線切割教學(xué)在大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽上的作用

楊春

【摘 要】在全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽活動中，線切割加工由于適合加工高精度、高硬度、薄板類零件，深受參賽學(xué)生們的喜愛，選手們的很多參賽作品零部件都是在線切割機床上加工完成的。本文介紹了大連理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心線切割教學(xué)模塊如何在大學(xué)生工程訓(xùn)練教學(xué)環(huán)節(jié)就側(cè)重線切割的實際加工，在大學(xué)生參賽作品零部件切割加工過程中加強現(xiàn)場指導(dǎo)，為我校參賽選手在大賽中取得良好成績做出很大的貢獻。

【關(guān)鍵詞】綜合能力競賽 ? ?工程訓(xùn)練 ? ? 線切割

大連理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心是首批國家級實驗教學(xué)示范中心。經(jīng)過多年的建設(shè)，現(xiàn)在已經(jīng)成為大學(xué)生課外科技創(chuàng)新實踐的主要培訓(xùn)和活動基地，成為大學(xué)生完成發(fā)明創(chuàng)造和競賽作品的第一場所。

該中心下設(shè)的先進制造技術(shù)實訓(xùn)部線切割教學(xué)模塊配備四臺DK7725e快走絲線切割機床。我校參加大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽的學(xué)生可以利用課余時間自己動手在線切割機床上切割加工參賽作品零部件，并對自己的參賽作品完成組裝和測試。幾年來，我校數(shù)十名選手在這里加工、制作自己的競賽作品，參加大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽，取得了優(yōu)異的成績。

一、問題的提出

全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽是一項綜合性賽事。競賽與高等學(xué)校工程訓(xùn)練教學(xué)相銜接，綜合體現(xiàn)大學(xué)生機械創(chuàng)新設(shè)計能力、制造工藝能力、實際動手能力、工程管理能力和團隊合作能力的水平。競賽激發(fā)了大學(xué)生進行科學(xué)研究與探索的興趣，有利于培養(yǎng)大學(xué)生工程實踐能力、創(chuàng)新意識和合作精神。

競賽要求參賽的大學(xué)生在參加工程訓(xùn)練綜合能力競賽時，除了根據(jù)自己所學(xué)專業(yè)知識設(shè)計好參賽作品外，還要親自動手，利用學(xué)校提供的機器設(shè)備親手制作出參賽作品的零部件，組裝、調(diào)試好參賽作品，參加比賽。由于線切割適合加工高精度、高強度、高硬度、薄板類零件，深受參賽同學(xué)們的喜愛，我校選手們的很多參賽作品零部件都是在線切割機床上加工完成的。數(shù)控線切割機床是一種高精度、自動化程度比較高的、操作復(fù)雜的先進制造設(shè)備，其知識涉及機械、電子、計算機以及自動控制等多個領(lǐng)域。如何使參賽選手們較好地學(xué)習(xí)、掌握線切割機床的實際操作技能，安全、快速、高精度地加工出自己設(shè)計的機械零部件，是擺在我們實訓(xùn)教師面前的重要任務(wù)。

二、教學(xué)的組織與特色

1. 在工程訓(xùn)練教學(xué)環(huán)節(jié)側(cè)重實踐教學(xué)

我們在工程訓(xùn)練教學(xué)環(huán)節(jié)上對大學(xué)生們采用理論授課和現(xiàn)場機床實踐相結(jié)合的教學(xué)模式，嚴(yán)格控制教師的理論授課時間，把大量課堂時間留給學(xué)生，讓他們親自動手設(shè)計、加工機械零件，切實提高他們的實際動手能力。我們首先向?qū)W生傳授放電加工的基本原理、機床的基本結(jié)構(gòu)和線切割加工的基本工藝知識。為了提高同學(xué)們對機床的實際操作能力，我們會盡量安排多一點時間，讓同學(xué)們親自動手對一些簡單截面圖形零部件進行手工編程和實際切割加工練習(xí)。對于機械類同學(xué)，我們還要另外安排一整天的時間對同學(xué)們進行二維創(chuàng)新線切割實際加工訓(xùn)練。教同學(xué)們學(xué)習(xí)使用CAXA線切割自動編程軟件對自己設(shè)計的二維創(chuàng)新零件進行程序編制。這時，同學(xué)們要學(xué)會在計算機屏幕上繪制機械零件圖，熟悉機床實際切割加工路徑，自動生成線切割機床G代碼程序。同學(xué)們還要學(xué)習(xí)、鞏固線切割機床的實際加工操作和放電參數(shù)，利用生成的G代碼程序，在DK7725e快走絲線切割機床上，親自動手切割加工出二維創(chuàng)新零件。

當(dāng)同學(xué)們的二維創(chuàng)新零件加工完成后，我們還要安排專門時間組織同學(xué)們對自己設(shè)計、加工的零件進行討論。在討論過程中，同學(xué)們根據(jù)自己的設(shè)計、編程和切割加工的實際情況，對自己一天的工作進行總結(jié)，切實理解工件的裝夾、加工路徑的方向、切入切出點的選擇，探索提高零件切割加工精度的辦法。在討論過程中我們總結(jié)出如下經(jīng)驗教訓(xùn)：

（1）在二維創(chuàng)新零件設(shè)計過程中，同學(xué)們都過度重視自己設(shè)計的圖形的美觀，而忽視了對零件實際功能的設(shè)計和對創(chuàng)新的理解。今后要加強對零部件的實際功能設(shè)計，重點考慮機械零部件實際功能的創(chuàng)新。

（2）要根據(jù)零件的實際情況，正確安排零件的切入、切出點位置，正確安排工件切割加工路徑，以便提高零件實際切割加工精度，還要根據(jù)零件的實際情況適當(dāng)調(diào)整放電加工工藝參數(shù)，使加工參數(shù)更加合理。

（3）要能夠讀懂CAXA線切割自動編程軟件生成的G代碼切割加工程序。在快走絲線切割機床上，通過修改G代碼程序的相關(guān)語句，能方便地修改切割加工助走線路徑長度。提高零件加工的位置精度。

（4）要認真分析研究快走絲線切割機床電極絲走絲機構(gòu)的組成和原理。電極絲走絲機構(gòu)是快走絲線切割機床最復(fù)雜、最精密、最容易出現(xiàn)問題的零部件，它的狀態(tài)直接影響線切割實際加工精度。

2. 領(lǐng)導(dǎo)重視，利用課余時間對參賽選手進行技術(shù)培訓(xùn)

在中心的安排下，組織指導(dǎo)教師專門安排時間對參賽選手進行技術(shù)培訓(xùn)。在培訓(xùn)中，我們力求貼近生產(chǎn)加工實際，給同學(xué)們創(chuàng)造真實的生產(chǎn)加工環(huán)境：

（1）講解工件的裝夾、找正、定位等有關(guān)加工的基礎(chǔ)操作知識;

（2）講解電極絲垂直度的調(diào)整方法;

（3）講解DK7725快走絲線切割機床儲絲筒繞絲的方法;

（4）講解工作液循環(huán)系統(tǒng)組成，方便同學(xué)在加工過程中現(xiàn)場處理突發(fā)故障;

（5）指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會根據(jù)加工圖紙尺寸編制加工程序的方法，培養(yǎng)一切以加工圖紙為中心的職業(yè)素養(yǎng)。

3. 創(chuàng)造方便條件幫助同學(xué)們切割加工參賽作品零部件

為了給同學(xué)們提供比較好的條件，讓他們加工出更加精良的參賽作品，我們專門配備一臺安裝CAXA線切割自動編程軟件的計算機用于線切割加工的自動編程。在這臺計算機上，同學(xué)們可以根據(jù)實際需要安裝各種工具軟件用于圖形的轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理 。

我們授課教師根據(jù)自己多年的實際工作經(jīng)驗，編寫打印了《DK7725e快走絲線切割機床操作》《DK7725e快走絲線切割機床故障報警處理辦法》和《創(chuàng)新加工注意事項》等文檔材料，并把它們掛在機床上，方便同學(xué)們查閱。在這些資料中，我們力求把每一個加工步驟都交代清楚，在每一個操作中把可能出現(xiàn)的故障和處理辦法都清楚地列出來，供同學(xué)們參考。

此外，對于在實際加工中需要注意的瑣碎事項，我們也在黑板上醒目的位置逐條列出來，請同學(xué)們隨時注意：

（1）在加工中要注意人身和設(shè)備的安全;

（2）機床加工過程中操作人員不能離開，防火防盜;

（3）注意工作液循環(huán)系統(tǒng)是否工作正常，工作液是否澆在放電點上，是否有工作液短缺現(xiàn)象;

（4）是否會有沉重的加工廢料掉下，防止砸斷正在工作的電極絲;

（5）是否會有切割掉的加工廢料搭到電極絲上，防止切割廢料造成短路影響正常加工。

4.針對零件加工容易出現(xiàn)的問題組織預(yù)案

通過我們精心安排的大學(xué)生工程訓(xùn)練實訓(xùn)教學(xué)，同學(xué)們一般就具備了比較強的線切割加工理論水平和機床實際操作能力。表現(xiàn)在大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽上，同學(xué)們在切割加工自己的參賽作品時，對線切割加工現(xiàn)場突發(fā)事件就具備很強的分析問題和解決問題的能力。

參賽選手在制作自己的參賽作品時，一般都會選用具有一定厚度的鋁板加工制作結(jié)構(gòu)件，其中很多這樣的厚鋁板類零件是在快走絲線切割機床上切割加工完成的。但是對于鋁這種硬度比較小的材料，在線切割加工過程中，電極絲極易粘上大量的氧化鋁粉末，導(dǎo)致電極絲和導(dǎo)電塊滑動接觸表面接觸不良，使電極絲和導(dǎo)電塊之間產(chǎn)生火花放電，出現(xiàn)“燒導(dǎo)電塊”現(xiàn)象。出現(xiàn)這種異常情況后，被加工工件和電極絲之間的正常放電停止，放電點出現(xiàn)在電極鉬絲和導(dǎo)電塊之間。這時，工作臺上的工件夾著電極絲繼續(xù)按加工程序設(shè)計好的路徑移動，最終導(dǎo)致電極絲被工件拉斷，加工出現(xiàn)廢品。

針對這種問題，我們在實際切割加工過程中組織同學(xué)對故障原因進行分析，結(jié)合同學(xué)們對快走絲線切割機床走絲系統(tǒng)和機床進給系統(tǒng)的理解，有針對性地對易出現(xiàn)的故障采取防范措施：

（1）針對電極絲粘鋁粉的問題，我們在機床的走絲系統(tǒng)上安裝刮絲板。刮絲板材料選用硬橡膠等較硬的絕緣材料，電極絲通過它們時，產(chǎn)生磨擦。利用摩擦力，刮掉電極絲上附著的鋁粉，減少電極絲與導(dǎo)電塊的放電概率;

（2）電極絲上易附著鋁粉的主要原因是機床切割加工過程中工作臺進給速度過快，電極絲在工件加工過程中會經(jīng)常接觸到被加工材料。明白了這個道理，同學(xué)們在線切割加工過程中會通過降低工作臺進給速度，有效地減少電極絲表面粘鋁粉現(xiàn)象，減小了厚鋁板線切割過程中出現(xiàn)的“燒導(dǎo)電塊”故障;

（3）適當(dāng)調(diào)整放電參數(shù)，減小放電脈寬，增加放電間歇時間。增強乳化液對放電間隙的洗滌效果，增加清除放電產(chǎn)生的電蝕物的能力。

5.教師為提高零件加工質(zhì)量進行的技術(shù)革新

針對機床工作液不能流淌到放點問題（如圖1所示），我們分析這是由于機床工作液循環(huán)系統(tǒng)老化造成的，靠手動調(diào)節(jié)工作液流量調(diào)節(jié)閥已經(jīng)不能有效地解決問題。于是我們授課教師自己動手制作了工作液導(dǎo)流裝置（如圖2所示），把它安裝到線切割機床上絲架工作液出口處。這樣，偏移的工作液水柱就會順著工作液導(dǎo)流嘴準(zhǔn)確地流淌到工件放電點處，使工作液有效地起到了絕緣、冷卻、排屑作用，減少了因工作液流淌問題造成的加工中斷絲現(xiàn)象，提高了工作效率（如圖3所示）。

圖1 工作液沒有澆到放電加工點

圖2 工作液導(dǎo)向裝置

圖3 線切割加工效果圖

三、結(jié)束語

圖4 無碳小車齒輪傳動機構(gòu)

通過采取上述措施，我校參加大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽的學(xué)生都能順利地利用我們這個開放的線切割加工平臺熟練地、高質(zhì)量地加工出自己的參賽作品零部件。加工制作的參賽作品在大賽中表現(xiàn)優(yōu)異，為學(xué)校爭得很多榮譽。圖4為我校同學(xué)制作的無碳小車參賽作品，在“第三屆全國大學(xué)生工程訓(xùn)練綜合能力競賽”上榮獲了二等獎，其中的齒輪傳動機構(gòu)和小車結(jié)構(gòu)零件就是利用我們的線切割機床加工完成的。

實踐證明，開放的線切割教學(xué)模塊有利于大學(xué)生工程訓(xùn)練競賽的開展，學(xué)生們可以根據(jù)自己的興趣把課堂上所學(xué)的知識和實踐密切聯(lián)系起來，進行探索和創(chuàng)新，有利于加深學(xué)生對所學(xué)專業(yè)的了解，拓寬學(xué)生的知識面，培養(yǎng)良好的團隊合作精神，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

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