1. Образование заданной формы детали. Конечная цель обработки материалов на станках состоит в получении детали заданной формы и размеров.
По своей внешней форме детали весьма разнообразны, и это создает впечатление, что для обработки деталей, для придания им разнообразных форм должны существовать и разнообразные методы обработки.
Такое неправильное представление исчезает, если рассмотреть детали с точки зрения их геометрической формы. Оказывается, что даже наиболее сложные детали представляют собой сочетание нескольких простых геометрических тел. Так, детали, обрабатываемые на токарных станках, по своей форме чаще всего представляют собой сочетание цилиндров разных размеров, реже - конус и еще реже - шар; детали, обрабатываемые на фрезерных станках, представляют собой многогранники, которые можно рассматривать как совокупность простых геометрических тел (призма, пирамида).
Поэтому, несмотря на огромное разнообразие деталей, все они обрабатываются на станках всего лишь девяти групп. На станках каждой группы можно придавать детали только определенную геометрическую форму. Зная это, легко установить, на каком станке следует обрабатывать данную деталь в зависимости от ее формы.
Таким образом, чтобы учащиеся могли разобраться в том, как на металлорежущих станках достигается обработка детали любой формы, им необходимо рассмотреть детали машин как геометрические тела.
2. Основные движения станка. Решающее значение при образовании формы детали имеют основные движения. В этом легко убедиться на примере токарного станка. Главное движение токарного станка - вращательное, поэтому детали, обработанные на нем, представляют собой круглые тела. Однако форма их в осевом сечении зависит от траектории движения резца. В зависимости от траектории движения резца детали можно придать форму цилиндра, конуса или шара.
Таким образом, для придания детали заданной формы и размеров станок должен иметь основные движения. Однако по своему характеру, как сами движения, так и их сочетания отличаются у станков различных групп. Так, на круглошлифовальных станках оба основных движения - вращательные, на поперечно-строгальном - прямолинейные, на токарном станке деталь имеет вращательное движение, а резец - поступательное, на фрезерном - наоборот, на сверлильном станке оба основных движения совершает инструмент. Образование заданной формы детали объясняется во всех случаях использованием одного и того же правила сложения движений.
3. Классификация частей станка по назначению. По своему внешнему виду металлорежущие станки весьма разнообразны. Объясняется это тем, что на них приходится обрабатывать детали разной формы и размеров. Однако каждый станок, независимо от его конструкции, выполняет одно и то же назначение. Поэтому части каждого металлорежущего станка можно разделить в зависимости от их назначения на следующие четыре группы: для закрепления детали и инструмента; для обеспечения основного (главного) движения; для обеспечения движения подачи; для соединения в одно целое всех частей станка.
Для того чтобы разобраться в устройстве незнакомого станка, необходимо найти в нем упомянутые части. При анализе станка с такой точки зрения внешние отличия не смогут скрыть того общего, что связывает его с остальными станками, и благодаря этому можно применить свои знания и умения, которые были приобретены при изучении токарного станка, для работы, например, на строгальном, фрезерном и других станках [4].
Знакомя учащихся с устройством и работой настольного сверлильного станка, следует обратить их внимание, прежде всего на основные части и типовые механизмы станка и не загружать память учащихся второстепенными вопросами.
Объяснение устройства сверлильного станка целесообразно проводить по такому плану:
а) рассказ о назначении и применении сверлильных станков;
б) показ и объяснение устройства основных частей станка: станины, стола, хобота, электродвигателя, пускового устройства;
в) демонстрация и объяснение устройства и работы передаточного механизма и его деталей: ведущий вал электродвигателя; ведущий шкив ременной передачи; ремень; ведомый шкив ременной передачи; шпиндель (ведомый вал); патрон; сверло;
г) демонстрация и объяснение устройства механизма подачи сверла: штурвал (ручка); вал; шестерня реечного механизма; рейка; пиноль; подшипники качения; шпиндель; патрон; сверло;
д) обобщение сведений об устройстве и работе сверлильного станка: закрепление детали; закрепление сверла; передача движения резания; передача движения подачи; сверление; сравнении процессов сверления на станке и с помощью ручной дрели.
Аналогично строится изучение устройства и работы токарного и фрезерного станков.
На примере токарного станка можно интересно и убедительно проиллюстрировать развитие орудий труда. Для этого следует познакомить учащихся с простейшими приспособлениями, применявшимися с незапамятных времен для обработки отверстий в камне, в которых приводом служил охотничий лук. На базе этого приспособления возник токарный станок с ручным лучковым приводом. Указанные конструкции описываются в литературе по истории техники.
Учитель обращает внимание учащихся на то, что токарный станок с лучковым приводом был весьма неудобен, так как половина времени уходила на обратный (холостой) ход лука, причем перемещением лука была занята одна рука работающего. Дальнейшее развитие токарного станка выразилось в появлении сначала ножного привода, а затем и люнета. Ножной привод, в свою очередь, был заменен приводом, вынесенным за пределы станка: маховик передачи вращал вспомогательный рабочий, а движение на шпиндель передавалось через канатную передачу, благодаря чему токарь мог сосредоточить свое внимание на инструменте.
Во второй половине XVIII столетия изобрели паровую машину, которую стали использовать как источник энергии для приведения в движение машин на заводах и фабриках. Один двигатель обслуживал группу станков. При этом движение с двигателя передавалось на трансмиссионный вал, а с последнего - на станки с помощью ременных передач. В цехах возникали «леса» ремней, создавая для рабочих неудобства и опасность травмирования.
В 1712 г. русский изобретатель А. К. Нартов создал механизированный суппорт («держалку»). Во второй половине XIX столетия паровая машина стала уступать место электродвигателю, что открыло путь к созданию индивидуального привода станка [7].
Превращение простых орудий труда в машины-орудия может быть показано учащимся и на других примерах. Замена пробойника сверлом привела вместе с тем к присоединению простого орудия труда к механизму (ручная дрель), а затем и к сверлильному станку. То же самое можно показать учащимся и на других примерах: рубка зубилом - резание на рычажных ножницах - резание на механических ножницах; гибка вручную - гибка в приспособлении - гибка на прессе; резание ручной ножовкой - резание на приводной ножовке; опиливание вручную - опиливание на станке и др.
Обзор развития орудий труда завершается формированием у учащихся представления об автоматизации технологических процессов. С механизацией труда учащиеся встречаются на занятиях в мастерских неоднократно. С автоматизацией учащиеся малознакомы; чаще всего их знания в этой области ограничиваются общими представлениями об автоматах по продаже газированной воды, почтовых открыток и т. п. Опираясь на эти представления, целесообразно показать, в чем заключается автоматизация работы на токарном станке. Для этого можно рассмотреть технологию изготовления болта и наметить вместе с учащимися, какие элементы работы станочника могут быть автоматизированы, а затем в общих чертах объяснить по схеме устройство простейшего токарного станка-автомата. На экскурсии или с помощью кинофильма желательно показать учащимся станок-автомат в действии.
Знания учащихся об устройстве и действии сверлильного и токарного станков становятся более прочными благодаря закреплению и некоторому расширению их в процессе практических работ по разборке и сборке машин и их узлов.
В качестве объектов работы при ознакомлении учащихся с операциями сборки и разборки рекомендуются части и узлы металлорежущих станков, в частности задняя бабка, люнет, патрон, коробка подач, фартук и другие части токарного станка [23].
Обычно количество объектов работы ограничено, поэтому невозможно проводить практические работы по сборке и разборке фронтально. В таком случае учащиеся делятся на звенья и работают поочередно в соответствии с графиком, составленным учителем. Возможна и такая организация занятий, при которой одно звено выполняет практические работы по машиноведению, второе - по обработке материалов на станках, а остальные - другие виды работ, предусмотренные учебной программой. Правда, в этом случае учителю приходится одновременно руководить выполнением нескольких видов работы, что создает определенные методические трудности. Устранить указанные трудности можно, если использовать - письменные инструкции, руководствуясь которыми учащиеся самостоятельно выполняют практические работы, а учитель контролирует их деятельность.
Применение письменных инструкций дает возможность повысить активность и самостоятельность учащихся, приблизить занятия в учебных мастерских к условиям производства. Инструкция должна быть лаконичной и вместе с тем содержать все необходимые сведения для выполнения практической работы.
Выполняя работы по разборке и сборке, учащиеся должны соблюдать ряд специфических правил безопасности труда. Прежде всего, они должны пользоваться исправными инструментами и применять их строго по назначению. Иногда, к сожалению, нарушению указанного требования способствует сам учитель, если выдает учащимся неисправный инструмент или не запрещает пользоваться им не по назначению, например, при отсутствии гаечных ключей требуемых размеров разрешает пользоваться прокладками, в результате ключ срывается с детали и может привести к травме. В процессе разборки и сборки учащимся приходится поднимать сборочные единицы машин, механизмы и т. п. Учитель следит, чтобы при этом не превышались нормы, допускаемые для детей.