《特種加工》教學改革及實踐

摘要:教學的目的是為了讓學生掌握和應用所學知識，特種加工方法因為有別于傳統加工，學生在掌握和理解上有一定的難度，更難以在設計中運用。通過對教學方法進行改革，提出三步教學，極大提高了學生對特種加工的認識和掌握，能夠將其運用到具體的設計中，達到了教學的目的，也符合CDIO的教學理念。

關鍵詞:特種加工;教學改革;實習;實驗;CAI課件

中圖分類號:G64文獻標志碼:A文章編號:1673-291X(2010)31-0295-02

特種加工是指傳統的切削加工以外的新的加工方法，也叫非傳統加工，《特種加工》課程是機械設計制造及其自動化專業的一門技術性較強的專業課程，課程涉及的內容包括各種特種加工方法的原理、特點、加工機理、機床組成、應用范圍和應用實例。傳統的課程講授和學習也是按照這一循序漸進的主線展開和進行的。

傳統的機械加工具有兩個特點:一是加工刀具比加工材料硬;二是主要是利用機械能來實現被加工材料的去除的。隨著科學技術和工業生產的發展，國民經濟的各個行業對機械制造提出了許多新的要求:如何解決各種難切削材料(高硬度、高強度、高韌性或高脆性以及一些耐熱合金鋼、淬火鋼等常規加工難于加工或無法加工的材料)的加工;解決各種復雜特殊表面(空間不規則曲面、窄縫、深孔等零件)的加工問題以及解決各種超精密和有特殊要求(如納米加工、鏡面加工等)的零件的加工問題等等。要解決上述問題，僅僅依靠傳統的切削加工方法很難實現，甚至無法實現，為此，出現了特種加工方法。與傳統切削加工相比，特種加工主要不是依靠機械能、切削力進行加工，因而可以用較軟的工具甚至(不用工具)加工較硬的工件[1]，主要用于傳統加工無能為力的領域。由于特種加工完全顛覆了傳統的切削加工思想，因此，學生在初學時候往往無法理解其特點和加工過程，感到很難學好。另外，隨著現代社會新材料、新加工技術的發展，對于機械類專業的學生又必須了解和掌握現代加工技術和手段，所以要求學生在校期間能夠很好的理解和掌握特種加工的基本方法和理論。這就需要教師在教學方法和教學手段上采取新的措施，一方面加深學生對課堂知識的了解、掌握，另一方面提高學生學習的興趣。

國內有的《特種加工》教材開發了相應的CAI演示課件，配合書本，應能提高學生對各種特種加工方法的理解，但就筆者多年教學實踐發現，單純配合CAI課件的特種加工教學雖能提高部分學生對特種加工基本過程的理解，但對教學效果提高并不是太大，究其原因主要有兩方面:一是課件本身質量不高，制作粗糙、只能表現大致的加工過程，或者在投影儀上投影不清，學生對此印象不深;二是課后沒有教學實踐或實驗教學相配合，達不到學以致用、強化認識的目的。上述原因導致學生學習流于形式，只是死記硬背一些加工的特征應付考試，考完就忘，在日常的機械設計當中幾乎想不起來運用特種加工的方法來加工一些常規加工無法或加工困難的材料或零件表面，這與基于CDIO的現代教學理念是不相符的，因此，必須采取措施引導學生能夠將所學知識充分應用到設計中，達到學有所用，學為所用和用為所學的目的。為此，我們采取了三個步驟來提高學生在實踐和應用中來體現特種加工的作用和魅力所在。

首先，開發CAI多媒體課件。在課堂教學中，我們自己開發了一套CAI教學課件，該課件用Flash制作，簡單、清晰，比原教科書配備的光盤清晰且內容更豐富。主講教師根據教學內容，選擇運行相應的電子掛圖和演示動畫，通過輔助的文字、圖片說明和語言解釋，將課程內容傳授給學生，使學生借助多媒體課件來正確地理解所學知識，起到事半功倍的效果[2]。通過采用這種適合自身情況的自制多媒體課件后，學生學習效果和積極性明顯提高，能夠更快更好的理解和掌握沒中特種加工方式的原理、特點和典型加工過程，克服了原課件制作粗糙、講述不清和內容偏少以及在針對性上的局限性。

其次，增加實驗課程通過實驗讓學生理解和掌握特種加工的過程和特點。為此，結合學校特種加工實驗室，安排4課時的實驗，分別安排了電火花成型加工、電火花線切割加工、激光加工和超聲波加工的實驗。通過安排這些實驗，一方面，學生通過對數控編程，鞏固了數控知識;另一方面，通過自己親手實踐，在理解、鞏固課堂所學知識的同時，還能從中發現問題獲取課堂無法獲得的知識。例如，在做如圖1所示電火花線切割加工雙曲面和扭轉錐臺試驗時，學生對實際加工的零件形狀、切割速度、切割面粗糙度、工作介質、所用電源以及機床本身都有了新的認識，通過設置不同的進給運動方向和夾角，可以切割加工空間形狀非常復雜的零件，而這些零件表面對于習慣于常規加工的學生來說，很多是不可思議的，甚至覺得是無法實現的，采用電火花線切割輕而易舉的就完成了。這對他們的思想沖擊是非常大的。學生做完實驗，往往非常興奮，會自覺和老師或同學進行深入討論，這些肯定會加深他們對理論知識的掌握。

最后，引入實習環節實驗課的開設讓學生感受了特種加工的魅力所在和獨特作用，但實驗室里的加工畢竟不是真正的生產，為了讓學生親身感受特種加工方式在工業生產中的應用，我們在學生實習過程中安排了參觀企業特種加工生產的環節。中國北車集團齊齊哈爾車輛廠是我們專業定點實習基地，該廠有比較齊全的機加工設備和電火花加工機、線切割加工機、電解、電鑄加工機等特種加工機床，學生通過參觀，擴大了見識，對特種加工的工業化生產組織形式、產品類型、生產環境以及機床操作等有了深入地了解，更新了觀念[3]。比如在現場參觀電火花取折斷絲錐機時，學生看到工人手動進給加工工具(空心紫銅棒)來打碎折斷在工件中的工具鋼絲錐時感到非常詫異，在印象中總以為像這種特種加工模式應該是數控加工才對，沒想到手動操作也可以，這對提高他們了解加工的環境和適應性有非常大的幫助。通過在工廠的實習參觀，使學生全面了解和掌握了特種加工在生產中的應用條件、工作環境以及產品的適應性，這對他們以后從事的設計無疑具有非常直接的指導意義。

圖1電火花線切割加工產品示意圖

在過去的兩屆學生中，運用上述教學方法和思路對機械設計制造專業學生進行培養，在畢業設計中特意考察了其對特種加工在機械設計中的應用情況，在調查的30名學生中，有26人對于深長孔、硬質合金以及特殊表面的加工明確知道選擇合適的特種加工方式進行加工，相比之下，之前該專業有一個班學生在被問及一個復雜型面的加工方式選擇問題上只有一個學生能大概回答正確。由此可知，新的教學方法確實提高了學生運用和掌握特種加工知識的目的。

特種加工方式作為一種新型的加工方式，其加工優點尚不為大多數從事傳統機加工的人員所熟悉和掌握，除了認知的缺乏外，一個重要的原因就在于特種加工教育教學手段和方法的局限和落后，在傳統的教學思路和方法引導下，即便是學過特種加工方式的機械設計人員，在具體的設計中也很少考慮到用特種加工的方法去加工常規加工無法加工的材料或零件表面。另外，隨著生產發展和科學實驗的需要，國民經濟的各個部門要求尖端科學技術產品向高硬度、高強度、耐高溫、高壓和復雜、精密形面等方向發展。這些都是常規加工無法加工或者即便能加工，其代價也非常高昂，因此，特種加工必將在新世紀得到更進一步的推廣和應用。對于學校等教育部門，研究適合于新時期特種加工教學的方法和理念，讓學生在今后的工作中能有意識的將新型加工方式融入到設計和制造中，對于提高生產力和產品技術含量具有非常重要的意義。

參考文獻:

[1]劉晉春，趙家齊，趙萬生.特種加工:第4版[M].北京:機械工業出版社，2007:1-2.

[2]賈光政，王金東，鄒龍慶，任永良.利用信息技術搞好液壓與氣動實驗教學[J].農業網絡信息，2007，(2):107-108.

[3]王金東，賈光政，鄒龍慶.石油特色機自專業認識實習的改革與建設[J].中國科教創新導刊，2009，(7):177-179.

[責任編輯 陳鶴]