特種加工實習探索

李 矢 周愛琴 唐俊彥

（1.鄭州大學機械工程學院，河南鄭州 450001；2.河南科技館，河南 鄭州 450002）

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合材料。特種加工技術在國際上被稱為21世紀的技術，改革舊的教學模式，提高特種加工的教學質量是當務之急［1-4］。

鄭州大學工程訓練中心在特種加工設備方面，有電火花線切割機床（快走絲、中走絲各1臺），電火花成形機床1臺，激光打標機床2臺、快速成型機（MEM350雙噴頭1臺；UP plus2單噴頭10臺）、3D掃描儀2臺，激光內雕機及三維照相機等設備。

1 教學改革的三個階段

1.1 單項目實習：包括線切割實習、激光加工實習、激光內雕實習和3D打印實習。

線切割實習：講解機床構造、加工原理與特點，CAXA線切割軟件基本畫圖方法、編程方法，再由學生自由設計、編程，上傳老師檢查后進行加工［5］。

激光打標實習：講解機床構造、加工原理與特點，CorelDraw軟件基本畫圖方法，學生自由設計，上傳老師檢查后加工［6］。

激光內雕實習：講解機床構造、加工原理與特點、3D相機和3D照片處理軟件基本使用方法，用3D相機照相后學生自己處理自己的照片［7］，上傳老師機檢查后加工。

3D打印實習：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，包括設備的操作、數據的輸入等，學生再重復這一過程。這就造成了學生不動腦思考，只是單一地復制，枯燥無味，并不能學到相應的技能。

1.2 以點帶面實習：隨著學校教改的進展，實習時間縮短，我們根據專業實行重點項目為主實習，著重提高學生創新能力的培養。在特種加工教學中，充分利用同學們的好奇心，讓學生們動手實踐多做出些實物，鄭州大學實習學生大多數是大二生，未學CAD課程、三維制圖等各種制圖軟件。而特種加工實習基本上都涉及圖形、圖像的計算機處理，如何讓學生在幾個小時內學習使用軟件、完成設計并有創新構思，是這個階段教改課題。

在線切割教學中我們重點強調只有符合加工工藝的圖紙才能加工。我們準備了字組畫圖庫，學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加工工藝的筆畫（圖2），完成自己的創新設計，有能力的學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，導入CAXA制造工程師拉伸后，3D打印或輸出為plt打印程序進行激光打標。

1.3 綜合訓練階段：根據特種加工設備種類多，設備數量少、實習時間短的特點，在實習中采用多種設備組合進行加工，讓學生盡量多地了解加工設備和工藝流程，了解安全生產、質量保證等整個生產過程。

根據學校工程訓練中心的實際情況，我們的實習紀念品是由正面校徽圖案和反面學生自由設計圖案組成的不銹鋼薄片鑰匙吊牌（圖4）。

圖4

實習紀念品校徽基本加工工藝流程：

1.3.1 輪廓加工：數控電火花線切割機床加工，線切割割口防短路保護架是用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，保證圖案中心與紀念品毛坯中心一致（圖6）。

圖6

1.3.3 背面圖案：學生用CorelDRAW自由設計，激光打標加工。

在實習中，以組為單位，可開發類似的紀念品，并按基本工藝流程加工。學生根據任務要求，自行根據需要將任務分成若干模塊。在完成過程中，學生獨立選用設計方案、安排工藝流程、獨立進行操作、靈活安排進程、獨立對結果進行分析評定，最后獨立完成綜合報告。經過一段時間的運行，成功開發幾種書簽紀念品。從各種各樣的自主創意作品中，充分展示出了同學們豐富的個性，增強了學生的創新意識和成就感。

綜上所述，我們教學組正處于由傳統金工實習向工程訓練的轉變過程中，將由單純技能訓練型的教學模式向以工程訓練為主的教學理念轉化，即從單一零件加工的分離實習轉變為注重產品加工工藝流程的整體實習，從操作技能的重復訓練逐步發展到設計與加工并重的綜合訓練［10］。

2 建設開放型實訓教學體系

同學們在實習特種加工項目的基礎上，對于能力強、興趣高的部分學生可進一步選修加工和編程等方面專門項目或科研課題，為學生參加校內外各種競賽活動創造條件。這種模式的實習訓練強調了訓練的實踐探索性，對學生來說是一種全新的實習模式，學生具有一定的自主性，打破了被動實習的局面，營造了一種充分展示個性、激發創新精神和工程意識的實習新格局，有利于提高學生學習的主動性和自覺性，更有利于發揮學生的聰明才智，培養學生的實踐能力。目前由于種種原因，我們在建設開放型實習教學體系上還很不足，目前只有少部分同學報名，還沒有形成團隊。我們在充分向各兄弟院校學習的同時，根據自身情況將在今后的發展中逐步加強開放型實訓教學體系建設［11］。

3 結論

在近幾年的教學中，我們從改變傳統特種加工工程訓練的教學模式人手，改注入式為啟發式；改教師講授為主為以學生自主設計、自己動手為主，培養能力、開發創新意識為主。充分發揮學生的主觀能動性，使學生對特種加工更感興趣，使學生意識到了具備較強的實踐動手能力對于今后自身發展的重要性。同時達到在實踐中加深對理論知識的理解，提高動手實踐的目的，促使學生形成了主動思考、自我創新的意識。使學生在后續的專業課學習中有了感性認識，為后續的學習和工作打下良好的基礎。

［1］儲曉猛，楊建新.特種加工工程訓練改革探索與實踐［J］.科技信息，2009（34）：4.

［2］任旭東，張永康，姜銀方，等.特種加工實驗教學改革與實踐［J］.安徽工業大學學報（社會科學版），2008，25（4）：109-110.

［3］張厚江，錢樺，李寧，等.特種加工實驗課的準備與內容優化［J］.中國林業教育，2006（3）：65-67.

［4］傅水根.探索工程實踐教育［M］.北京：清華大學出版社，2007.

［5］傅水根，王坦，裴文中，等.數控線切割二維創新設計與制作網絡系統的開發［J］.教育儀器設備，2001（4）:28-30.

［6］劉傳憬.多格式圖像程序設計入門［M］.北京:人民郵電出版社，1995.

［7］王江平，付星斗.面向真實感激光內雕刻的立體照相系統［J］.儀器儀表學報，2009，30（6）：1145-1151.

［8］吳巖冰，陳中中，馬勝鋼，等.基于支持向量機的曲面數據修補［J］.制造技術與機床，2009（1）：126-128.

［9］葛寶臻，盧波，田慶國，等.激光三維掃描數據的表面重建［J］.計算機測量與控制，2006，14（10）：1366-1367.

［10］陳步云，陳旭凌.淺談我校實驗教學改革的經驗與體會［J］.實驗室科學，2010，13（2）:35-37.

［11］李曉春，曲曉海，楊洋，等.工程訓練教學改革探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2014，33（1）：229-232.