的实操加工。根据车间设备实际情况，2人每组，分工协助，共同完成。在实操过程中，学生严格按照设备安全操作规程，根据零件加工工艺，安全、有序地完成实操任务。过程中，教师全程巡查与指导，及时纠错和规范学生操作，并记录学生安全、操作、工艺、加工、测量、素养等相关方面存在的问题，注重过程数据评价，时刻践行良好的职业素养与工匠精神理念，有效实现专业能力和职业素养的双提升。7.讲收获。实操任务结束后，对各组作品进行即时评价，主要包括过程与作品评价。根据过程巡查，主要评价学生过程中设备的正确操作与否、安全操作意识、设备维护保养、有无撞刀打刀、加工参数设置、加工质量意识、职业素养等进行考评；根据零件检测结果，主要评价学生作品是否符合图纸要求，对零件的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等进行考评。通过综合评价，对学生任务的完成情况可实现及时了解。同时，对优秀作品进行表彰，对不足作品提出要求，提炼出生成性的共性问题集中进行解析。（三）课后转化其一，以数控操作员岗位职责要求，体验岗位技能，关注企业能工巧匠、技能大师、大国工匠成长事迹，学习先进，举一反三，拓展理念，夯实技能。其二，关注微信公众号中相关零件加工方法与案例，了解新工艺、新方法、新技术。其三，线上完成课后理论测试，巩固所学知识，提升综合问题解决能力。三、教学实施成效（一）教学效果1.德技并修、工学结合，强化学生专业技能和职业素养的培养。为适应新时代技能人才需求，本课程以培养学生综合技能与素养为理念，在教学中，注重学生综合技能培养，将理论知识体现于技能实践任务中，课堂采用理实一体，工学结合，学生学习兴趣高，技能学习好，真正强化了学生专业技能和职业素养的培养。2.重难点突出、知行合一。针对任务实施与学生接受情况不同，因材施教，灵活组织课堂。刀架螺钉的工艺设计及编程与实操加工是项目任务的重、难点，根据前导课程任务实施情况，采用工艺模板连线、工艺卡、工序单、虚拟仿真验证等直观的教学手段，把难以理解的知识点变得易理解、易掌握。3.数字化数控实训车间，理实一体，小班制项目教学，打造安全有序、气氛活跃的高效课堂。为有效提升学生综合技能，采用小班轮岗制，训练内容涵盖车、铣复合加工技术。教学中，培养学生一专多能、一岗多责的职业理念，通过典型零件车、铣复合加工项目的开展，学生有效学习数控综合加工技术，培养复合型高素质技能人才。4.关注学习过程成长，实施多元的教学手段与评价，对“教与学”的教学全过程进行信息采集。在教学中，以学生为主体，关注每个任务实施情况，运用多媒体一体机、教学平台、演示视频、实物投屏、虚拟仿真、示范操作、实操加工等多元化的教学手段，拓展了学生的学习形式。对项目开展实施全过程进行评价，包括教师评价、学生自评、小组互评、在线测试、职业素养等，有效开展课堂考核与评价。5.利用数字化信息教学平台与数控实训车间的有效结合，改变了传统的“教与练”教学模式，提升了学生的学习兴趣与主观能动性。数字化信息教学平台，让课堂内容生动起来，知识可以是形象的视频或有趣的图片，模拟练习都能在平台上完成，能很好地与数控实训车间相结合，通过线上模拟和线下操作，调动学生学习的主动性，激发学生兴趣，提升学习效果。（二）特色创新1.依托专业知识与技能，解决实际加工问题，提升学生分析与解决问题的能力，培养了良好的劳动习惯与理念。车床刀架螺钉为易耗易损件，实训中，刀架螺钉易出现滑丝、变形，导致失效的情况，本项目以解决刀架螺钉失效的实际问题，依靠所学专业知识与技能，分析刀架螺钉从测绘、工艺、编程、仿真、加工、检测等技术环节进行突破。完成刀架螺钉的生产加工，解决实际问题的同时，提升学生分析与解决问题的能力，培养良好的劳动习惯与理念。2.结合企业实际岗位职业技能与要求，有效突破项目任务重难点。本项目采用课前启化、课中内化、课后转化的教学模式，关注学生全过程发展，深入学习情境。为了突破重、难点，注重教学整体设计，以就业为导向，项目任务对接企业岗位需求，将项目任务所学知识及技能与企业岗位制图员、工艺员、编程员、仿真员、操作员、质检员有效对接。通过任务的开展，学生扮演其角色，学习岗位的知识及技能点，学生体验岗位的同时，大大提高了学生的学习兴趣与主观能动性。3.由单一化实训模式向综合性技能训练的创新转变，对接企业综合素质人才培养，与时俱进，提高专业技术应用能力。传统的实训模式以单个工种训练为主，项目单一、技能单一，学生综合技能难以提升。本课程为机械零件数控综合加工，通过重构教学项目，将项目任务分解为多个相互关联，依次递