特种加工论文

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《特种加工》教学改革及实践

摘要:教学的目的是为了让学生掌握和应用所学知识,特种加工方法因为有别于传统加工,学生在掌握和理解上有一定的难度,更难以在设计中运用。通过对教学方法进行改革,提出三步教学,极大提高了学生对特种加工的认识和掌握,能够将其运用到具体的设计中,达到了教学的目的,也符合CDIO的教学理念。

关键词:特种加工;教学改革;实习;实验;CAI课件

特种加工是指传统的切削加工以外的新的加工方法,也叫非传统加工,《特种加工》课程是机械设计制造及其自动化专业的一门技术性较强的专业课程,课程涉及的内容包括各种特种加工方法的原理、特点、加工机理、机床组成、应用范围和应用实例。传统的课程讲授和学习也是按照这一循序渐进的主线展开和进行的。

传统的机械加工具有两个特点:一是加工刀具比加工材料硬;二是主要是利用机械能来实现被加工材料的去除的。随着科学技术和工业生产的发展,国民经济的各个行业对机械制造提出了许多新的要求:如何解决各种难切削材料(高硬度、高强度、高韧性或高脆性以及一些耐热合金钢、淬火钢等常规加工难于加工或无法加工的材料)的加工;解决各种复杂特殊表面(空间不规则曲面、窄缝、深孔等零件)的加工问题以及解决各种超精密和有特殊要求(如纳米加工、镜面加工等)的零件的加工问题等等。要解决上述问题,仅仅依靠传统的切削加工方

法很难实现,甚至无法实现,为此,出现了特种加工方法。与传统切削加工相比,特种加工主要不是依靠机械能、切削力进行加工,因而可以用较软的工具甚至(不用工具)加工较硬的工件[1],主要用于传统加工无能为力的领域。由于特种加工完全颠覆了传统的切削加工思想,因此,学生在初学时候往往无法理解其特点和加工过程,感到很难学好。另外,随着现代社会新材料、新加工技术的发展,对于机械类专业的学生又必须了解和掌握现代加工技术和手段,所以要求学生在校期间能够很好的理解和掌握特种加工的基本方法和理论。这就需要教师在教学方法和教学手段上采取新的措施,一方面加深学生对课堂知识的了解、掌握,另一方面提高学生学习的兴趣。

国内有的《特种加工》教材开发了相应的CAI演示课件,配合书本,应能提高学生对各种特种加工方法的理解,但就笔者多年教学实践发现,单纯配合CAI课件的特种加工教学虽能提高部分学生对特种加工基本过程的理解,但对教学效果提高并不是太大,究其原因主要有两方面:一是课件本身质量不高,制作粗糙、只能表现大致的加工过程,或者在投影仪上投影不清,学生对此印象不深;二是课后没有教学实践或实验教学相配合,达不到学以致用、强化认识的目的。上述原因导致学生学习流于形式,只是死记硬背一些加工的特征应付考试,考完就忘,在日常的机械设计当中几乎想不起来运用特种加工的方法来加工一些常规加工无法或加工困难的材料或零件表面,这与基于CDIO的现代教学理念是不相符的,因此,必须采取措施引导学生能够将所学知

识充分应用到设计中,达到学有所用,学为所用和用为所学的目的。为此,我们采取了三个步骤来提高学生在实践和应用中来体现特种加工的作用和魅力所在。

首先,开发CAI多媒体课件。在课堂教学中,我们自己开发了一套CAI教学课件,该课件用Flash制作,简单、清晰,比原教科书配备的光盘清晰且内容更丰富。主讲教师根据教学内容,选择运行相应的电子挂图和演示动画,通过辅助的文字、图片说明和语言解释,将课程内容传授给学生,使学生借助多媒体课件来正确地理解所学知识,起到事半功倍的效果[2]。通过采用这种适合自身情况的自制多媒体课件后,学生学习效果和积极性明显提高,能够更快更好的理解和掌握没中特种加工方式的原理、特点和典型加工过程,克服了原课件制作粗糙、讲述不清和内容偏少以及在针对性上的局限性。

其次,增加实验课程通过实验让学生理解和掌握特种加工的过程和特点。为此,结合学校特种加工实验室,安排4课时的实验,分别安排了电火花成型加工、电火花线切割加工、激光加工和超声波加工的实验。通过安排这些实验,一方面,学生通过对数控编程,巩固了数控知识;另一方面,通过自己亲手实践,在理解、巩固课堂所学知识的同时,还能从中发现问题获取课堂无法获得的知识。例如,在做如图1所示电火花线切割加工双曲面和扭转锥台试验时,学生对实际加工的零件形状、切割速度、切割面粗糙度、工作介质、所用电源以及机床本身都有了新的认识,通过设置不同的进给运动方向和夹角,可以切割加工空

间形状非常复杂的零件,而这些零件表面对于习惯于常规加工的学生来说,很多是不可思议的,甚至觉得是无法实现的,采用电火花线切割轻而易举的就完成了。这对他们的思想冲击是非常大的。学生做完实验,往往非常兴奋,会自觉和老师或同学进行深入讨论,这些肯定会加深他们对理论知识的掌握。

最后,引入实习环节实验课的开设让学生感受了特种加工的魅力所在和独特作用,但实验室里的加工毕竟不是真正的生产,为了让学生亲身感受特种加工方式在工业生产中的应用,我们在学生实习过程中安排了参观企业特种加工生产的环节。中国北车集团齐齐哈尔车辆厂是我们专业定点实习基地,该厂有比较齐全的机加工设备和电火花加工机、线切割加工机、电解、电铸加工机等特种加工机床,学生通过参观,扩大了见识,对特种加工的工业化生产组织形式、产品类型、生产环境以及机床操作等有了深入地了解,更新了观念[3]。比如在现场参观电火花取折断丝锥机时,学生看到工人手动进给加工工具(空心紫铜棒)来打碎折断在工件中的工具钢丝锥时感到非常诧异,在印象中总以为像这种特种加工模式应该是数控加工才对,没想到手动操作也可以,这对提高他们了解加工的环境和适应性有非常大的帮助。通过在工厂的实习参观,使学生全面了解和掌握了特种加工在生产中的应用条件、工作环境以及产品的适应性,这对他们以后从事的设计无疑具有非常直接的指导意义。

在过去的两届学生中,运用上述教学方法和思路对机械设计制造专业学生进行培养,在毕业设计中特意考察了其对特种加工在机械设计中的应用情况,在调查的30名学生中,有26人对于深长孔、硬质合金以及特殊表面的加工明确知道选择合适的特种加工方式进行加工,相比之下,之前该专业有一个班学生在被问及一个复杂型面的加工方式选择问题上只有一个学生能大概回答正确。由此可知,新的教学方法确实提高了学生运用和掌握特种加工知识的目的。

特种加工方式作为一种新型的加工方式,其加工优点尚不为大多数从事传统机加工的人员所熟悉和掌握,除了认知的缺乏外,一个重要的原因就在于特种加工教育教学手段和方法的局限和落后,在传统的教学思路和方法引导下,即便是学过特种加工方式的机械设计人员,在具体的设计中也很少考虑到用特种加工的方法去加工常规加工无法加工的材料或零件表面。另外,随着生产发展和科学实验的需要,国民经济的各个部门要求尖端科学技术产品向高硬度、高强度、耐高温、高压和复杂、精密形面等方向发展。这些都是常规加工无法加工或者即便能加工,其代价也非常高昂,因此,特种加工必将在新世纪得到更

进一步的推广和应用。对于学校等教育部门,研究适合于新时期特种加工教学的方法和理念,让学生在今后的工作中能有意识的将新型加工方式融入到设计和制造中,对于提高生产力和产品技术含量具有非常重要的意义。

参考文献: