特種加工實習(xí)探索

李 矢 周愛琴 唐俊彥

（1.鄭州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，河南鄭州 450001；2.河南科技館，河南 鄭州 450002）

特種加工是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)等多學(xué)科交叉而成的一門新興技術(shù)。特種加工的種類繁多，加工方法和原理也多種多樣，從電、磁、聲、光到粒子束、離子束，從金屬材料到各種非金屬材料和復(fù)合材料。特種加工技術(shù)在國際上被稱為21世紀(jì)的技術(shù)，改革舊的教學(xué)模式，提高特種加工的教學(xué)質(zhì)量是當(dāng)務(wù)之急［1-4］。

鄭州大學(xué)工程訓(xùn)練中心在特種加工設(shè)備方面，有電火花線切割機(jī)床（快走絲、中走絲各1臺），電火花成形機(jī)床1臺，激光打標(biāo)機(jī)床2臺、快速成型機(jī)（MEM350雙噴頭1臺；UP plus2單噴頭10臺）、3D掃描儀2臺，激光內(nèi)雕機(jī)及三維照相機(jī)等設(shè)備。

1 教學(xué)改革的三個階段

1.1 單項目實習(xí)：包括線切割實習(xí)、激光加工實習(xí)、激光內(nèi)雕實習(xí)和3D打印實習(xí)。

線切割實習(xí)：講解機(jī)床構(gòu)造、加工原理與特點，CAXA線切割軟件基本畫圖方法、編程方法，再由學(xué)生自由設(shè)計、編程，上傳老師檢查后進(jìn)行加工［5］。

激光打標(biāo)實習(xí)：講解機(jī)床構(gòu)造、加工原理與特點，CorelDraw軟件基本畫圖方法，學(xué)生自由設(shè)計，上傳老師檢查后加工［6］。

激光內(nèi)雕實習(xí)：講解機(jī)床構(gòu)造、加工原理與特點、3D相機(jī)和3D照片處理軟件基本使用方法，用3D相機(jī)照相后學(xué)生自己處理自己的照片［7］，上傳老師機(jī)檢查后加工。

3D打印實習(xí)：講解3D打印和三維掃描原理，三維掃描儀操作方法，反求軟件GeomagicFoundation點云合成，stl文件上傳MEM350打印［8-9］。

在這個階段，老師從頭到尾演示一遍，包括設(shè)備的操作、數(shù)據(jù)的輸入等，學(xué)生再重復(fù)這一過程。這就造成了學(xué)生不動腦思考，只是單一地復(fù)制，枯燥無味，并不能學(xué)到相應(yīng)的技能。

1.2 以點帶面實習(xí)：隨著學(xué)校教改的進(jìn)展，實習(xí)時間縮短，我們根據(jù)專業(yè)實行重點項目為主實習(xí)，著重提高學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。在特種加工教學(xué)中，充分利用同學(xué)們的好奇心，讓學(xué)生們動手實踐多做出些實物，鄭州大學(xué)實習(xí)學(xué)生大多數(shù)是大二生，未學(xué)CAD課程、三維制圖等各種制圖軟件。而特種加工實習(xí)基本上都涉及圖形、圖像的計算機(jī)處理，如何讓學(xué)生在幾個小時內(nèi)學(xué)習(xí)使用軟件、完成設(shè)計并有創(chuàng)新構(gòu)思，是這個階段教改課題。

在線切割教學(xué)中我們重點強(qiáng)調(diào)只有符合加工工藝的圖紙才能加工。我們準(zhǔn)備了字組畫圖庫，學(xué)生在圖庫中尋找喜歡的字組畫（圖1），打開.exb文件，按自己的思路將字組畫修改成符合線切割實習(xí)加工工藝的筆畫（圖2），完成自己的創(chuàng)新設(shè)計，有能力的學(xué)生可以在自己的照片上順著照片的輪廓布置名字的筆畫（圖3），創(chuàng)作自己的書畫同源作品。

作品編程后線切割加工，也可以保存為 格式，導(dǎo)入CAXA制造工程師拉伸后，3D打印或輸出為plt打印程序進(jìn)行激光打標(biāo)。

1.3 綜合訓(xùn)練階段：根據(jù)特種加工設(shè)備種類多，設(shè)備數(shù)量少、實習(xí)時間短的特點，在實習(xí)中采用多種設(shè)備組合進(jìn)行加工，讓學(xué)生盡量多地了解加工設(shè)備和工藝流程，了解安全生產(chǎn)、質(zhì)量保證等整個生產(chǎn)過程。

根據(jù)學(xué)校工程訓(xùn)練中心的實際情況，我們的實習(xí)紀(jì)念品是由正面校徽圖案和反面學(xué)生自由設(shè)計圖案組成的不銹鋼薄片鑰匙吊牌（圖4）。

圖4

實習(xí)紀(jì)念品校徽基本加工工藝流程：

1.3.1 輪廓加工：數(shù)控電火花線切割機(jī)床加工，線切割割口防短路保護(hù)架是用3D打印加工的。

1.3.2 校徽圖案加工：

方法一：電火花成型加工。用紫銅（或石墨）電極加工圖案型腔；文字用激光打標(biāo)加工，電極用線切割校徽輪廓鋼模、電火花逆極性加工紫銅（或石墨）電極（圖5）。

方法二：激光打標(biāo)加工。在激光加工中，用3D打印的工件定位模具，保證圖案中心與紀(jì)念品毛坯中心一致（圖6）。

圖6

1.3.3 背面圖案：學(xué)生用CorelDRAW自由設(shè)計，激光打標(biāo)加工。

在實習(xí)中，以組為單位，可開發(fā)類似的紀(jì)念品，并按基本工藝流程加工。學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求，自行根據(jù)需要將任務(wù)分成若干模塊。在完成過程中，學(xué)生獨(dú)立選用設(shè)計方案、安排工藝流程、獨(dú)立進(jìn)行操作、靈活安排進(jìn)程、獨(dú)立對結(jié)果進(jìn)行分析評定，最后獨(dú)立完成綜合報告。經(jīng)過一段時間的運(yùn)行，成功開發(fā)幾種書簽紀(jì)念品。從各種各樣的自主創(chuàng)意作品中，充分展示出了同學(xué)們豐富的個性，增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和成就感。

綜上所述，我們教學(xué)組正處于由傳統(tǒng)金工實習(xí)向工程訓(xùn)練的轉(zhuǎn)變過程中，將由單純技能訓(xùn)練型的教學(xué)模式向以工程訓(xùn)練為主的教學(xué)理念轉(zhuǎn)化，即從單一零件加工的分離實習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅禺a(chǎn)品加工工藝流程的整體實習(xí)，從操作技能的重復(fù)訓(xùn)練逐步發(fā)展到設(shè)計與加工并重的綜合訓(xùn)練［10］。

2 建設(shè)開放型實訓(xùn)教學(xué)體系

同學(xué)們在實習(xí)特種加工項目的基礎(chǔ)上，對于能力強(qiáng)、興趣高的部分學(xué)生可進(jìn)一步選修加工和編程等方面專門項目或科研課題，為學(xué)生參加校內(nèi)外各種競賽活動創(chuàng)造條件。這種模式的實習(xí)訓(xùn)練強(qiáng)調(diào)了訓(xùn)練的實踐探索性，對學(xué)生來說是一種全新的實習(xí)模式，學(xué)生具有一定的自主性，打破了被動實習(xí)的局面，營造了一種充分展示個性、激發(fā)創(chuàng)新精神和工程意識的實習(xí)新格局，有利于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和自覺性，更有利于發(fā)揮學(xué)生的聰明才智，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。目前由于種種原因，我們在建設(shè)開放型實習(xí)教學(xué)體系上還很不足，目前只有少部分同學(xué)報名，還沒有形成團(tuán)隊。我們在充分向各兄弟院校學(xué)習(xí)的同時，根據(jù)自身情況將在今后的發(fā)展中逐步加強(qiáng)開放型實訓(xùn)教學(xué)體系建設(shè)［11］。

3 結(jié)論

在近幾年的教學(xué)中，我們從改變傳統(tǒng)特種加工工程訓(xùn)練的教學(xué)模式人手，改注入式為啟發(fā)式；改教師講授為主為以學(xué)生自主設(shè)計、自己動手為主，培養(yǎng)能力、開發(fā)創(chuàng)新意識為主。充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，使學(xué)生對特種加工更感興趣，使學(xué)生意識到了具備較強(qiáng)的實踐動手能力對于今后自身發(fā)展的重要性。同時達(dá)到在實踐中加深對理論知識的理解，提高動手實踐的目的，促使學(xué)生形成了主動思考、自我創(chuàng)新的意識。使學(xué)生在后續(xù)的專業(yè)課學(xué)習(xí)中有了感性認(rèn)識，為后續(xù)的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)。

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