《特種加工》教學(xué)改革及實(shí)踐

摘要:教學(xué)的目的是為了讓學(xué)生掌握和應(yīng)用所學(xué)知識，特種加工方法因?yàn)橛袆e于傳統(tǒng)加工，學(xué)生在掌握和理解上有一定的難度，更難以在設(shè)計(jì)中運(yùn)用。通過對教學(xué)方法進(jìn)行改革，提出三步教學(xué)，極大提高了學(xué)生對特種加工的認(rèn)識和掌握，能夠?qū)⑵溥\(yùn)用到具體的設(shè)計(jì)中，達(dá)到了教學(xué)的目的，也符合CDIO的教學(xué)理念。

關(guān)鍵詞:特種加工;教學(xué)改革;實(shí)習(xí);實(shí)驗(yàn);CAI課件

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

特種加工是指傳統(tǒng)的切削加工以外的新的加工方法，也叫非傳統(tǒng)加工，《特種加工》課程是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)的一門技術(shù)性較強(qiáng)的專業(yè)課程，課程涉及的內(nèi)容包括各種特種加工方法的原理、特點(diǎn)、加工機(jī)理、機(jī)床組成、應(yīng)用范圍和應(yīng)用實(shí)例。傳統(tǒng)的課程講授和學(xué)習(xí)也是按照這一循序漸進(jìn)的主線展開和進(jìn)行的。

傳統(tǒng)的機(jī)械加工具有兩個特點(diǎn):一是加工刀具比加工材料硬;二是主要是利用機(jī)械能來實(shí)現(xiàn)被加工材料的去除的。隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)的各個行業(yè)對機(jī)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(qiáng)度、高韌性或高脆性以及一些耐熱合金鋼、淬火鋼等常規(guī)加工難于加工或無法加工的材料)的加工;解決各種復(fù)雜特殊表面(空間不規(guī)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(tǒng)的切削加工方法很難實(shí)現(xiàn)，甚至無法實(shí)現(xiàn)，為此，出現(xiàn)了特種加工方法。與傳統(tǒng)切削加工相比，特種加工主要不是依靠機(jī)械能、切削力進(jìn)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(tǒng)加工無能為力的領(lǐng)域。由于特種加工完全顛覆了傳統(tǒng)的切削加工思想，因此，學(xué)生在初學(xué)時候往往無法理解其特點(diǎn)和加工過程，感到很難學(xué)好。另外，隨著現(xiàn)代社會新材料、新加工技術(shù)的發(fā)展，對于機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生又必須了解和掌握現(xiàn)代加工技術(shù)和手段，所以要求學(xué)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(xué)方法和教學(xué)手段上采取新的措施，一方面加深學(xué)生對課堂知識的了解、掌握，另一方面提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

國內(nèi)有的《特種加工》教材開發(fā)了相應(yīng)的CAI演示課件，配合書本，應(yīng)能提高學(xué)生對各種特種加工方法的理解，但就筆者多年教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，單純配合CAI課件的特種加工教學(xué)雖能提高部分學(xué)生對特種加工基本過程的理解，但對教學(xué)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(zhì)量不高，制作粗糙、只能表現(xiàn)大致的加工過程，或者在投影儀上投影不清，學(xué)生對此印象不深;二是課后沒有教學(xué)實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)教學(xué)相配合，達(dá)不到學(xué)以致用、強(qiáng)化認(rèn)識的目的。上述原因?qū)е聦W(xué)生學(xué)習(xí)流于形式，只是死記硬背一些加工的特征應(yīng)付考試，考完就忘，在日常的機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中幾乎想不起來運(yùn)用特種加工的方法來加工一些常規(guī)加工無法或加工困難的材料或零件表面，這與基于CDIO的現(xiàn)代教學(xué)理念是不相符的，因此，必須采取措施引導(dǎo)學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識充分應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，達(dá)到學(xué)有所用，學(xué)為所用和用為所學(xué)的目的。為此，我們采取了三個步驟來提高學(xué)生在實(shí)踐和應(yīng)用中來體現(xiàn)特種加工的作用和魅力所在。

首先，開發(fā)CAI多媒體課件。在課堂教學(xué)中，我們自己開發(fā)了一套CAI教學(xué)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(nèi)容更豐富。主講教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，選擇運(yùn)行相應(yīng)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(nèi)容傳授給學(xué)生，使學(xué)生借助多媒體課件來正確地理解所學(xué)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(xué)生學(xué)習(xí)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(diǎn)和典型加工過程，克服了原課件制作粗糙、講述不清和內(nèi)容偏少以及在針對性上的局限性。

其次，增加實(shí)驗(yàn)課程通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生理解和掌握特種加工的過程和特點(diǎn)。為此，結(jié)合學(xué)校特種加工實(shí)驗(yàn)室，安排4課時的實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)。通過安排這些實(shí)驗(yàn)，一方面，學(xué)生通過對數(shù)控編程，鞏固了數(shù)控知識;另一方面，通過自己親手實(shí)踐，在理解、鞏固課堂所學(xué)知識的同時，還能從中發(fā)現(xiàn)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(zhuǎn)錐臺試驗(yàn)時，學(xué)生對實(shí)際加工的零件形狀、切割速度、切割面粗糙度、工作介質(zhì)、所用電源以及機(jī)床本身都有了新的認(rèn)識，通過設(shè)置不同的進(jìn)給運(yùn)動方向和夾角，可以切割加工空間形狀非常復(fù)雜的零件，而這些零件表面對于習(xí)慣于常規(guī)加工的學(xué)生來說，很多是不可思議的，甚至覺得是無法實(shí)現(xiàn)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(xué)生做完實(shí)驗(yàn)，往往非常興奮，會自覺和老師或同學(xué)進(jìn)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(shí)習(xí)環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)課的開設(shè)讓學(xué)生感受了特種加工的魅力所在和獨(dú)特作用，但實(shí)驗(yàn)室里的加工畢竟不是真正的生產(chǎn)，為了讓學(xué)生親身感受特種加工方式在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，我們在學(xué)生實(shí)習(xí)過程中安排了參觀企業(yè)特種加工生產(chǎn)的環(huán)節(jié)。中國北車集團(tuán)齊齊哈爾車輛廠是我們專業(yè)定點(diǎn)實(shí)習(xí)基地，該廠有比較齊全的機(jī)加工設(shè)備和電火花加工機(jī)、線切割加工機(jī)、電解、電鑄加工機(jī)等特種加工機(jī)床，學(xué)生通過參觀，擴(kuò)大了見識，對特種加工的工業(yè)化生產(chǎn)組織形式、產(chǎn)品類型、生產(chǎn)環(huán)境以及機(jī)床操作等有了深入地了解，更新了觀念[3]。比如在現(xiàn)場參觀電火花取折斷絲錐機(jī)時，學(xué)生看到工人手動進(jìn)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(yīng)該是數(shù)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(huán)境和適應(yīng)性有非常大的幫助。通過在工廠的實(shí)習(xí)參觀，使學(xué)生全面了解和掌握了特種加工在生產(chǎn)中的應(yīng)用條件、工作環(huán)境以及產(chǎn)品的適應(yīng)性，這對他們以后從事的設(shè)計(jì)無疑具有非常直接的指導(dǎo)意義。

圖1電火花線切割加工產(chǎn)品示意圖

在過去的兩屆學(xué)生中，運(yùn)用上述教學(xué)方法和思路對機(jī)械設(shè)計(jì)制造專業(yè)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)中特意考察了其對特種加工在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用情況，在調(diào)查的30名學(xué)生中，有26人對于深長孔、硬質(zhì)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(jìn)行加工，相比之下，之前該專業(yè)有一個班學(xué)生在被問及一個復(fù)雜型面的加工方式選擇問題上只有一個學(xué)生能大概回答正確。由此可知，新的教學(xué)方法確實(shí)提高了學(xué)生運(yùn)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(yōu)點(diǎn)尚不為大多數(shù)從事傳統(tǒng)機(jī)加工的人員所熟悉和掌握，除了認(rèn)知的缺乏外，一個重要的原因就在于特種加工教育教學(xué)手段和方法的局限和落后，在傳統(tǒng)的教學(xué)思路和方法引導(dǎo)下，即便是學(xué)過特種加工方式的機(jī)械設(shè)計(jì)人員，在具體的設(shè)計(jì)中也很少考慮到用特種加工的方法去加工常規(guī)加工無法加工的材料或零件表面。另外，隨著生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要，國民經(jīng)濟(jì)的各個部門要求尖端科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品向高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫、高壓和復(fù)雜、精密形面等方向發(fā)展。這些都是常規(guī)加工無法加工或者即便能加工，其代價(jià)也非常高昂，因此，特種加工必將在新世紀(jì)得到更進(jìn)一步的推廣和應(yīng)用。對于學(xué)校等教育部門，研究適合于新時期特種加工教學(xué)的方法和理念，讓學(xué)生在今后的工作中能有意識的將新型加工方式融入到設(shè)計(jì)和制造中，對于提高生產(chǎn)力和產(chǎn)品技術(shù)含量具有非常重要的意義。

參考文獻(xiàn):

[1]劉晉春，趙家齊，趙萬生.特種加工:第4版[M].北京:機(jī)械工業(yè)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(shù)搞好液壓與氣動實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息，2007，(2):107-108.

[3]王金東，賈光政，鄒龍慶.石油特色機(jī)自專業(yè)認(rèn)識實(shí)習(xí)的改革與建設(shè)[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2009，(7):177-179.

[責(zé)任編輯 陳鶴]