以綜合工程能力培養為導向的線切割實踐教學改革

淮旭國 劉健 賈文軍 畢勝

摘 要 綜合工程能力培養是當前工程教育改革中最重要的方向之一，針對傳統線切割實踐教學存在的問題，將線切割教學與制作“迷你臺鉗”的實訓項目有機結合，讓學生從綜合工程項目實踐中掌握線切割的加工原理、機床結構、穿電極絲、手工和自動編程以及機床的操作，并切實體驗迷你臺鉗項目的全局考慮。通過項目運行，培養學生獨立分析問題的能力，激發學生的學習興趣，以期全面提高學生的綜合工程能力。

關鍵詞 工程素養 線切割 實踐教學改革 項目教學

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2018.04.043

The Reform of Line Cutting Practice Teaching Oriented

by the Cultivation of Comprehensive Engineering Ability

HUAI Xuguo， LIU Jian， JIA Wenjun， BI Sheng

（National Experimental Teaching Demonstration Center of Engineering Training， Tianjin Polytechnic University， Tianjin300387）

Abstract The cultivation of comprehensive engineering ability is one of the most important directions in the current engineering education reform. In light of the problems existing in traditional line cutting practice teaching， the combination of wire cutting teaching and the production of "Mini Vise" training programs is organically integrated， allowing students to work in integrated engineering. In the project practice， we have mastered the wire cutting machining principle， machine tool structure， electrode wire penetration， manual and automatic programming， and the operation of the machine tool， and truly experience the overall considerations of the mini-juice project. Through project operations， students' ability to analyze problems independently is stimulated， and students' interest in learning is stimulated， so as to comprehensively improve students' comprehensive engineering capabilities.

Keywords engineering accomplishment； line cutting； practice teaching reform； project teaching

現代社會的生產與生活都與工程科技密切相關，然而學生對于工程知識普遍缺少系統的培養和實踐，缺乏工程實踐能力和工程素養。[1]強化綜合工程能力的培養是工程教育改革中最重要的方向，為提高學生的工程素養，德國很早就提出以工程應用為導向的教學模式；[2]美國制定了ABETEC2000工程教育認證體系；日本建立了KIT工程設計教育目標。[3]在中國，教育部啟動的“卓越工程師教育培養計劃”和“工程教育專業認證”都把培養學生的工程素養作為專業建設水平的重要環節和考核指標。2013年《華盛頓會議》全會一致通過接納我國為第21個成員國，工程教育具備了與國外接軌的基本條件，經國內工程教育培養的學生將在更加廣闊的國際舞臺上與全球學生同臺競技，也意味著要求學生具備良好的工程素養。

實踐教學是學生在校期間綜合工程能力培養的重要組成部分，[4]如何在實踐教學中有效的培養學生的綜合工程能力成為工科院校需要思考和解決的問題。工程教學實習訓練中心作為學校公共基礎實踐教學大平臺，承擔著全校工科學生實習、實驗的實踐教學任務，應不斷加強培養學生的工程素養及能力。[5]為此工程教學實習訓練中心機械制造教學部拓展項目教學應用范圍，將特種加工中的電火花線切割實踐教學與制作“迷你臺鉗”的綜合實訓項目有機結合，培養學生的綜合工程能力。

1 當前工程教育及線切割實踐教學存在的問題

在工程教育亟待促進能力培養的大背景下，審視具體的工程教學，存在幾方面的突出問題：一是在應試教育的體制下學生動手實踐的意識不足，創新思維能力差，缺乏分析、解決問題的能力；二是學生在學習過程中與工程實際結合很少，理論與工程實際相脫節。工程實際的知識和經驗少，從而造成工程創新教育的效果差。解決上述問題的方法就是要不斷深化實踐教學改革，要有一個開放的、具有啟發引導作用的創新實踐環境，通過獨具特色的工程學生實踐教育環境和機電類的創新產品及作品，引導啟發學生主動思考、學習，提高了實踐教學的實效性。

金工實習實踐教學是學生在校期間工程實踐能力培養的重要環節，其中先進制造工種的線切割實踐教學也存在些許問題，如傳統的線切割教學中授課內容較多，包括傳授相關的理論知識、加工的特點、軟件的使用等，因為授課時間較長、加工速度慢，導致學生親自動手實踐的機會少，影響教學質量。

2 線切割項目式教學的實施

天津工業大學工程教學實習訓練中心自2012年開始基于CDIO實踐教學理念的教學改革與推廣，針對卓越工程師的培養，在實踐教學中采用貼近工程實際的項目制教學，金工實習教學將構思-設計-實施-操作的項目教學模式納入到實踐教學體系中。實訓中心機械制造教學部通過整合教師資源，更新教學內容，確定以設計制作“迷你臺鉗”（如圖1）作為機械工程學院卓越工程師班的實訓項目。針對線切割實踐教學存在的問題，需要對線切割實踐教學的傳統授課方式進行改革，將電火花線切割實踐教學與本中心開設的“迷你臺鉗制作”的實訓項目有機結合，進一步拓展了項目教學應用范圍，利用電火花線切割加工的特點，分析迷你臺鉗項目中哪些部件適合用電火花線切割機床加工，以達到培養學生主動分析思考、動手實踐、解決問題的能力。線切割項目式教學的具體實施如下：

2.1 電火花線切割加工原理以及電火花線切割機床結構

通過理論傳授加工原理和機床結構，大致掌握后為了更有效的鞏固知識，讓學生對機床進行維護，了解線切割機床的機械部分、儲絲筒、導向輪、工作臺、走絲機構、絲架等各個部件的位置以及彼此之間的連接方式。

2.2 線切割機床穿絲

線切割加工是利用移動的電極絲作為電極，對工件進行脈沖火花放電，靠放電時局部瞬間產生的高溫來除去工件材料，因此，斷絲是切割機床常見的一個故障。[6]讓學生掌握穿絲的技巧，并控制電極絲的松緊度，學會調整線切割的行程開關成為學生操作線切割機床必須要掌握的技能。

2.3 迷你臺鉗工藝分析及加工制造

利用電火花線切割加工的特點結合零件圖進行工藝分析，分析迷你臺鉗項目中哪些部件適合用電火花線切割機床加工，圖2 a為臺鉗底座，b為臺鉗固定端面，選擇相應的編程方式并將零部件加工出來。

a 臺鉗底座 b 臺鉗固定端面

2.4 線切割編程及線切割機床的操作

掌握電火花線切割機床的編程特點，學會手工編程和自動編程；學會用R2V和CAXA線切割軟件編程軟件進行自動編程。讓學生將測繪的圖紙導入CAXA電火花線切割軟件，輸人切人方向，輸人偏移量補償量，輸人穿絲點位置，最終生成零部件的代碼。然后將夾具底部擦拭干凈，置于工作臺上的適當位置緊固，根據圖紙的尺寸要求選擇合適的工件，安裝工件，找正并夾緊，最后將生成的代碼導入線切割機床，將零部件的實體加工出來。讓學生根據情況進行分組，選擇合適的工件，安排好加工時間，按實習要求完成在線切割實訓的內容，為后續迷你臺鉗加工贏得時間和效率。圖3為加工出來的零部件（槽和孔為后續加工）。

3 結論

將電火花線切割與制作迷你臺鉗的實訓項目有機結合，結合迷你臺鉗適合線切割加工的零件，分析圖紙，通過加工讓學生掌握電火花線切割的加工原理、機床結構，學會穿電極絲、手工和自動編程以及線切割機床的操作，并學會基于迷你臺鉗項目的全局考慮，包括加工工藝過程分析、加工時間的安排、加工技術經濟性分析等。通過項目運行，培養學生獨立分析問題的能力，激發學生的學習興趣，將理論與實踐相結合，提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力，推進學生創新思維和動手能力的提高，培養學生綜合的工程素養。

資助項目：天津工業大學高等教育教學改革研究項目（編號：2016-2-58）

參考文獻

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[2] 蔣啟平，何舸.中德兩國土木工程專業本科教育的比較與思考[J].高等建筑教育，2006.15（3）：17-22.

[3] 文穎，曾慶元.面向“卓越工程師”培養的土木工程專業畢業設計探討與創新[J].長沙鐵道學院學報：社會科學版，2012.13（3）：245-249.

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[5] 吳鳴，熊光晶.以工程能力培養為導向的工程教育改革研究[J].理工高教研究，2010.29（3）：54-59.

[6] 杜春平，蘇慶勇.電火花線切割加工技術及常見問題分析[J].熱加工工藝，2013.42（7）：209-211.