基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的激光內(nèi)雕加工工程訓(xùn)練教學(xué)組織

張春蕊 張志剛 許家寶 鞠錦勇

[摘 要] 隨著現(xiàn)代化加工技術(shù)的發(fā)展，工程訓(xùn)練作為大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)的中心環(huán)節(jié)，其教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)組織形式也需要不斷地升級(jí)和完善。從項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)角度出發(fā)，結(jié)合激光內(nèi)雕加工方式的特點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有激光加工工程訓(xùn)練模式進(jìn)行改進(jìn)，將教學(xué)組織過(guò)程類比為項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程，要求學(xué)生不僅能夠認(rèn)識(shí)和操作加工設(shè)備，而且能夠根據(jù)項(xiàng)目中的問(wèn)題，利用現(xiàn)有教學(xué)資源解決問(wèn)題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維，增強(qiáng)大學(xué)生對(duì)工程訓(xùn)練的理解，提高學(xué)生工程實(shí)踐的能力，同時(shí)也為同類課程的教學(xué)改革提供借鑒。

[關(guān)鍵詞] 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng);工程訓(xùn)練教學(xué);激光內(nèi)雕;教學(xué)組織

[基金項(xiàng)目] 教育部高等教育司2017年第二批產(chǎn)學(xué)協(xié)同育人項(xiàng)目（201702120052）;安徽工程大學(xué)本科教學(xué)質(zhì)量提升計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2017jyxm21）;

安徽工程大學(xué)引進(jìn)人才科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（2018YQQ005）

[作者簡(jiǎn)介] 張春蕊（1990—），女，山東濱州人，安徽工程大學(xué)工程研發(fā)與訓(xùn)練中心助理工程師，碩士，研究方向：先進(jìn)加工技術(shù)。

[中圖分類號(hào)] G420? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）19-0268-02? ? [收稿日期] 2019-11-15

一、引言

工程訓(xùn)練是大學(xué)生實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要組成部分，其目的在于培養(yǎng)學(xué)生的工程意識(shí)，增強(qiáng)大學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。由于傳統(tǒng)的加工方式自動(dòng)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(guò)程中，基于傳統(tǒng)加工方式的工程訓(xùn)練教學(xué)已不能滿足當(dāng)前教學(xué)需求。

二、激光加工原理及工藝流程

進(jìn)行激光內(nèi)雕加工時(shí)，激光通過(guò)適當(dāng)?shù)木劢狗绞竭M(jìn)入透明體內(nèi)部，在需要雕刻的位置，控制器在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生脈沖，使激光瞬間能量達(dá)到水晶的破壞值，產(chǎn)生極小的非透明白點(diǎn)，激光的雕刻位置按照?qǐng)D形的點(diǎn)云進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而構(gòu)成具有一定形狀的平面或者立體圖形。激光內(nèi)雕的工業(yè)流程主要包括以下部分，首先基于一定的圖形圖案，經(jīng)過(guò)圖形處理后，計(jì)算出圖形的點(diǎn)陣云圖，該點(diǎn)陣云圖就是激光加工的位置;然后在確定水晶尺寸的基礎(chǔ)上，設(shè)置合適的內(nèi)雕參數(shù);最后控制激光加工設(shè)備按照點(diǎn)云圖實(shí)現(xiàn)水晶內(nèi)部的雕刻。

三、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的激光加工教學(xué)組織分析

結(jié)合激光加工的特點(diǎn)，自動(dòng)化程度高，設(shè)備使用簡(jiǎn)單，在教學(xué)組織中，教師只需要將任務(wù)分配給每個(gè)學(xué)生，學(xué)生按照安全操作規(guī)范使用設(shè)備。這種簡(jiǎn)單的教學(xué)方式已經(jīng)不能滿足實(shí)習(xí)的要求。因此，在激光加工工程訓(xùn)練教學(xué)活動(dòng)中，本文提出將每一項(xiàng)任務(wù)賦予一定的工程含義。

四、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的激光加工教學(xué)組織形式

在激光內(nèi)雕加工實(shí)習(xí)教學(xué)中，首先教師作為指導(dǎo)者先介紹激光內(nèi)雕原理和設(shè)備使用及注意事項(xiàng)，保證學(xué)生在使用設(shè)備時(shí)安全規(guī)范。其次，將學(xué)生進(jìn)行分組，每個(gè)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(xiàng)目形式提出加工要求，保證內(nèi)雕圖形清晰居中并完成項(xiàng)目報(bào)告撰寫。接著學(xué)生根據(jù)各自水晶形狀和項(xiàng)目要求，討論提出項(xiàng)目難點(diǎn)及解決方案，同時(shí)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)及加工制作。以下，以八邊形水晶加工圖片為例分析項(xiàng)目難點(diǎn)。在規(guī)則水晶的加工過(guò)程中，水晶的放置位置如圖1所示，水晶放置在工作臺(tái)右上角，如圖1（a）所示。矩形水晶可以依靠工作臺(tái)的側(cè)邊來(lái)定位，以保證加工圖形可以居中。而對(duì)于其他形狀水晶，在放置時(shí)容易造成水晶傾斜，因此難以加工出居中的圖形。同時(shí)在圖形加工時(shí)，如果選用圖片或者圖形的點(diǎn)云過(guò)多，則加工中容易造成水晶破裂;反之，點(diǎn)云過(guò)少則加工圖形不清晰。因此，八邊形水晶內(nèi)雕項(xiàng)目實(shí)施難點(diǎn)包括：（1）水晶的定位;（2）圖片的處理。

水晶的定位需要學(xué)生通過(guò)自主設(shè)計(jì)滿足要求的工裝來(lái)保證。我們?cè)陂_(kāi)展教學(xué)過(guò)程中，同時(shí)引入了3D打印技術(shù)，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(guò)程中需要注意的問(wèn)題還有：（1）圖片大小確定時(shí)，按照水晶尺寸進(jìn)行設(shè)置長(zhǎng)寬高，以確定加工圖形的大小與水晶大小匹配;（2）加工時(shí)，水晶尺寸按照工裝尺寸進(jìn)行設(shè)置長(zhǎng)寬高。

另一方面，為了保證激光內(nèi)雕加工效果，圖片前期的處理至關(guān)重要。因此，文獻(xiàn)的查閱和PS的學(xué)習(xí)成為完成項(xiàng)目的關(guān)鍵。圖片的處理問(wèn)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(xué)生結(jié)合自身加工產(chǎn)品的圖形特點(diǎn)進(jìn)行選擇，以上這些問(wèn)題都是在項(xiàng)目完成過(guò)程中必須要了解的內(nèi)容，需要學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和探討。

最后，通過(guò)對(duì)以上兩個(gè)項(xiàng)目關(guān)鍵點(diǎn)的處理，學(xué)生即可對(duì)圖片進(jìn)行加工處理，完成加工任務(wù)，基于本文提出的激光內(nèi)雕加工工程訓(xùn)練教學(xué)組織形式，完成產(chǎn)品如圖2所示。成品完成后，學(xué)生還需根據(jù)加工過(guò)程中的問(wèn)題及解決方案撰寫出項(xiàng)目報(bào)告。綜合加工部分與項(xiàng)目報(bào)告對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)分，通過(guò)以上過(guò)程，即可完成對(duì)學(xué)生的激光加工工程訓(xùn)練。

五、結(jié)語(yǔ)

基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的激光內(nèi)雕加工訓(xùn)練的教學(xué)組織，將教學(xué)組織過(guò)程作為項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程，通過(guò)分配項(xiàng)目、分析項(xiàng)目難點(diǎn)、解決項(xiàng)目難題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。不僅讓學(xué)生學(xué)習(xí)激光內(nèi)雕原理和設(shè)備使用，而且在解決問(wèn)題的過(guò)程中，提高自學(xué)能力和創(chuàng)新意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力及協(xié)作意識(shí)。讓學(xué)生作為項(xiàng)目的主要參與人，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)工程訓(xùn)練的認(rèn)識(shí)，提高工程意識(shí)和工程能力。

參考文獻(xiàn)

[1]丁洪生，周郴知，楊志兵，等.工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)體系的改革與創(chuàng)新[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2005，22（6）：1-4.

[2]韓強(qiáng)，施新華，于謐，等.新形勢(shì)下深化工程訓(xùn)練教學(xué)改革初探[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2016，35（6）：214-217.

[3]張戈，張學(xué)軍，朱玉平，等.智能制造背景下工程訓(xùn)練中心建設(shè)探究[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017，34（2）：209-213.

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