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(lái)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(duì)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(duì)齒輪加工過(guò)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(guò)程，闡述了齒輪測(cè)量和無(wú)損探傷的主要環(huán)節(jié)，說(shuō)明了齒輪箱裝配的基本流程。通過(guò)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(duì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)和課程設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在教學(xué)和實(shí)踐各個(gè)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(shí)。

　　近年來(lái)，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(dòng)力的重要機(jī)械零件之一，憑借其傳動(dòng)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(lái)進(jìn)行工作的，由一對(duì)模數(shù)相同的齒輪相互嚙合將動(dòng)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(jí)，對(duì)加快我國(guó)制造業(yè)高水平發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。對(duì)于同濟(jì)大學(xué)機(jī)械專業(yè)的“機(jī)械設(shè)計(jì)”“機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)”等理論課程，需要學(xué)生熟悉齒輪傳動(dòng)的類型、特點(diǎn)和應(yīng)用，掌握齒輪精度等級(jí)的選擇，了解齒輪傳動(dòng)的失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則，理解齒輪的設(shè)計(jì)過(guò)程和加工原理，了解齒輪傳動(dòng)的發(fā)展過(guò)程和未來(lái)趨勢(shì)，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(wèn)題的情況下進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和工程意識(shí)。同時(shí)，對(duì)于實(shí)際工程而言，齒輪加工是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、保障產(chǎn)品功能的重要手段，掌握齒輪零件的加工過(guò)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(chǔ)備解決現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的一般工藝問(wèn)題顯得尤為重要。同濟(jì)大學(xué)機(jī)械專業(yè)針對(duì)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(guò)程，掌握齒輪檢測(cè)主要內(nèi)容和齒輪箱裝配的主要流程，將齒輪計(jì)算的理論知識(shí)與加工對(duì)應(yīng)起來(lái)，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(shì)，提高齒輪的設(shè)計(jì)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(dòng)基本原理入手，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，加深學(xué)生對(duì)齒輪加工過(guò)程的認(rèn)識(shí)。同時(shí)基于實(shí)際工程案例，說(shuō)明齒輪加工不同形式在不同傳動(dòng)方式中的作用，從而進(jìn)一步重構(gòu)齒輪傳動(dòng)的知識(shí)體系，實(shí)現(xiàn)從齒輪本身設(shè)計(jì)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(guò)程成效，讓學(xué)生理解所設(shè)計(jì)齒輪的主要參數(shù)和加工過(guò)程，理解產(chǎn)品下線后的檢測(cè)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(guò)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(shí)鋪墊，引導(dǎo)學(xué)生熟悉齒輪傳動(dòng)的主要原理，且通過(guò)企業(yè)導(dǎo)師示范讓學(xué)生了解加工過(guò)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(duì)整體有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。在加工的實(shí)踐環(huán)節(jié)中，通過(guò)對(duì)重要的加工、檢測(cè)步驟進(jìn)行實(shí)物操作演示，并對(duì)每一步拆裝過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)講解，使學(xué)生對(duì)整個(gè)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(duì)齒輪加工和檢測(cè)過(guò)程的問(wèn)題進(jìn)行探討，利用現(xiàn)有理論知識(shí)儲(chǔ)備，結(jié)合實(shí)踐學(xué)習(xí)加工和測(cè)量工具的操作規(guī)范，采用課題互動(dòng)、小組討論等一系列方式調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，加深對(duì)齒輪設(shè)計(jì)和制造過(guò)程的認(rèn)識(shí)。

　　二、齒輪加工實(shí)踐教學(xué)過(guò)程

　　齒輪加工實(shí)踐教學(xué)過(guò)程主要包含專業(yè)技術(shù)人員專題講座、現(xiàn)場(chǎng)操作觀摩、教師現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和答疑，以及學(xué)生撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告。實(shí)習(xí)的任務(wù)是讓學(xué)生熟悉齒輪的加工過(guò)程，明確齒輪加工過(guò)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(wèn)題的意識(shí)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(duì)齒輪加工的基本流程有了簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)。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(guò)程，主要分為四個(gè)步驟：首先，在鍛造制坯后對(duì)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(duì)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(duì)齒輪進(jìn)行熱處理，一般采用滲碳淬火，通過(guò)滲碳提高工件表面硬度，從而提高其耐磨程度;最后，對(duì)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(duì)齒輪的精度等級(jí)起著重要作用，因而整個(gè)加工過(guò)程主要圍繞其展開(kāi)，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(guò)程中，教師先對(duì)齒形加工四種方法的操作過(guò)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(chǎng)操作演示，并對(duì)加工過(guò)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(guò)程中以滾刀的旋轉(zhuǎn)作為主運(yùn)動(dòng)，而固定在加工臺(tái)上的工件也會(huì)按一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)模擬嚙合，同時(shí)滾刀往上或者往下移動(dòng)，使得整個(gè)齒寬上都能切出齒形。學(xué)生在觀摩了這一加工過(guò)程后，對(duì)采用滾刀滾齒模擬蝸輪蝸桿的嚙合過(guò)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(huì)用到插齒加工。加工時(shí)插齒刀上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并且以一定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，以對(duì)內(nèi)齒輪進(jìn)行插齒加工。此時(shí)工件被固定在工作臺(tái)上，并隨著插齒刀的上下運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，用以模擬嚙合過(guò)程。在完成操作演示后，教師對(duì)展成法加工的操作過(guò)程進(jìn)行提問(wèn)，針對(duì)學(xué)生的回答，教師對(duì)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(duì)成型法齒形加工的操作步驟進(jìn)行展示。在銑齒加工時(shí)，根據(jù)齒輪的模數(shù)和齒數(shù)選擇合適的銑刀刀號(hào)，徑向進(jìn)刀量等于齒全高。銑好一個(gè)齒槽后，用萬(wàn)能分度頭進(jìn)行一次分齒，再銑下一個(gè)齒槽，直到加工完所有的齒。磨齒加工時(shí)，其刀具與工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方式與銑齒相同。通過(guò)對(duì)比四種不同的齒形加工方法，使學(xué)生對(duì)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(cè)實(shí)踐教學(xué)過(guò)程

　　在完成齒輪加工后，學(xué)生對(duì)各類齒輪進(jìn)行觀察，通過(guò)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(duì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的精度和可靠性將產(chǎn)生較大影響。因此，測(cè)量、分析以及合理控制齒輪誤差在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中顯得尤為重要。此外，對(duì)于工件生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷問(wèn)題，多采用無(wú)損探傷技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。利用無(wú)損探傷技術(shù)，將檢測(cè)到的質(zhì)量信息反饋給設(shè)計(jì)和工藝部門，可以對(duì)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(cè)量

　　在先前課程中，學(xué)生對(duì)加工精度誤差有了一定的了解，在齒輪加工過(guò)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(duì)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(duì)齒輪進(jìn)行檢測(cè)以保證齒輪成品的質(zhì)量和性能。齒輪檢測(cè)儀可以檢測(cè)齒形誤差、齒向誤差、徑跳、公法線等。

　　教師在操作齒輪測(cè)量?jī)x時(shí)，對(duì)齒向及齒形誤差的概念進(jìn)行了詳細(xì)闡述。同時(shí)針對(duì)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)可能引起齒輪加工誤差的原因進(jìn)行提問(wèn)。學(xué)生通過(guò)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(shí)滾刀的齒形誤差、刀具的軸向和徑向竄動(dòng)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(jí)，以及熱處理過(guò)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(duì)加工規(guī)范的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)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(cè)量

　　齒輪箱關(guān)注的形位精度有平行度(一對(duì)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(cè)量主要采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x。在實(shí)習(xí)過(guò)程中，教師先對(duì)三坐 標(biāo)測(cè)量?jī)x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(cè)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(shí)，學(xué)生根據(jù)箱體特征及測(cè)量的要求和方法，規(guī)劃合理的檢測(cè)方案。在對(duì)被檢測(cè)的部位進(jìn)行清洗后，手動(dòng)操縱三坐標(biāo)儀，確定與程序中對(duì)應(yīng)的齒輪箱檢測(cè)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(dòng)程序，計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)齒輪箱的各個(gè)特征并輸出報(bào)告。教師在學(xué)生操作三坐標(biāo)檢測(cè)儀時(shí)對(duì)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(cè)量?jī)x的測(cè)量精度較高，微小的差錯(cuò)就會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生較大影響。因此學(xué)生在測(cè)量時(shí)，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(jì)算機(jī)中工件模型坐標(biāo)軸有一定的重合精度，否則檢測(cè)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(cè)平臺(tái)傾斜，工件實(shí)際坐標(biāo)軸與計(jì)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(duì)工件路徑(實(shí)為橢圓)不一致，從而使測(cè)量產(chǎn)生較大誤差。

　　(三)齒輪無(wú)損探傷

　　齒輪在制造和運(yùn)行的過(guò)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(cè)是保障傳動(dòng)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的重要途徑。無(wú)損探傷能夠在不破壞齒輪結(jié)構(gòu)的前提下，檢測(cè)齒輪的結(jié)構(gòu)和性能是否滿足使用要求。

　　在實(shí)習(xí)過(guò)程中，教師主要對(duì)超聲波探傷儀和磁粉探傷機(jī)的無(wú)損探傷過(guò)程進(jìn)行講解。企業(yè)導(dǎo)師將一個(gè)表面有損傷的工件作為樣本，為學(xué)生演示探傷過(guò)程。超聲波探傷儀可以探測(cè)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(gè)時(shí)段使用。其探測(cè)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(huì)反射回來(lái)，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(guò)對(duì)比探測(cè)開(kāi)始時(shí)和結(jié)束時(shí)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(tái)上，表面噴上磁粉，給兩個(gè)圓環(huán)通入環(huán)形電流，以產(chǎn)生軸向的磁場(chǎng)，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(chǎng)。此時(shí)，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(huì)阻斷環(huán)形磁場(chǎng)，縱向的缺陷會(huì)阻斷軸向磁場(chǎng)，兩種情況下磁粉都會(huì)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(cè)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(cè)到。

　　四、齒輪箱裝配實(shí)踐教學(xué)過(guò)程

　　齒輪箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(tái)上，同時(shí)準(zhǔn)備好手錘、內(nèi)六角扳手等工具。裝配時(shí)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(guò)程中需保證各零件裝配到位，如齒輪和軸承裝配時(shí)應(yīng)與其軸向定位零件的端面貼合，避免由于間隙過(guò)大而使工作時(shí)載荷分布不均勻，引起應(yīng)力集中，從而對(duì)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(duì)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(rùn)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(duì)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(duì)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(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察齒輪箱箱體內(nèi)齒輪的傳動(dòng)和輸入、輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，有利于加深學(xué)生對(duì)齒輪箱性能的認(rèn)識(shí)。

　　結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)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(guò)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(shí)。在齒輪制造和加工的專業(yè)實(shí)習(xí)中，通過(guò)教師的現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)，學(xué)生對(duì)齒輪齒形的加工方法、齒形測(cè)量與無(wú)損探傷、齒輪箱形位公差測(cè)量與裝配過(guò)程有了整體清晰的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中對(duì)主要的加工、測(cè)量環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)物操作演示，并對(duì)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(duì)齒輪制造和加工行業(yè)的認(rèn)識(shí)，有助于提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力和思考能力，同時(shí)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(guó)家和社會(huì)培養(yǎng)專業(yè)型人才的目標(biāo)。

　　參考文獻(xiàn)略.