線切割教學(xué)在大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽上的作用

楊春

【摘 要】在全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽活動(dòng)中，線切割加工由于適合加工高精度、高硬度、薄板類零件，深受參賽學(xué)生們的喜愛，選手們的很多參賽作品零部件都是在線切割機(jī)床上加工完成的。本文介紹了大連理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心線切割教學(xué)模塊如何在大學(xué)生工程訓(xùn)練教學(xué)環(huán)節(jié)就側(cè)重線切割的實(shí)際加工，在大學(xué)生參賽作品零部件切割加工過程中加強(qiáng)現(xiàn)場指導(dǎo)，為我校參賽選手在大賽中取得良好成績做出很大的貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】綜合能力競賽 ? ?工程訓(xùn)練 ? ? 線切割

大連理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心是首批國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心。經(jīng)過多年的建設(shè)，現(xiàn)在已經(jīng)成為大學(xué)生課外科技創(chuàng)新實(shí)踐的主要培訓(xùn)和活動(dòng)基地，成為大學(xué)生完成發(fā)明創(chuàng)造和競賽作品的第一場所。

該中心下設(shè)的先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)訓(xùn)部線切割教學(xué)模塊配備四臺DK7725e快走絲線切割機(jī)床。我校參加大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽的學(xué)生可以利用課余時(shí)間自己動(dòng)手在線切割機(jī)床上切割加工參賽作品零部件，并對自己的參賽作品完成組裝和測試。幾年來，我校數(shù)十名選手在這里加工、制作自己的競賽作品，參加大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽，取得了優(yōu)異的成績。

一、問題的提出

全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽是一項(xiàng)綜合性賽事。競賽與高等學(xué)校工程訓(xùn)練教學(xué)相銜接，綜合體現(xiàn)大學(xué)生機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力、制造工藝能力、實(shí)際動(dòng)手能力、工程管理能力和團(tuán)隊(duì)合作能力的水平。競賽激發(fā)了大學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究與探索的興趣，有利于培養(yǎng)大學(xué)生工程實(shí)踐能力、創(chuàng)新意識和合作精神。

競賽要求參賽的大學(xué)生在參加工程訓(xùn)練綜合能力競賽時(shí)，除了根據(jù)自己所學(xué)專業(yè)知識設(shè)計(jì)好參賽作品外，還要親自動(dòng)手，利用學(xué)校提供的機(jī)器設(shè)備親手制作出參賽作品的零部件，組裝、調(diào)試好參賽作品，參加比賽。由于線切割適合加工高精度、高強(qiáng)度、高硬度、薄板類零件，深受參賽同學(xué)們的喜愛，我校選手們的很多參賽作品零部件都是在線切割機(jī)床上加工完成的。數(shù)控線切割機(jī)床是一種高精度、自動(dòng)化程度比較高的、操作復(fù)雜的先進(jìn)制造設(shè)備，其知識涉及機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)以及自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域。如何使參賽選手們較好地學(xué)習(xí)、掌握線切割機(jī)床的實(shí)際操作技能，安全、快速、高精度地加工出自己設(shè)計(jì)的機(jī)械零部件，是擺在我們實(shí)訓(xùn)教師面前的重要任務(wù)。

二、教學(xué)的組織與特色

1. 在工程訓(xùn)練教學(xué)環(huán)節(jié)側(cè)重實(shí)踐教學(xué)

我們在工程訓(xùn)練教學(xué)環(huán)節(jié)上對大學(xué)生們采用理論授課和現(xiàn)場機(jī)床實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式，嚴(yán)格控制教師的理論授課時(shí)間，把大量課堂時(shí)間留給學(xué)生，讓他們親自動(dòng)手設(shè)計(jì)、加工機(jī)械零件，切實(shí)提高他們的實(shí)際動(dòng)手能力。我們首先向?qū)W生傳授放電加工的基本原理、機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)和線切割加工的基本工藝知識。為了提高同學(xué)們對機(jī)床的實(shí)際操作能力，我們會(huì)盡量安排多一點(diǎn)時(shí)間，讓同學(xué)們親自動(dòng)手對一些簡單截面圖形零部件進(jìn)行手工編程和實(shí)際切割加工練習(xí)。對于機(jī)械類同學(xué)，我們還要另外安排一整天的時(shí)間對同學(xué)們進(jìn)行二維創(chuàng)新線切割實(shí)際加工訓(xùn)練。教同學(xué)們學(xué)習(xí)使用CAXA線切割自動(dòng)編程軟件對自己設(shè)計(jì)的二維創(chuàng)新零件進(jìn)行程序編制。這時(shí)，同學(xué)們要學(xué)會(huì)在計(jì)算機(jī)屏幕上繪制機(jī)械零件圖，熟悉機(jī)床實(shí)際切割加工路徑，自動(dòng)生成線切割機(jī)床G代碼程序。同學(xué)們還要學(xué)習(xí)、鞏固線切割機(jī)床的實(shí)際加工操作和放電參數(shù)，利用生成的G代碼程序，在DK7725e快走絲線切割機(jī)床上，親自動(dòng)手切割加工出二維創(chuàng)新零件。

當(dāng)同學(xué)們的二維創(chuàng)新零件加工完成后，我們還要安排專門時(shí)間組織同學(xué)們對自己設(shè)計(jì)、加工的零件進(jìn)行討論。在討論過程中，同學(xué)們根據(jù)自己的設(shè)計(jì)、編程和切割加工的實(shí)際情況，對自己一天的工作進(jìn)行總結(jié)，切實(shí)理解工件的裝夾、加工路徑的方向、切入切出點(diǎn)的選擇，探索提高零件切割加工精度的辦法。在討論過程中我們總結(jié)出如下經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：

（1）在二維創(chuàng)新零件設(shè)計(jì)過程中，同學(xué)們都過度重視自己設(shè)計(jì)的圖形的美觀，而忽視了對零件實(shí)際功能的設(shè)計(jì)和對創(chuàng)新的理解。今后要加強(qiáng)對零部件的實(shí)際功能設(shè)計(jì)，重點(diǎn)考慮機(jī)械零部件實(shí)際功能的創(chuàng)新。

（2）要根據(jù)零件的實(shí)際情況，正確安排零件的切入、切出點(diǎn)位置，正確安排工件切割加工路徑，以便提高零件實(shí)際切割加工精度，還要根據(jù)零件的實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整放電加工工藝參數(shù)，使加工參數(shù)更加合理。

（3）要能夠讀懂CAXA線切割自動(dòng)編程軟件生成的G代碼切割加工程序。在快走絲線切割機(jī)床上，通過修改G代碼程序的相關(guān)語句，能方便地修改切割加工助走線路徑長度。提高零件加工的位置精度。

（4）要認(rèn)真分析研究快走絲線切割機(jī)床電極絲走絲機(jī)構(gòu)的組成和原理。電極絲走絲機(jī)構(gòu)是快走絲線切割機(jī)床最復(fù)雜、最精密、最容易出現(xiàn)問題的零部件，它的狀態(tài)直接影響線切割實(shí)際加工精度。

2. 領(lǐng)導(dǎo)重視，利用課余時(shí)間對參賽選手進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)

在中心的安排下，組織指導(dǎo)教師專門安排時(shí)間對參賽選手進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。在培訓(xùn)中，我們力求貼近生產(chǎn)加工實(shí)際，給同學(xué)們創(chuàng)造真實(shí)的生產(chǎn)加工環(huán)境：

（1）講解工件的裝夾、找正、定位等有關(guān)加工的基礎(chǔ)操作知識;

（2）講解電極絲垂直度的調(diào)整方法;

（3）講解DK7725快走絲線切割機(jī)床儲(chǔ)絲筒繞絲的方法;

（4）講解工作液循環(huán)系統(tǒng)組成，方便同學(xué)在加工過程中現(xiàn)場處理突發(fā)故障;

（5）指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)加工圖紙尺寸編制加工程序的方法，培養(yǎng)一切以加工圖紙為中心的職業(yè)素養(yǎng)。

3. 創(chuàng)造方便條件幫助同學(xué)們切割加工參賽作品零部件

為了給同學(xué)們提供比較好的條件，讓他們加工出更加精良的參賽作品，我們專門配備一臺安裝CAXA線切割自動(dòng)編程軟件的計(jì)算機(jī)用于線切割加工的自動(dòng)編程。在這臺計(jì)算機(jī)上，同學(xué)們可以根據(jù)實(shí)際需要安裝各種工具軟件用于圖形的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理 。

我們授課教師根據(jù)自己多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，編寫打印了《DK7725e快走絲線切割機(jī)床操作》《DK7725e快走絲線切割機(jī)床故障報(bào)警處理辦法》和《創(chuàng)新加工注意事項(xiàng)》等文檔材料，并把它們掛在機(jī)床上，方便同學(xué)們查閱。在這些資料中，我們力求把每一個(gè)加工步驟都交代清楚，在每一個(gè)操作中把可能出現(xiàn)的故障和處理辦法都清楚地列出來，供同學(xué)們參考。

此外，對于在實(shí)際加工中需要注意的瑣碎事項(xiàng)，我們也在黑板上醒目的位置逐條列出來，請同學(xué)們隨時(shí)注意：

（1）在加工中要注意人身和設(shè)備的安全;

（2）機(jī)床加工過程中操作人員不能離開，防火防盜;

（3）注意工作液循環(huán)系統(tǒng)是否工作正常，工作液是否澆在放電點(diǎn)上，是否有工作液短缺現(xiàn)象;

（4）是否會(huì)有沉重的加工廢料掉下，防止砸斷正在工作的電極絲;

（5）是否會(huì)有切割掉的加工廢料搭到電極絲上，防止切割廢料造成短路影響正常加工。

4.針對零件加工容易出現(xiàn)的問題組織預(yù)案

通過我們精心安排的大學(xué)生工程訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)教學(xué)，同學(xué)們一般就具備了比較強(qiáng)的線切割加工理論水平和機(jī)床實(shí)際操作能力。表現(xiàn)在大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽上，同學(xué)們在切割加工自己的參賽作品時(shí)，對線切割加工現(xiàn)場突發(fā)事件就具備很強(qiáng)的分析問題和解決問題的能力。

參賽選手在制作自己的參賽作品時(shí)，一般都會(huì)選用具有一定厚度的鋁板加工制作結(jié)構(gòu)件，其中很多這樣的厚鋁板類零件是在快走絲線切割機(jī)床上切割加工完成的。但是對于鋁這種硬度比較小的材料，在線切割加工過程中，電極絲極易粘上大量的氧化鋁粉末，導(dǎo)致電極絲和導(dǎo)電塊滑動(dòng)接觸表面接觸不良，使電極絲和導(dǎo)電塊之間產(chǎn)生火花放電，出現(xiàn)“燒導(dǎo)電塊”現(xiàn)象。出現(xiàn)這種異常情況后，被加工工件和電極絲之間的正常放電停止，放電點(diǎn)出現(xiàn)在電極鉬絲和導(dǎo)電塊之間。這時(shí)，工作臺上的工件夾著電極絲繼續(xù)按加工程序設(shè)計(jì)好的路徑移動(dòng)，最終導(dǎo)致電極絲被工件拉斷，加工出現(xiàn)廢品。

針對這種問題，我們在實(shí)際切割加工過程中組織同學(xué)對故障原因進(jìn)行分析，結(jié)合同學(xué)們對快走絲線切割機(jī)床走絲系統(tǒng)和機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的理解，有針對性地對易出現(xiàn)的故障采取防范措施：

（1）針對電極絲粘鋁粉的問題，我們在機(jī)床的走絲系統(tǒng)上安裝刮絲板。刮絲板材料選用硬橡膠等較硬的絕緣材料，電極絲通過它們時(shí)，產(chǎn)生磨擦。利用摩擦力，刮掉電極絲上附著的鋁粉，減少電極絲與導(dǎo)電塊的放電概率;

（2）電極絲上易附著鋁粉的主要原因是機(jī)床切割加工過程中工作臺進(jìn)給速度過快，電極絲在工件加工過程中會(huì)經(jīng)常接觸到被加工材料。明白了這個(gè)道理，同學(xué)們在線切割加工過程中會(huì)通過降低工作臺進(jìn)給速度，有效地減少電極絲表面粘鋁粉現(xiàn)象，減小了厚鋁板線切割過程中出現(xiàn)的“燒導(dǎo)電塊”故障;

（3）適當(dāng)調(diào)整放電參數(shù)，減小放電脈寬，增加放電間歇時(shí)間。增強(qiáng)乳化液對放電間隙的洗滌效果，增加清除放電產(chǎn)生的電蝕物的能力。

5.教師為提高零件加工質(zhì)量進(jìn)行的技術(shù)革新

針對機(jī)床工作液不能流淌到放點(diǎn)問題（如圖1所示），我們分析這是由于機(jī)床工作液循環(huán)系統(tǒng)老化造成的，靠手動(dòng)調(diào)節(jié)工作液流量調(diào)節(jié)閥已經(jīng)不能有效地解決問題。于是我們授課教師自己動(dòng)手制作了工作液導(dǎo)流裝置（如圖2所示），把它安裝到線切割機(jī)床上絲架工作液出口處。這樣，偏移的工作液水柱就會(huì)順著工作液導(dǎo)流嘴準(zhǔn)確地流淌到工件放電點(diǎn)處，使工作液有效地起到了絕緣、冷卻、排屑作用，減少了因工作液流淌問題造成的加工中斷絲現(xiàn)象，提高了工作效率（如圖3所示）。

圖1 工作液沒有澆到放電加工點(diǎn)

圖2 工作液導(dǎo)向裝置

圖3 線切割加工效果圖

三、結(jié)束語

圖4 無碳小車齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

通過采取上述措施，我校參加大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽的學(xué)生都能順利地利用我們這個(gè)開放的線切割加工平臺熟練地、高質(zhì)量地加工出自己的參賽作品零部件。加工制作的參賽作品在大賽中表現(xiàn)優(yōu)異，為學(xué)校爭得很多榮譽(yù)。圖4為我校同學(xué)制作的無碳小車參賽作品，在“第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽”上榮獲了二等獎(jiǎng)，其中的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和小車結(jié)構(gòu)零件就是利用我們的線切割機(jī)床加工完成的。

實(shí)踐證明，開放的線切割教學(xué)模塊有利于大學(xué)生工程訓(xùn)練競賽的開展，學(xué)生們可以根據(jù)自己的興趣把課堂上所學(xué)的知識和實(shí)踐密切聯(lián)系起來，進(jìn)行探索和創(chuàng)新，有利于加深學(xué)生對所學(xué)專業(yè)的了解，拓寬學(xué)生的知識面，培養(yǎng)良好的團(tuán)隊(duì)合作精神，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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