腕表制造在项目化工程训练中的探索

张余益，陈远洋，井平安

（清华大学基础工业训练中心，北京 100084）

0 引言

通过近几年的“工业4.0”掀起了一股工业浪潮，在以创新、创业、创客为社会热潮的今天，高校的工程实践教育思想及教学方法也紧跟时代的发展步伐和社会需求。金属工艺实习作为一门与创新密切相关的实践性课程，无疑是各大工科院校学生的一门必修课，正围绕创新做出改变。

1 现状背景

以往的金工实习课程是以单一工种的学习模式，让学生学习各个工种的理论知识和实践经验。这样的实习方式比较适用于职业院校，而对于本科学校的学生，这种走马观花式的实践方式并不能使学生的创新思维得到提高和放大。因为单一工种的实习总有很多条条框框，无形中禁锢了学生的创新思维。以项目式多工种的工程训练方式进行金工实习，不仅能让学生对金工实习这门课产生浓厚的兴趣，激发他们的自主学习能力，还能在此期间对各个工种有更深刻的了解和认识。

2 新课改设计

以项目式的综合工程训练来设计金工实习课程，引入产品的设计和制造，让学生在较短的时间内吸收较多的知识。本次的创新课以腕表零部件的制作组装为中心，根据中心的教学规划，在3 学分的方案中，先进制造实验室所占用的时间为3 天。在3天课程中，设计制作出大部分手表的零部件（表芯为外购），并完成组装。在教学中给学生灌输成本及利润核算的概念，让学生了解产品的全生命周期。

3 新课改规划

每9 人为一个行政组，由两位导师带队，一位主要带队辅导、一位主要在岗辅辅导；发布项目表，划分出一位组长和四个功能小组，由组长协调行政组工作和文档收集整合。在固定时间段学习各项技能，主要由带队导师和其他在岗导师讲解。每个工种会有一位在岗导师辅导，由导师督导并把握时间，如CAD/CAM（计算机辅助设计/计算机辅助制造）软件、精雕机、线切割、激光切割机、3D 打印机等。各功能小组在导师的辅导下制定各自零部件加工工艺，具体功能分配和时间安排见表1～表4。

表1 手表功能组分工

4 案例研究

制造腕表是基于产品设计来规划后续工艺，该工艺包括以下主要步骤。

（1）应用CAD 软件设计。学生使用CAD 软件设计腕表产品并进行模拟装配，如图1 所示。

表2 第1 天讲解

表3 第2 天分工执行

表4 第3 天加工及总结

图1 CAD 设计的腕表外壳

（2）定义毛坯（线切割下料）。根据设计环节确定毛坯的尺寸，使用电火花线切割技术来切割制作表壳所需的毛坯。

（3）表壳制造（精雕机）。学生应用数控铣削工艺来制造腕表表壳，按照下列程序完成：①学习并应用SurfMill 软件导入模型；②应用该软件对其进行布局；③定义毛坯，并应用该软件CAM 加工模块，根据零件自身特点，制定并选择加工方法；④根据加工材料属性定义加工时候的具体加工参数；⑤计算并保存加工路径；⑥模拟仿真加工，检查模拟效果，并根据仿真结果进行适当的模型调整或加工参数完善；⑦输出加工路径，得到最终加工程序；⑧传输程序至精雕工作室服务器上，使得每台精雕机能够访问到该程序；⑨学习并应用数控精雕机进行加工；⑩检查测量加工结果。该过程如图2 所示。

图2 表壳制造过程

（4）表带（激光切割机）。表带应用激光切割技术来实现：学习并应用CorelDRAW 软件定义图形及布局，使用数控激光切割机调整加工参数进行加工得到最终表带，如图3 所示。

图3 激光切割表带

（5）辅助支撑（3D 打印）。表芯的辅助支撑将由增材制造技术来完成：学生先学习并应用3D 打印机，通过计算机软件载入模型、调整模型，填写打印参数，应用挤压熔融类的3D 打印机打印表芯支撑。3D 打印的支撑件正反面如图4 所示。

图4 3D 打印表芯支撑件

（6）打包整理（装配调试）。完成所有零部件的制造后进行装配调试，装配过程如图5 所示。

图5 装配过程

（7）总结汇报。完成作品后，学生需要提交产品及文档资料，展示产品的设计理念，制作PPT 进行全班交流及汇报，实验指导老师根据学生整个实验过程中的表现、作品完成度和创新性来综合评分。

5 结语

项目化课程建设模式能快速灵活地结合工程训练教学，并且让学生能够更积极参与到工程训练中。在此项目中即有机械设计和加工工艺等多方面的知识，又综合了工业产品上的艺术性及实用性，使学生的想法和个性得到张扬。通过腕表制造的项目化工程实践教学，学生对机械设计及加工工艺有了一定的认知，能积极加入到本次课程学习当中，又能提高学生的综合素质。