摘要：隨著新課程改革的實(shí)施和推進(jìn)，實(shí)踐教學(xué)得到了越來越多的關(guān)注。實(shí)踐教學(xué)作為理論聯(lián)系實(shí)際的重要手段，有利于學(xué)生掌握科學(xué)方法，提高操作能力，對學(xué)生專業(yè)核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展起到良好的促進(jìn)作用。為增強(qiáng)學(xué)生對齒輪加工過程的理解，基于齒輪制造加工基本原理介紹了齒形加工的方法和過程，闡述了齒輪測量和無損探傷的主要環(huán)節(jié)，說明了齒輪箱裝配的基本流程。通過實(shí)踐教學(xué)將專業(yè)基礎(chǔ)理論和工程實(shí)際相結(jié)合，對實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和課程設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計。在教學(xué)和實(shí)踐各個環(huán)節(jié)的共同作用下，有利于充分培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)實(shí)踐能力和工程意識。

　　近年來，各高校都在大力強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)改革，加強(qiáng)實(shí)踐育人，構(gòu)建理論與實(shí)踐、科研與教學(xué)、虛擬與現(xiàn)實(shí)、線上與線下、學(xué)校和企業(yè)深度融合的實(shí)踐體系，注重實(shí)踐體系的完整性、前瞻性和連貫性，重塑實(shí)踐環(huán)節(jié)內(nèi)涵。

　　齒輪工業(yè)是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，齒輪作為傳遞動力的重要機(jī)械零件之一，憑借其傳動準(zhǔn)確、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中。齒輪是利用齒與齒的嚙合來進(jìn)行工作的，由一對模數(shù)相同的齒輪相互嚙合將動力由一軸傳送到另一軸上。齒輪生產(chǎn)和加工行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，對加快我國制造業(yè)高水平發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。對于同濟(jì)大學(xué)機(jī)械專業(yè)的“機(jī)械設(shè)計”“機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計”等理論課程，需要學(xué)生熟悉齒輪傳動的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用，掌握齒輪精度等級的選擇，了解齒輪傳動的失效形式和計算準(zhǔn)則，理解齒輪的設(shè)計過程和加工原理，了解齒輪傳動的發(fā)展過程和未來趨勢，使學(xué)生在綜合考慮制造工藝、使用、維護(hù)、經(jīng)濟(jì)和安全等問題的情況下進(jìn)行機(jī)械設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和工程意識。同時，對于實(shí)際工程而言，齒輪加工是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、保障產(chǎn)品功能的重要手段，掌握齒輪零件的加工過程、熟悉各種材料的性能特點(diǎn)及熱處理方法，能夠運(yùn)用理論和經(jīng)驗(yàn)儲備解決現(xiàn)場出現(xiàn)的一般工藝問題顯得尤為重要。同濟(jì)大學(xué)機(jī)械專業(yè)針對齒輪制造和加工的復(fù)雜流程，進(jìn)行了深入的專業(yè)實(shí)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生全面了解齒輪加工的方法和過程，掌握齒輪檢測主要內(nèi)容和齒輪箱裝配的主要流程，將齒輪計算的理論知識與加工對應(yīng)起來，實(shí)現(xiàn)理論認(rèn)知與實(shí)踐的統(tǒng)一，有利于學(xué)生掌握其最新的發(fā)展趨勢，提高齒輪的設(shè)計能力和加工水平。

　　一、齒輪加工認(rèn)知實(shí)踐內(nèi)容

　　理論始終指導(dǎo)著實(shí)踐，實(shí)踐不斷升華理論，教學(xué)從齒輪傳動基本原理入手，通過現(xiàn)場實(shí)踐講解齒輪加工的基本理論，解構(gòu)相關(guān)齒輪加工的知識，加深學(xué)生對齒輪加工過程的認(rèn)識。同時基于實(shí)際工程案例，說明齒輪加工不同形式在不同傳動方式中的作用，從而進(jìn)一步重構(gòu)齒輪傳動的知識體系，實(shí)現(xiàn)從齒輪本身設(shè)計到加工及其工程應(yīng)用的全面認(rèn)知。

　　為了提高實(shí)習(xí)過程成效，讓學(xué)生理解所設(shè)計齒輪的主要參數(shù)和加工過程，理解產(chǎn)品下線后的檢測方法，以及在形成合格產(chǎn)品后如何進(jìn)行裝配，本實(shí)習(xí)通過企業(yè)實(shí)習(xí)的方式，由學(xué)校教師為學(xué)生進(jìn)行理論知識鋪墊，引導(dǎo)學(xué)生熟悉齒輪傳動的主要原理，且通過企業(yè)導(dǎo)師示范讓學(xué)生了解加工過程，并進(jìn)行部分科目的獨(dú)立練習(xí)和考核。在 示范階段，企業(yè)導(dǎo)師首先播放規(guī)范操作視頻短片，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)加工，使學(xué)生對整體有一個清晰的認(rèn)識。在加工的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，通過對重要的加工、檢測步驟進(jìn)行實(shí)物操作演示，并對每一步拆裝過程進(jìn)行詳細(xì)講解，使學(xué)生對整個操作流程有了更為具體的了解。接著，學(xué)生以小組的形式對齒輪加工和檢測過程的問題進(jìn)行探討，利用現(xiàn)有理論知識儲備，結(jié)合實(shí)踐學(xué)習(xí)加工和測量工具的操作規(guī)范，采用課題互動、小組討論等一系列方式調(diào)動學(xué)生的積極性，加深對齒輪設(shè)計和制造過程的認(rèn)識。

　　二、齒輪加工實(shí)踐教學(xué)過程

　　齒輪加工實(shí)踐教學(xué)過程主要包含專業(yè)技術(shù)人員專題講座、現(xiàn)場操作觀摩、教師現(xiàn)場指導(dǎo)和答疑，以及學(xué)生撰寫實(shí)習(xí)報告。實(shí)習(xí)的任務(wù)是讓學(xué)生熟悉齒輪的加工過程，明確齒輪加工過程的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，了解生產(chǎn)中的技術(shù)革新方法，培養(yǎng)分析和解決問題的意識和能力。

　　在“機(jī)械制造工藝學(xué)”課程中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了各種切削工藝、熱處理技術(shù)等，對齒輪加工的基本流程有了簡單的認(rèn)識。齒輪加工是一種采用機(jī)械手段，以獲得滿足一定齒輪結(jié)構(gòu)和精度要求的工藝過程，主要分為四個步驟：首先，在鍛造制坯后對齒輪進(jìn)行正火處理，其目的是獲得合適的切削加工硬度，以減少熱處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生的變形;其次，需對齒輪進(jìn)行切削加工以獲得滿足要求的齒形，目前從原理上主要分為成型法和展成法兩大方法;再次，為保證齒輪良好的力學(xué)性能，需對齒輪進(jìn)行熱處理，一般采用滲碳淬火，通過滲碳提高工件表面硬度，從而提高其耐磨程度;最后，對熱處理后的齒輪進(jìn)行精車和磨齒，以修正齒輪淬火后所引起的齒形變形，提高尺寸精度，減少形位公差。齒輪的加工由若干工序組成，齒形加工作為最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，對齒輪的精度等級起著重要作用，因而整個加工過程主要圍繞其展開，實(shí)習(xí)的重點(diǎn)也圍繞齒形加工進(jìn)行。齒形的加工方法主要有滾齒、插齒、銑齒和磨齒四種，其中滾齒和插齒屬于展成法加工，銑齒和磨齒則屬于成型法加工。

　　在實(shí)習(xí)過程中，教師先對齒形加工四種方法的操作過程進(jìn)行詳細(xì)講解。隨后，企業(yè)導(dǎo)師為學(xué)生進(jìn)行了現(xiàn)場操作演示，并對加工過程中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行拆解分析。滾齒作為展成法加工齒輪的方法，加工過程中以滾刀的旋轉(zhuǎn)作為主運(yùn)動，而固定在加工臺上的工件也會按一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動來模擬嚙合，同時滾刀往上或者往下移動，使得整個齒寬上都能切出齒形。學(xué)生在觀摩了這一加工過程后，對采用滾刀滾齒模擬蝸輪蝸桿的嚙合過程這一環(huán)節(jié)有了更加深刻的印象。相較于滾齒，插齒加工一般情況下用于插內(nèi)齒，也有些不易滾齒的外齒 輪會用到插齒加工。加工時插齒刀上下往復(fù)運(yùn)動，并且以一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，以對內(nèi)齒輪進(jìn)行插齒加工。此時工件被固定在工作臺上，并隨著插齒刀的上下運(yùn)動和轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，用以模擬嚙合過程。在完成操作演示后，教師對展成法加工的操作過程進(jìn)行提問，針對學(xué)生的回答，教師對展成法加工的注意點(diǎn)以及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。接著，教師對成型法齒形加工的操作步驟進(jìn)行展示。在銑齒加工時，根據(jù)齒輪的模數(shù)和齒數(shù)選擇合適的銑刀刀號，徑向進(jìn)刀量等于齒全高。銑好一個齒槽后，用萬能分度頭進(jìn)行一次分齒，再銑下一個齒槽，直到加工完所有的齒。磨齒加工時，其刀具與工作臺的運(yùn)動方式與銑齒相同。通過對比四種不同的齒形加工方法，使學(xué)生對不同齒形加工方法的加工特點(diǎn)及適用情況有了一定了解。

　　三、齒輪檢測實(shí)踐教學(xué)過程

　　在完成齒輪加工后，學(xué)生對各類齒輪進(jìn)行觀察，通過觀察發(fā)現(xiàn)：采用同種加工方法加工的齒輪間也存在著微小的差異即加工誤差。這些誤差對齒輪傳動系統(tǒng)的精度和可靠性將產(chǎn)生較大影響。因此，測量、分析以及合理控制齒輪誤差在設(shè)計和制造過程中顯得尤為重要。此外，對于工件生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的缺陷問題，多采用無損探傷技術(shù)進(jìn)行檢測。利用無損探傷技術(shù)，將檢測到的質(zhì)量信息反饋給設(shè)計和工藝部門，可以對相關(guān)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，從而提高生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)品的可靠性和安全度。

　　(一)齒輪誤差測量

　　在先前課程中，學(xué)生對加工精度誤差有了一定的了解，在齒輪加工過程中，由于各種因素的影響，使得刀具與工件之間正確的相對位置發(fā)生偏移，因而加工出的零件不可能與要求完全符合，故需對齒輪進(jìn)行檢測以保證齒輪成品的質(zhì)量和性能。齒輪檢測儀可以檢測齒形誤差、齒向誤差、徑跳、公法線等。

　　教師在操作齒輪測量儀時，對齒向及齒形誤差的概念進(jìn)行了詳細(xì)闡述。同時針對檢測結(jié)果，對可能引起齒輪加工誤差的原因進(jìn)行提問。學(xué)生通過回憶齒形加工環(huán)節(jié)的操作步驟，思考可能產(chǎn)生誤差的操作步驟。齒形誤差產(chǎn)生的原因包括加工時滾刀的齒形誤差、刀具的軸向和徑向竄動等。齒向誤差產(chǎn)生的原因包括刀具和工件的安裝誤差、加工機(jī)床的精度等級，以及熱處理過程中形變的影響等。這一環(huán)節(jié)進(jìn)一步加深了學(xué)生對加工規(guī)范的認(rèn)識，同時對加工精度與加工誤差也有了更為直觀的理解。

　　(二)齒輪箱形位公差測量

　　齒輪箱關(guān)注的形位精度有平行度(一對軸承座孔的軸線)、圓柱度(軸承座)、平面度(與端蓋配合的端面)等。目前，齒輪箱形位公差測量主要采用三坐標(biāo)測量儀。在實(shí)習(xí)過程中，教師先對三坐 標(biāo)測量儀的各部分進(jìn)行介紹，然后進(jìn)行操作演示并引導(dǎo)學(xué)生分組操作。正式測量前，首先應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生檢查齒輪箱箱體與探針的擺放是否一致，同時，學(xué)生根據(jù)箱體特征及測量的要求和方法，規(guī)劃合理的檢測方案。在對被檢測的部位進(jìn)行清洗后，手動操縱三坐標(biāo)儀，確定與程序中對應(yīng)的齒輪箱檢測原點(diǎn)(基準(zhǔn))，如以齒輪箱輸入軸與端蓋接合端面圓心為原點(diǎn)，并選擇相應(yīng)X軸、Y軸。最后，啟動程序，計算機(jī)自動檢測齒輪箱的各個特征并輸出報告。教師在學(xué)生操作三坐標(biāo)檢測儀時對重點(diǎn)步驟進(jìn)行指導(dǎo)，如基準(zhǔn)的選擇、工件的擺放等。三坐標(biāo)測量儀的測量精度較高，微小的差錯就會對結(jié)果產(chǎn)生較大影響。因此學(xué)生在測量時，要保證工件放置精度，保證工件實(shí)際確定的坐標(biāo)軸與計算機(jī)中工件模型坐標(biāo)軸有一定的重合精度，否則檢測將出現(xiàn)較大誤差。例如，振華廠區(qū)土壤松軟，產(chǎn)生的變形使得三坐標(biāo)儀檢測平臺傾斜，工件實(shí)際坐標(biāo)軸與計算機(jī)中的坐標(biāo)軸出現(xiàn)偏差，造成三坐標(biāo)儀所走路徑(若為圓弧)相對工件路徑(實(shí)為橢圓)不一致，從而使測量產(chǎn)生較大誤差。

　　(三)齒輪無損探傷

　　齒輪在制造和運(yùn)行的過程中，由于生產(chǎn)工藝和載荷的影響易產(chǎn)生缺陷，而齒輪檢測是保障傳動設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的重要途徑。無損探傷能夠在不破壞齒輪結(jié)構(gòu)的前提下，檢測齒輪的結(jié)構(gòu)和性能是否滿足使用要求。

　　在實(shí)習(xí)過程中，教師主要對超聲波探傷儀和磁粉探傷機(jī)的無損探傷過程進(jìn)行講解。企業(yè)導(dǎo)師將一個表面有損傷的工件作為樣本，為學(xué)生演示探傷過程。超聲波探傷儀可以探測工件內(nèi)部損傷，一般在加工前、粗車后熱處理前和精車后這三個時段使用。其探測原理是利用超聲波的方向性和反射性，使超聲波從工件表面向里傳播，若工件內(nèi)部有裂紋、疏松、氣孔、夾渣等缺陷，超聲波接觸到與工件材料不同的介質(zhì)就會反射回來，并把反射處的深度反饋給儀器。超聲波探傷儀顯示的讀數(shù)代表深度，學(xué)生通過對比探測開始時和結(jié)束時儀器顯示屏的示數(shù)，判斷工件是否存在損傷。

　　磁粉探傷機(jī)需將探傷的工件裝夾在操作臺上，表面噴上磁粉，給兩個圓環(huán)通入環(huán)形電流，以產(chǎn)生軸向的磁場，而在左右兩端的圓盤和工件間的導(dǎo)體圓棒間通入軸向電流，以產(chǎn)生環(huán)繞工件的磁場。此時，教師帶領(lǐng)學(xué)生觀察表面磁粉分布情況，若工件表面有缺陷，橫向的缺陷會阻斷環(huán)形磁場，縱向的缺陷會阻斷軸向磁場，兩種情況下磁粉都會在缺陷處堆積，在適當(dāng)?shù)墓庹障驴梢钥吹酱欧鄱逊e部位，這樣便可以檢測工件表面的缺陷，工件表面往里 1 mm深度以內(nèi)的缺陷均可以被探測到。

　　四、齒輪箱裝配實(shí)踐教學(xué)過程

　　齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計和裝配的合理性是保證箱體質(zhì)量的前提。在裝配實(shí)習(xí)中，學(xué)生需要熟悉齒輪箱的內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)，如齒輪、軸承和鍵等。在演示環(huán)節(jié)，教師將齒輪箱擺放在專用的工作臺上，同時準(zhǔn)備好手錘、內(nèi)六角扳手等工具。裝配時需注意裝配次序，先安裝較難安裝的零件，后安裝容易安裝的零件;此外，可能存在干涉的零件也需要優(yōu)先安裝。裝配過程中需保證各零件裝配到位，如齒輪和軸承裝配時應(yīng)與其軸向定位零件的端面貼合，避免由于間隙過大而使工作時載荷分布不均勻，引起應(yīng)力集中，從而對齒輪的使用壽命產(chǎn)生較大影響。

　　學(xué)生在拿到齒輪箱總圖后，應(yīng)先對箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，明確各軸傳遞參數(shù)，確定齒輪箱潤滑方式及油路結(jié)構(gòu)，從而確定各零件間的配合關(guān)系。在明確上述內(nèi)容后，再對齒輪箱裝配的工序步驟進(jìn)行劃分，確定裝配所需的各類輔助工件。根據(jù)裝配圖對齒輪箱進(jìn)行裝配，有助于學(xué)生建立空間的概念，熟悉各零件及其連接關(guān)系，為學(xué)生研究各類減速箱的結(jié)構(gòu)和功能打下良好的基礎(chǔ)。同時，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察齒輪箱箱體內(nèi)齒輪的傳動和輸入、輸出軸的轉(zhuǎn)動情況，有利于加深學(xué)生對齒輪箱性能的認(rèn)識。

　　結(jié)語

　　通過實(shí)踐教學(xué)可以使學(xué)生更為直觀地了解現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)過程，將理論課程所學(xué)應(yīng)用于工程實(shí)際，直接獲得直觀真實(shí)的技術(shù)知識。在齒輪制造和加工的專業(yè)實(shí)習(xí)中，通過教師的現(xiàn)場教學(xué)，學(xué)生對齒輪齒形的加工方法、齒形測量與無損探傷、齒輪箱形位公差測量與裝配過程有了整體清晰的認(rèn)識。在教學(xué)過程中對主要的加工、測量環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)物操作演示，并對各步驟進(jìn)行詳細(xì)拆分講解，實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合，加深了學(xué)生對齒輪制造和加工行業(yè)的認(rèn)識，有助于提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力和思考能力，同時也使專業(yè)課教學(xué)更好地適應(yīng)行業(yè)發(fā)展，最終實(shí)現(xiàn)為國家和社會培養(yǎng)專業(yè)型人才的目標(biāo)。

　　參考文獻(xiàn)略.