浅谈“四步一体”教学法在铣工实训中的应用

王强

【摘 要】分析在铣工实训中采用“四步一体”教学法的必要性，如何实施“四步一体”教学法，从刀具的选择、工件的安装、铣削用量的选择和测量方法等方面进行详细阐述。

【关键词】四步一体 铣工实训 实训教学改革

中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2014.08.171

铣工实训是专业性强，融理论于实践之中的一门技术性课程。同时它在高职教育中是数控铣床、加工中心的基础课程，因其加工内容多，技术性强，很难在较短时间内掌握其加工技术，以及达到相应技能水平。笔者在从事铣工生产实习工作中对铣工实训教学进行探索，根据社会需求和职业教育的特点总结出一套教学方法，对铣工实训实施教学改革。让学生在较短的时间内掌握铣床加工的基本技能，提高學生的实践能力，以适应社会对应用型技能人才的要求。

一、何为铣削加工“四步一体”

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。这就要求我们要有相应的方法去实现：工件切削要迅速、准确， 必须正确选择刀具的材料且须具备合理的几何角度；工件的形位精度要求， 毛坯必须通过正确的安装定位给予保证；工件的表面粗糙度要求，就要合理选择铣削用量；工件的尺寸精度要求，还要通过反复的检测，正确的测量值才能指导进刀精度，达到要求。因此要迅速的加工出一个合格的产品零件就必须掌握好以下几步工位，1.刀具的选择2.工件的安装3.选择合理的铣削用量4.精确的测量。这四步工位各具有自己的特点，但相互之间又紧密联系，所以，实际上它们是一个统一体。称为铣削加工“四步一体”。

二、怎样进行“四步一体”教学

“四步一体”是指集刀具选择、工件装夹、铣削用量选择、测量于一体的切削加工。由于各工位之间具有独立性，又具有相互的联系性，所以，在教学中应按工位先后，根据各工位不同的特点进行教学。

（一）刀具的选择

切削加工中，刀具至关重要。好的刀具可以提高加工效率，提高工件的加工表面质量。由于铣刀的种类内繁多，常见的有：面铣刀、立铣刀、键槽铣刀、角度刀、T型刀、球头铣刀、三面刃铣刀、锯片铣刀以及加工特殊表面的成型铣刀等，其绝大部分属于成形刀，是由刀具厂制作好的标准刀具，因此在刀具的使用上“选”刀又尤为重要。铣刀的选择主要有两个方面：一是按照其加工的材料选择，二是按照其加工用途选择。刀具材料必须具备以下的基本性能：高硬度、耐磨性好、热硬性好、足够的强度和韧性、良好的工艺性和经济性。其次还要需要了解常用的刀具材料，作为普通机床所使用的刀具材料最常用的主要是硬质合金和高速钢。普通高速钢热处理后硬度为HRC62～66，抗弯强度约3430MPa，可耐600oC左右的高温。高速钢刀具制造简单，且韧性较好，能承受较大的冲击力；但硬度、耐热性、耐磨性较差。高速钢可用于加工有色金属、铸铁、碳钢、合金钢等材料。但高速钢的耐热性较差，因此不宜用于高速切削，在普通机加工中适合加工普通钢材。常用的牌号有W18Cr4V、W9Cr4V。硬质合金的硬度很高可达HRC70～75能耐800～1000°C的高温。所以硬质合金的切削速度为高速钢的4～10倍，可用来加工工具钢及高速钢不能加工的材料（如淬火钢、经退火后的高速钢）。由于其红硬性较高，故在生产上大量应用，使生产率大大提高。但硬质合金的抗弯强度较低、常温时脆性大、怕冲击和振动，不易制成刃形复杂的刀具。硬质合金按其成分不同，主要有钨钴合金和钨钛钴合金两大类：其中钨钴类适于加工铸铁和有色金属等脆性材料，通常YG8用于粗加工，YG6用于半精加工，YG3用于精加工；钨钛钴类适于加工钢类和韧性较好的塑性材料，通常YT5用于粗加工，YT15用于半精加工和精加工，YT30用于精加工。为了满足不同形面加工的需要，铣刀的种类很多，按照其加工用途可分为两大种类：（1）带柄铣刀，又分为两种：直柄铣刀——它相当于一把带柄的圆柱铣刀，主要切削刃均匀分布在圆周上担任主要切削作用，而端面刃则起修光的作用。利用这种铣刀加工开口槽、半封闭槽、封闭槽等。锥柄铣刀——为了增强刚性，把刀杆制成锥柄。其刀刃结构和直柄铣刀相同。可用来加工沟槽、阶台、小平面等。（2）有孔铣刀，分为：圆盘铣刀（又称三面刃铣刀），它的直径大小不一，圆周和侧面均有刀刃故称三面刃铣刀。可用来加工沟槽、阶台等；锯片铣刀，它的直径大而厚度较小，一般厚度小于5mm以下，圆周侧面无刀口，只用于加工宽度很小的槽和割断分节工件；圆柱铣刀，主要用来加工平面。在卧式铣床上安装使用。它的切削，主要是用圆周刀刃担任主要切削，刀齿做成螺旋形；端面铣刀，这种铣刀在卧式铣床或立式铣床上均可使用。它主要以排列在刀体端面上的刀刃（常用硬质合金）进行切削，这种铣刀刀杆部分很短，故常用于高速切削，获得较好的表面粗糙度，生产效率高；成形铣刀，主要用来加工成形面。其切削刃是一条曲线，形状与加工表面对应。通过对刀具选择的介绍，可使学生在原有对刀具使用的基础上，综合和加深理解刀具材料和形状对于切削过程的实质、作用和意义，更合理的选择好刀具，使加工顺利。

（二）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。工件装夹情况的好坏，将直接影响工件的加工精度。铣床夹具按使用范围，可分为三大类：通用夹具、专用夹具、组合夹具。在装夹中应根据工件的大小和几何形状来选择使用何种夹具。其主要方法有以下几种：1.将工件（主要使用螺钉、螺母、压板等）直接装夹在工作台面。2.用通用夹具（如角铁、v形块、机用平口钳、分度头等其他铣床附件）装夹工件。3.用专用夹具装夹工件。4.用组合夹具装夹工件。由于在实训中加工的工件形状相对简单且较典型，可将工件装夹归纳为三种方式的装夹：一是针对小型工件的装夹，可以直接采用通用夹具进行装夹。比如：加工小型相互平行、垂直的矩形工件，可选用机用平口钳装夹。加工以外圆柱面定位的工件，可选用V形块定位，然后用机用平口钳或压板将工件夹紧。二是针对较大型且较薄的工件的装夹，可使用螺钉、螺母、压板、对工件进行直接装夹。比如：在较大模板上镗孔或钻孔。三是针对等分类、盘形类、短轴类的工件，可选用分度头、三爪自定心卡盘和回转工作台装夹。比如：在分度头上加工齿轮、花键轴。在回转工作台加工离合器等。除此之外，更要根据工件的形位公差要求来选定基准定位。通过对工件的安装教学，使学生了解了铣床夹具的分类，明确工件形状特点与装夹的关系，同时进一步理解定位的规则，正确选用定位和夹紧元件，从而使工件在装夹中合理选择基准定位，保证工件的形位要求。

（三）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。

如何使学生在较短的时间内掌握铣削用量的选择，可以通过让学生加工典型零件来实现。在零件加工过程中让学生快速的认识铣削用量并且熟记于心。比如：在X5032型铣床上使用硬质合金面铣刀加工钢质平面，要求达到的表面粗糙度是Ra3.2um时，如果我们只是换上全新的刀片，并降低进给量，不一定能获得较好的效果，这是因为切削用量不一定合理的缘故。所以，还要合理选择主轴的转速、吃刀深度和进给量的大小，才能达到预定的效率和粗糙度要求。正确的铣削用量应该保持主轴500-1000的转速，65-90毫米/分钟的进给量，粗加工3-4毫米、精加工0.2-0.5毫米的吃到深度。又比如加工一个深4毫米，宽5毫米的台阶，所使用直径为25毫米的高速钢立铣刀进行加工。要想获得较好的加工表面质量和效率，粗加工时主轴选取275-375的转速，3.5-3.8毫米的吃刀深度，45-65毫米/分钟的进给量。精加工时主轴选取375-500的转速，0.2-0.5毫米的吃刀深度，25-45毫米/分钟的进给量。此时学生已经对铣削用量有了感性认识，再通过铣削用量计算公式进行计算对比就能更深刻的理解铣削用量的选择精髓。通过此类综合教学，使学生懂得了合理选择切削用量的重要性，他们在实训过程中，在熟练操作的同时，加工出来的工件表面质量较好且达到了一定的加工效率。

（四）精确的测量

在实训过程中铣床加工常采用的量具有游标卡尺、深度游标卡尺、千分尺、百分表、直角尺、塞尺、万能量角器等，这些量具只能测量零件的实际尺寸，而实际加工中，不是一次测量就可完成的，常要反复测量确定最终准确读数来指导我们的进刀值来达到零件的最终尺寸值。比如铣削加工某一零件平面厚度时，一般分为粗铣和精铣两个工步，粗铣只是大致“改变”毛坯的厚度使之接近零件最终厚度，而精铣就是使其尺寸达到图纸要求的最终值。为此，必须多次铣削，反复测量，才可达到要求。因此测量不仅是一个技术性工作，还是一个反复性的过程。当然，不是通过多次测量就可以达到图纸要求，而是通过多次测量去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心理准备，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。

三、“四步一体”教学方法的实质、作用和意义

“四步一体”教学法，既反映了銑削加工时的四步过程的联系性，又揭示了铣工生产实习教学的规律性。实践证明无论是加工某一工件还是进行某一课题的实训，都离不开这四步的交叉和综合运用。通过以上教学方法的实施，证明了“四步一体”教学法实际上是一种实效型的教学方法，采用“模块式”教学和“快捷式”的技能训练，使学生在较短时间内能够掌握铣床的工作原理和编写典型零件的加工工艺，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能采用正确的处理方式。这一实效型的快捷训练方法，对于迅速提高学生的操作技能， 提高学生的职业素养，推动高职院校实训教学改革，具有实际的指导意义。

参考文献

[1]张伟萍.机械制造工艺与装备[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.7.

[2]张培钧.铣工生产实习[M].北京：中国劳动出版社，1996.2.