基于項目驅動的激光內雕加工工程訓練教學組織

張春蕊 張志剛 許家寶 鞠錦勇

[摘 要] 隨著現代化加工技術的發展，工程訓練作為大學生實踐教學的中心環節，其教學內容和教學組織形式也需要不斷地升級和完善。從項目驅動角度出發，結合激光內雕加工方式的特點，對現有激光加工工程訓練模式進行改進，將教學組織過程類比為項目實施過程，要求學生不僅能夠認識和操作加工設備，而且能夠根據項目中的問題，利用現有教學資源解決問題，充分調動學生的創新意識和創新思維，增強大學生對工程訓練的理解，提高學生工程實踐的能力，同時也為同類課程的教學改革提供借鑒。

[關鍵詞] 項目驅動;工程訓練教學;激光內雕;教學組織

[基金項目] 教育部高等教育司2017年第二批產學協同育人項目（201702120052）;安徽工程大學本科教學質量提升計劃重點項目（2017jyxm21）;

安徽工程大學引進人才科研啟動基金項目（2018YQQ005）

[作者簡介] 張春蕊（1990—），女，山東濱州人，安徽工程大學工程研發與訓練中心助理工程師，碩士，研究方向：先進加工技術。

[中圖分類號] G420? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）19-0268-02? ? [收稿日期] 2019-11-15

一、引言

工程訓練是大學生實踐環節的重要組成部分，其目的在于培養學生的工程意識，增強大學生的實踐能力和創新能力。由于傳統的加工方式自動化水平低以及加工精度較低，在“智能制造”概念不斷深化的過程中，基于傳統加工方式的工程訓練教學已不能滿足當前教學需求。

二、激光加工原理及工藝流程

進行激光內雕加工時，激光通過適當的聚焦方式進入透明體內部，在需要雕刻的位置，控制器在極短的時間內產生脈沖，使激光瞬間能量達到水晶的破壞值，產生極小的非透明白點，激光的雕刻位置按照圖形的點云進行運動，從而構成具有一定形狀的平面或者立體圖形。激光內雕的工業流程主要包括以下部分，首先基于一定的圖形圖案，經過圖形處理后，計算出圖形的點陣云圖，該點陣云圖就是激光加工的位置;然后在確定水晶尺寸的基礎上，設置合適的內雕參數;最后控制激光加工設備按照點云圖實現水晶內部的雕刻。

三、項目驅動的激光加工教學組織分析

結合激光加工的特點，自動化程度高，設備使用簡單，在教學組織中，教師只需要將任務分配給每個學生，學生按照安全操作規范使用設備。這種簡單的教學方式已經不能滿足實習的要求。因此，在激光加工工程訓練教學活動中，本文提出將每一項任務賦予一定的工程含義。

四、項目驅動的激光加工教學組織形式

在激光內雕加工實習教學中，首先教師作為指導者先介紹激光內雕原理和設備使用及注意事項，保證學生在使用設備時安全規范。其次，將學生進行分組，每個組分配一塊水晶，水晶形狀各有不同（矩形、心形、菱形、六邊形、八邊形等），按照項目形式提出加工要求，保證內雕圖形清晰居中并完成項目報告撰寫。接著學生根據各自水晶形狀和項目要求，討論提出項目難點及解決方案，同時進行方案設計及加工制作。以下，以八邊形水晶加工圖片為例分析項目難點。在規則水晶的加工過程中，水晶的放置位置如圖1所示，水晶放置在工作臺右上角，如圖1（a）所示。矩形水晶可以依靠工作臺的側邊來定位，以保證加工圖形可以居中。而對于其他形狀水晶，在放置時容易造成水晶傾斜，因此難以加工出居中的圖形。同時在圖形加工時，如果選用圖片或者圖形的點云過多，則加工中容易造成水晶破裂;反之，點云過少則加工圖形不清晰。因此，八邊形水晶內雕項目實施難點包括：（1）水晶的定位;（2）圖片的處理。

水晶的定位需要學生通過自主設計滿足要求的工裝來保證。我們在開展教學過程中，同時引入了3D打印技術，可以利用該加工方式快速完成工裝的制作，如圖1（b）所示。完成工裝加工后，加工過程中需要注意的問題還有：（1）圖片大小確定時，按照水晶尺寸進行設置長寬高，以確定加工圖形的大小與水晶大小匹配;（2）加工時，水晶尺寸按照工裝尺寸進行設置長寬高。

另一方面，為了保證激光內雕加工效果，圖片前期的處理至關重要。因此，文獻的查閱和PS的學習成為完成項目的關鍵。圖片的處理問題包括：彩色圖片處理為灰度，灰度圖片處理為純黑白。純黑白圖片的處理效果也有很多方式，哪一種符合加工圖形的要求則需要學生結合自身加工產品的圖形特點進行選擇，以上這些問題都是在項目完成過程中必須要了解的內容，需要學生進行自主學習和探討。

最后，通過對以上兩個項目關鍵點的處理，學生即可對圖片進行加工處理，完成加工任務，基于本文提出的激光內雕加工工程訓練教學組織形式，完成產品如圖2所示。成品完成后，學生還需根據加工過程中的問題及解決方案撰寫出項目報告。綜合加工部分與項目報告對學生進行評分，通過以上過程，即可完成對學生的激光加工工程訓練。

五、結語

基于項目驅動的激光內雕加工訓練的教學組織，將教學組織過程作為項目實施過程，通過分配項目、分析項目難點、解決項目難題，充分調動學生的積極性。不僅讓學生學習激光內雕原理和設備使用，而且在解決問題的過程中，提高自學能力和創新意識、團隊協作能力及協作意識。讓學生作為項目的主要參與人，增強學生對工程訓練的認識，提高工程意識和工程能力。

參考文獻

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Teaching Organization of Project-driven Engineering Training of Laser Internal Engraving

ZHANG Chun-ruia， ZHANG Zhi-ganga， XU Jia-baoa， JU Jin-yongb

（a. Engineering Research and Training Center， b. School of Mechanical and Automotive Engineering， Anhui University of Engineering， Wuhu， Anhui 241000， China）

Abstract：With the development of modern processing technology， as the central link of the practice teaching for undergraduates， engineering training also needs to constantly upgrade and improve its teaching content and organization form. According to the characteristics of laser internal engraving processing， the present engineering training mode of laser processing is improved from a project-driven perspective. The process of teaching organization is compared to that of project implementation. Students are required not only to recognize and operate the processing equipment， but also to solve the problems according to the project requirements by using existing teaching resources. Under the proposed teaching mode， the innovative consciousness and thinking of the students can be fully mobilized. The understanding of the engineering training and the engineering practice ability of the students can also be enhanced. Moreover， it also provides reference for the teaching reform organization of similar courses.

Key words：project-driven; engineering training teaching; laser internal engraving; teaching organization