特种加工实习探索

李 矢 周爱琴 唐俊彦

（1.郑州大学机械工程学院，河南郑州 450001；2.河南科技馆，河南 郑州 450002）

特种加工是机械技术、电子技术、计算机技术、伺服驱动技术等多学科交叉而成的一门新兴技术。特种加工的种类繁多，加工方法和原理也多种多样，从电、磁、声、光到粒子束、离子束，从金属材料到各种非金属材料和复合材料。特种加工技术在国际上被称为21世纪的技术，改革旧的教学模式，提高特种加工的教学质量是当务之急［1-4］。

郑州大学工程训练中心在特种加工设备方面，有电火花线切割机床（快走丝、中走丝各1台），电火花成形机床1台，激光打标机床2台、快速成型机（MEM350双喷头1台；UP plus2单喷头10台）、3D扫描仪2台，激光内雕机及三维照相机等设备。

1 教学改革的三个阶段

1.1 单项目实习：包括线切割实习、激光加工实习、激光内雕实习和3D打印实习。

线切割实习：讲解机床构造、加工原理与特点，CAXA线切割软件基本画图方法、编程方法，再由学生自由设计、编程，上传老师检查后进行加工［5］。

激光打标实习：讲解机床构造、加工原理与特点，CorelDraw软件基本画图方法，学生自由设计，上传老师检查后加工［6］。

激光内雕实习：讲解机床构造、加工原理与特点、3D相机和3D照片处理软件基本使用方法，用3D相机照相后学生自己处理自己的照片［7］，上传老师机检查后加工。

3D打印实习：讲解3D打印和三维扫描原理，三维扫描仪操作方法，反求软件GeomagicFoundation点云合成，stl文件上传MEM350打印［8-9］。

在这个阶段，老师从头到尾演示一遍，包括设备的操作、数据的输入等，学生再重复这一过程。这就造成了学生不动脑思考，只是单一地复制，枯燥无味，并不能学到相应的技能。

1.2 以点带面实习：随着学校教改的进展，实习时间缩短，我们根据专业实行重点项目为主实习，着重提高学生创新能力的培养。在特种加工教学中，充分利用同学们的好奇心，让学生们动手实践多做出些实物，郑州大学实习学生大多数是大二生，未学CAD课程、三维制图等各种制图软件。而特种加工实习基本上都涉及图形、图像的计算机处理，如何让学生在几个小时内学习使用软件、完成设计并有创新构思，是这个阶段教改课题。

在线切割教学中我们重点强调只有符合加工工艺的图纸才能加工。我们准备了字组画图库，学生在图库中寻找喜欢的字组画（图1），打开.exb文件，按自己的思路将字组画修改成符合线切割实习加工工艺的笔画（图2），完成自己的创新设计，有能力的学生可以在自己的照片上顺着照片的轮廓布置名字的笔画（图3），创作自己的书画同源作品。

作品编程后线切割加工，也可以保存为 格式，导入CAXA制造工程师拉伸后，3D打印或输出为plt打印程序进行激光打标。

1.3 综合训练阶段：根据特种加工设备种类多，设备数量少、实习时间短的特点，在实习中采用多种设备组合进行加工，让学生尽量多地了解加工设备和工艺流程，了解安全生产、质量保证等整个生产过程。

根据学校工程训练中心的实际情况，我们的实习纪念品是由正面校徽图案和反面学生自由设计图案组成的不锈钢薄片钥匙吊牌（图4）。

图4

实习纪念品校徽基本加工工艺流程：

1.3.1 轮廓加工：数控电火花线切割机床加工，线切割割口防短路保护架是用3D打印加工的。

1.3.2 校徽图案加工：

方法一：电火花成型加工。用紫铜（或石墨）电极加工图案型腔；文字用激光打标加工，电极用线切割校徽轮廓钢模、电火花逆极性加工紫铜（或石墨）电极（图5）。

方法二：激光打标加工。在激光加工中，用3D打印的工件定位模具，保证图案中心与纪念品毛坯中心一致（图6）。

图6

1.3.3 背面图案：学生用CorelDRAW自由设计，激光打标加工。

在实习中，以组为单位，可开发类似的纪念品，并按基本工艺流程加工。学生根据任务要求，自行根据需要将任务分成若干模块。在完成过程中，学生独立选用设计方案、安排工艺流程、独立进行操作、灵活安排进程、独立对结果进行分析评定，最后独立完成综合报告。经过一段时间的运行，成功开发几种书签纪念品。从各种各样的自主创意作品中，充分展示出了同学们丰富的个性，增强了学生的创新意识和成就感。

综上所述，我们教学组正处于由传统金工实习向工程训练的转变过程中，将由单纯技能训练型的教学模式向以工程训练为主的教学理念转化，即从单一零件加工的分离实习转变为注重产品加工工艺流程的整体实习，从操作技能的重复训练逐步发展到设计与加工并重的综合训练［10］。

2 建设开放型实训教学体系

同学们在实习特种加工项目的基础上，对于能力强、兴趣高的部分学生可进一步选修加工和编程等方面专门项目或科研课题，为学生参加校内外各种竞赛活动创造条件。这种模式的实习训练强调了训练的实践探索性，对学生来说是一种全新的实习模式，学生具有一定的自主性，打破了被动实习的局面，营造了一种充分展示个性、激发创新精神和工程意识的实习新格局，有利于提高学生学习的主动性和自觉性，更有利于发挥学生的聪明才智，培养学生的实践能力。目前由于种种原因，我们在建设开放型实习教学体系上还很不足，目前只有少部分同学报名，还没有形成团队。我们在充分向各兄弟院校学习的同时，根据自身情况将在今后的发展中逐步加强开放型实训教学体系建设［11］。

3 结论

在近几年的教学中，我们从改变传统特种加工工程训练的教学模式人手，改注入式为启发式；改教师讲授为主为以学生自主设计、自己动手为主，培养能力、开发创新意识为主。充分发挥学生的主观能动性，使学生对特种加工更感兴趣，使学生意识到了具备较强的实践动手能力对于今后自身发展的重要性。同时达到在实践中加深对理论知识的理解，提高动手实践的目的，促使学生形成了主动思考、自我创新的意识。使学生在后续的专业课学习中有了感性认识，为后续的学习和工作打下良好的基础。

［1］储晓猛，杨建新.特种加工工程训练改革探索与实践［J］.科技信息，2009（34）：4.

［2］任旭东，张永康，姜银方，等.特种加工实验教学改革与实践［J］.安徽工业大学学报（社会科学版），2008，25（4）：109-110.

［3］张厚江，钱桦，李宁，等.特种加工实验课的准备与内容优化［J］.中国林业教育，2006（3）：65-67.

［4］傅水根.探索工程实践教育［M］.北京：清华大学出版社，2007.

［5］傅水根，王坦，裴文中，等.数控线切割二维创新设计与制作网络系统的开发［J］.教育仪器设备，2001（4）:28-30.

［6］刘传憬.多格式图像程序设计入门［M］.北京:人民邮电出版社，1995.

［7］王江平，付星斗.面向真实感激光内雕刻的立体照相系统［J］.仪器仪表学报，2009，30（6）：1145-1151.

［8］吴岩冰，陈中中，马胜钢，等.基于支持向量机的曲面数据修补［J］.制造技术与机床，2009（1）：126-128.

［9］葛宝臻，卢波，田庆国，等.激光三维扫描数据的表面重建［J］.计算机测量与控制，2006，14（10）：1366-1367.

［10］陈步云，陈旭凌.浅谈我校实验教学改革的经验与体会［J］.实验室科学，2010，13（2）:35-37.

［11］李晓春，曲晓海，杨洋，等.工程训练教学改革探索与实践［J］.实验室研究与探索，2014，33（1）：229-232.