推進特種加工教學改革，體現現代制造特色

摘 要：特種加工是近幾十年發展起來的新工藝，是對傳統加工工藝方法的重要補充與發展，隨著新材料、新技術、新工藝的不斷涌現，特種加工技術應用越來越廣泛，所以金工實習教學中特種加工課程設置尤其重要。本文主要闡述和探討了我校工業培訓中心瞄準前沿技術，引進先進特種加工設備，開設特種加工新課題，改進特種加工教學的模式，從而提高學生的學習興趣，開闊了學生視野，提高了學生的動手能力，使金工實習的實訓質量和實訓內容有了質的提高。

關鍵詞：金工實習 特種加工 教學模式

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）09（b）-0132-02

金工實習是培養學生動手能力、創新意識、創新思維的一門實踐性很強的技術基礎課程，它對提高學生的操作技能和分析解決實際問題的能力，培養學生的工程素質、創新精神有著極其重要的意義。特種加工的實習是金工實習過程中必不可少的一個重要環節。特種加工的種類繁多，加工方法和原理也多種多樣，從金屬材料到各種非金屬材料和復合材料，從傳統加工到電、聲、光的特種加工。新的工藝，新的設備不斷涌現，社會對應用型人才質量的要求也進一步提高。如何讓更多的先進技術和設備走進我們的實習基地，使學生能夠學習到當今社會最前沿的技術，畢業后能更快的適應社會的需求是我們開設這門課的最終目的。

1 特種加工要瞄準前沿技術

特種加工是機械技術、電子技術、計算機技術、伺服驅動技術等多學科交叉而成的一門新興技術。特種加工的發展方向主要是：提高加工精度和表面質量，提高生產率和自動化程度，發展幾種方法聯合使用的復合加工，發展納米級的超精密加工等。隨著新的技術和設備不斷涌現，我校工培中心在特種加工設備方面，除了傳統的電火花線切割機床（2臺），先后購置了激光雕刻（切割）機床（2臺）、快速成型機（一臺大型的，雙噴頭系統；20臺小型的，單噴頭系統）、激光內雕機及三維照相機等設備，引進了相關的技術，開設了相關的課題。

1.1 數控電火花加工

電火花加工又稱放電加工，它是利用在一定的絕緣介質中，通過工具電極和零件電極之間脈沖放電時的電腐蝕作用對零件進行加工的一種工藝方法，加工過程中看到電火花，故稱為電火花加工。根據工具電極形式的不同，又分為電火花加工和線切割加工。

1.1.1 電火花加工機床

電火花加工是基于在絕緣的工作液中工具和零件（正、負電極）之間脈沖性火花放電局部、瞬時產生的高溫，使零件表面的金屬熔化、氣化、拋離零件表面的原理，來去除多余的金屬，以達到零件尺寸、形狀及表面質量預定的加工要求。它的加工范圍很廣泛，可以加工任何難加工的金屬材料和其他導電材料，可以加工形狀復雜的表面，可以加工薄壁、彈性、低剛度、微細小孔、異形小孔等特殊要求的零件。

1.1.2 電火花線切割機床

線切割機床采用鉬絲或硬性銅絲作為電極絲。被切割的工件為工件電極，電極絲為工具電極。通過電極絲和工件之間形成瞬間電火花放電來達到切割的目的。該機床在模具制造，新產品試制和異形零件加工中得到了廣泛應用。

1.2 快速原型制造

快速原型制造技術又稱為快速成形技術，快速成形（Rapid Prototyping，RP）作為一門新興的制造技術，是計算機輔助設計（CAD），計算機輔助制造（CAM）、計算機數字控制（CNC）、激光、新材料、精密伺服等多項技術的發展和綜合。可完成仼意復雜形狀三維實體零件的技術總稱，俗稱三維打印機。RP技術，其基本原理可概括為：離散原型→分層制造→逐層疊加，離散堆積成形。目前廣泛應用于航空航天、汽車、機械、電子、醫學等領域。

1.3 激光加工

激光加工是將激光束照射到工件的表面，以激光的高能量來切除、熔化材料以及改變物體表面性能。激光加工可分為激光熱加工和光化學反應加工兩類。激光熱加工工作原理就是利用聚焦的激光能量密度極高，被照射工件加工區域溫度可達數千、甚至上萬攝氏度，將材料瞬時的熔化、蒸發，并在熱沖擊波作用下，將熔融材料爆破式噴射去除，達到相應加工的目的。加工方式包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標、激光鉆孔和微加工等。激光加工已廣泛用于打孔、切割、焊接、電子器件微調、表面處理以及信息存儲等許多領域。

1.3.1 激光切割，激光雕刻，激光打標

激光切割尺寸精度高，縫隙小，激光切割形狀可隨著圖稿進行任意更改，增加了設計的實用性和創造性。激光雕刻是利用軟件技術，按設計圖稿輸入數據進行自動雕刻。激光打標具有打標精度高、速度快、標記清晰等特點。激光打標兼容了激光切割、雕刻技術的各種優點，可以在各種材料上進行精密加工，還可以加工尺寸小且復雜的圖案，激光標記具有永不磨損的防偽性能。

1.3.2 激光內雕

激光內雕是光化學反應的一種，它首先通過專用點云轉換軟件，將二維或三維圖像/人像轉換成點云圖像，然后根據點的排列，通過激光控制軟件控制水晶的位置和激光的輸出，在水晶處于某一特定位置時，聚焦的激光將在水晶內部打出一個個的小爆破點，大量的小爆破點就形成了要內雕的圖像/人像。

2 教學改革及教學模式

2.1 分塊實習，獨立操作

特種加工各課題之間分塊實習。分線切割加工機床、激光加工雕刻機及內雕機、快速成型機。每個塊都購置了電腦，組件了機房，每個機房都建立了局域網，基本做到每生一臺計算機。快速成型機房每臺計算機還配置了一臺小型的快速成型機（單噴頭系統）。運用教師授課軟件，教師客戶端控制多臺電腦，教師用電腦主機當服務器使用，既可以授課，放電教片，學生也可以自行使用電腦設計，傳輸。這樣就不需要投影機了，學生自行設計完作品直接傳到教師主機，供老師檢查。

2.2 師資培訓，一人多崗

由于增加了課題，工培中心人員緊缺。我們中心明確提出指導教師要“一專多能，一人多崗”。首先鼓勵大家學習數控及特種加工，以實現部分人員從指導傳統工種到指導先進制造技術工種的轉崗，通過對傳統機加工人員及行政人員進行特種加工技術的自我培訓，使每個指導教師都能獨立指導兩種或兩種以上工種的實訓指導，為中心的教學安排提供了便利。

2.3 教學方法及實習過程

2.3.1 線切割加工

第一步，首先由教師介紹線切割的機床構造，加工原理、特點用途等。第二步，由教師展示以前學生加工的優秀作品，激發學生的創作熱情，讓學生自己設計出有創意的圖形。第三步，學生在電腦里進行計算機繪圖，畫圖可以在AutoCAD等軟件里進行。傳給老師檢查，傳到機床控制電腦，用AutoCut軟件加工。

2.3.2 激光加工

設計加工零件圖形。采用AutoCAD，CorelDraw等軟件，設計繪制圖形，使用CorelDraw設計圖形，輸出時，文件以“*.plt”為后綴。使用AutoCAD設計并繪制出加工圖形，另存為*.dxf。也可以用其他軟件設計轉換到CAD中，存*.dxf文件。啟動與計算機并口連接的激光機床來加工。加工完成后再進行組裝成各種成品。

2.3.3 快速成型

三維CAD模型設計。利用三維造型軟件（Pro/E，Solidworks，UG，CAXA等）直接構建，保存為STL文件格式。復雜零件：利用三維掃描，反求工程。調入快速成型軟件UP，進行逐層制造加工，加工完后進行處理，打磨、拋光、涂掛等。經歷了三維模型設計→模型的近似處理→STL文件切片處理→逐層制造→后處理。

學生作品如圖1～2。

3 結論

特種加工技術是現代制造技術的優秀代表，已對整個制造業的生產模式產生了深刻的影響，特種加工實訓課也是一門很有發展潛力的課程。我們要努力加強課程建設，提升教學效果，充分體現先進制造技術的特色，讓大學生在這里學有所得，為我國機械制造業的發展培養出合格的人才。

參考文獻

[1]曹志凱，陳龍，等.特種加工訓練教學研究與思考[C]//謝志余，劉培友.華東高校工程訓練教學學會第九屆學術年會論文集.北京：國防工業出版社，2011：155-156.

[2]洪超，主編.金工實習[M].3版.南京：南京大學出版社，2012：283-309.