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        創(chuàng)意雕刻在工程實(shí)踐教學(xué)中的探索與應(yīng)用

        2022-01-06 10:40:18武強(qiáng)強(qiáng)徐永勝寇文軍
        實(shí)驗(yàn)室研究與探索 2021年11期
        關(guān)鍵詞:雕刻激光實(shí)訓(xùn)

        武強(qiáng)強(qiáng), 烏 蘭, 徐永勝, 沈 亮, 陳 響, 寇文軍

        (西北民族大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)部,蘭州730030)

        0 引 言

        高校工程實(shí)訓(xùn)是培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生工程實(shí)踐能力、工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的重要實(shí)踐活動(dòng),是培養(yǎng)學(xué)生安全意識(shí)、工程意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、實(shí)踐動(dòng)手能力的重要實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)[1-2]。但傳統(tǒng)的金工實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目已經(jīng)滿足不了現(xiàn)在工業(yè)化大發(fā)展的時(shí)代需求,為緊跟時(shí)代步伐,各高校必須進(jìn)行工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容的改革[3-4],以滿足時(shí)代的需求。以我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)部開(kāi)設(shè)的金工實(shí)習(xí)為例,在近期的實(shí)訓(xùn)中發(fā)現(xiàn),學(xué)生的積極性不是很高,特別是參加實(shí)訓(xùn)的非機(jī)專(zhuān)業(yè)的同學(xué),可以體會(huì)到,現(xiàn)在的學(xué)生不象之前的學(xué)生,他們更希望學(xué)習(xí)自己感興趣的東西,并希望將自己的想法能夠添加進(jìn)實(shí)習(xí)作品中。隨著受教育對(duì)象的改變,為適應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)要求的變化,我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)部工程訓(xùn)練中心對(duì)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容進(jìn)行了教學(xué)改革與探索,新增開(kāi)具有學(xué)生自主創(chuàng)新性的激光內(nèi)雕及數(shù)控雕刻創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

        1 創(chuàng)意雕刻應(yīng)用于工程訓(xùn)練的必要性

        先進(jìn)制造技術(shù)在機(jī)械行業(yè)領(lǐng)域有著重要的地位,代表著制造業(yè)的發(fā)展方向[5]。高校工程訓(xùn)練也在從傳統(tǒng)金工實(shí)習(xí)向現(xiàn)代化工程訓(xùn)練轉(zhuǎn)變;從傳統(tǒng)制造技術(shù)向先進(jìn)制造技術(shù)轉(zhuǎn)變;先進(jìn)制造技術(shù)可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)工程知識(shí)、激發(fā)創(chuàng)新潛力、提高工程實(shí)踐能力和工程意識(shí)起到其他課程不可替代的作用[6-7]。當(dāng)今大學(xué)生是隨著社會(huì)、科技、經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的背景下成長(zhǎng)起來(lái)的新一代大學(xué)生,接受新知識(shí)、新技術(shù)、新技能、新工藝的能力很強(qiáng),在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有很多學(xué)生有自己的一技之長(zhǎng),而且更關(guān)注各自的學(xué)習(xí)興趣愛(ài)好及對(duì)所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用[8-10]。

        為此工程訓(xùn)練中心在實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目上增設(shè)了激光內(nèi)雕、數(shù)控雕刻等作為學(xué)生的創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛(ài)好設(shè)計(jì)自己喜歡的作品并對(duì)其進(jìn)行實(shí)體加工,這對(duì)提高學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能培養(yǎng)及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等方面有重要意義,既豐富了實(shí)踐教學(xué)課程體系內(nèi)容,也能更好地引導(dǎo)學(xué)生從事自己喜歡的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力,更好地適應(yīng)制造業(yè)的大環(huán)境。

        2 創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)課程建設(shè)

        2.1 創(chuàng)意雕刻實(shí)踐教學(xué)課程改革

        根據(jù)新時(shí)期民族高等教育和應(yīng)用型人才培養(yǎng)要求,結(jié)合工程訓(xùn)練中心實(shí)踐教學(xué)實(shí)際情況,以工程訓(xùn)練為載體,不斷拓展和豐富實(shí)訓(xùn)內(nèi)容。建設(shè)富有特色的應(yīng)用型人才培養(yǎng)公共實(shí)踐教學(xué)平臺(tái),創(chuàng)建“夯實(shí)基本技能,提升綜合能力,激發(fā)創(chuàng)新精神”的實(shí)踐教學(xué)體系[11],在原有數(shù)控車(chē)、銑、電火花線切割等實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目基礎(chǔ)之上,增加了數(shù)控雕刻、激光內(nèi)雕等先進(jìn)制造技術(shù)方面的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,作為學(xué)生的創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣愛(ài)好設(shè)計(jì)自己喜歡的作品并對(duì)其進(jìn)行實(shí)體加工,這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能培養(yǎng)及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等方面有著重要意義;實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目豐富了工程訓(xùn)練實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及人才培養(yǎng)課程體系。

        2.2 創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)的硬件保障

        中心現(xiàn)有1臺(tái)三軸數(shù)控雕刻機(jī)床,1臺(tái)四軸數(shù)控雕刻機(jī)床,型號(hào)為Carver PMS16,2臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控雕刻機(jī),型號(hào)為SmartCNC450E_DRT,雕刻機(jī)X/Y/Z軸運(yùn)動(dòng)定位精度為8/6/6 μm,X/Y/Z軸重復(fù)定位精度為5/5/5 μm;該數(shù)控設(shè)備定位精度高,可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面零件產(chǎn)品、三維立體模型的精細(xì)化加工。并配置有ArtForm3.5及SurfMill8.0軟件,可以進(jìn)行產(chǎn)品的建模及完成數(shù)控編程;實(shí)驗(yàn)室有激光內(nèi)雕機(jī)Argus Pro 1臺(tái)套,三維相機(jī)1臺(tái),并配套有相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件,同時(shí)實(shí)訓(xùn)室有若干臺(tái)臺(tái)式機(jī),可用于學(xué)生實(shí)習(xí)時(shí)的作品設(shè)計(jì)及數(shù)控編程。故該創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目所需要的軟硬件設(shè)備都已經(jīng)具備,為實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開(kāi)展提供了設(shè)備保障。

        3 創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容及教學(xué)效果

        3.1 激光內(nèi)雕實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及內(nèi)容

        激光內(nèi)雕指的是利用激光對(duì)水晶等玻璃制品表面及體內(nèi)進(jìn)行文字、圖形、圖像的雕刻,是激光加工的一種形式[12-13]。

        激光內(nèi)雕實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容如表1所示,通過(guò)實(shí)訓(xùn),要求學(xué)生能進(jìn)行簡(jiǎn)單模型的設(shè)計(jì),會(huì)進(jìn)行點(diǎn)云后置處理,并能將輸出的點(diǎn)云文件在實(shí)體雕刻機(jī)上進(jìn)行加工,最后完成浮雕作品加工。

        表1 激光內(nèi)雕實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及內(nèi)容

        學(xué)生部分內(nèi)雕作品如圖1所示。

        圖1 學(xué)生激光內(nèi)雕部分作品

        3.2 數(shù)控雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及內(nèi)容

        數(shù)控雕刻技術(shù)CNC(Computer Numerical Control)是將傳統(tǒng)的手工雕刻技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)相結(jié)合的一種先進(jìn)制造技術(shù),它不僅傳承了手工雕刻工匠的靈活、精細(xì)、自如的特點(diǎn),同時(shí)又有數(shù)控技術(shù)的高效率及高精度;不僅可以改變傳統(tǒng)手工雕刻效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大的弊端,而且可以提高模型加工精度和工作效率,特別對(duì)一些輪廓復(fù)雜、難以加工的產(chǎn)品通過(guò)數(shù)控雕刻機(jī)完美地加工出來(lái),使產(chǎn)品的制作更加精致[14-15]。

        數(shù)控雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及內(nèi)容如表2所示,通過(guò)實(shí)訓(xùn)要求學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單模型的建模設(shè)計(jì)、工藝分析、走刀路徑規(guī)劃、NC程序的生成、NC程序的輸出、實(shí)體機(jī)床的操作,并完成雕刻作品加工。

        表2 數(shù)控雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及內(nèi)容

        學(xué)生部分雕刻作品如圖2所示。

        圖2 學(xué)生數(shù)控雕刻部分作品

        3.3 教學(xué)效果分析

        實(shí)驗(yàn)教學(xué)部工程訓(xùn)練中心結(jié)合實(shí)際情況,對(duì)工程訓(xùn)練進(jìn)行實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的教學(xué)改革探索,開(kāi)設(shè)激光內(nèi)雕及數(shù)控雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中學(xué)生可以自由選擇設(shè)計(jì)自己喜歡的作品,并能進(jìn)行實(shí)體操作加工,學(xué)生設(shè)計(jì)制作的產(chǎn)品可以帶走留作紀(jì)念。在實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目及實(shí)訓(xùn)過(guò)程中,改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式,實(shí)行小班化教學(xué),調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性、自主選擇、增加實(shí)訓(xùn)的趣味性,增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手的欲望,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀創(chuàng)意,讓創(chuàng)意雕刻走進(jìn)課堂,豐富數(shù)控雕刻實(shí)訓(xùn)內(nèi)容,最后在實(shí)體機(jī)床上進(jìn)行加工,使數(shù)控雕刻實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生自身的興趣結(jié)合起來(lái),形成具有創(chuàng)意性的數(shù)控雕刻實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目,培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和實(shí)踐動(dòng)手能力。

        教學(xué)上工程訓(xùn)練中心逐步形成了選修、必修、實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目等多層次、多學(xué)科多類(lèi)型的工程訓(xùn)練人才培養(yǎng)體系。激光內(nèi)雕及數(shù)控雕刻創(chuàng)意雕刻實(shí)訓(xùn)課程在必修及選修學(xué)生中同時(shí)開(kāi)設(shè),必修課程主要針對(duì)電氣工程學(xué)院、化工學(xué)院、土木工程學(xué)院、生命科學(xué)學(xué)院開(kāi)設(shè),必修學(xué)生主要是認(rèn)知性實(shí)訓(xùn),感興趣的同學(xué)可以參加選修課進(jìn)行更為深入的學(xué)習(xí),也可以參加實(shí)驗(yàn)室設(shè)置的開(kāi)放項(xiàng)目進(jìn)行學(xué)習(xí)。圖3所示為近3年參加金工實(shí)習(xí)學(xué)生來(lái)源及人數(shù)分布,從圖可見(jiàn),近年來(lái)參加實(shí)訓(xùn)的學(xué)生人數(shù)相對(duì)穩(wěn)定。

        圖3 近3年參加實(shí)訓(xùn)學(xué)生來(lái)源分布圖

        在實(shí)訓(xùn)中進(jìn)行小班化教學(xué),原來(lái)每組3~4人的實(shí)習(xí)小組,現(xiàn)在改革為每組1或2人,大大提升了每位同學(xué)親自動(dòng)手實(shí)踐操作的實(shí)踐過(guò)程。參與動(dòng)手的機(jī)會(huì)大大增加,而且作品的設(shè)計(jì)可以根據(jù)各自的喜好來(lái)選擇,很大程度上調(diào)動(dòng)了學(xué)生的自主性,積極性。在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的實(shí)訓(xùn)熱情高漲,開(kāi)設(shè)的創(chuàng)意雕刻項(xiàng)目在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中,以學(xué)生為中心,以教師輔導(dǎo)為輔,以學(xué)生自身興趣為動(dòng)力,通過(guò)興趣推動(dòng)學(xué)生去自主學(xué)習(xí)實(shí)踐,實(shí)踐證明取得了良好的教學(xué)效果。

        4 結(jié) 語(yǔ)

        實(shí)踐表明,將激光內(nèi)雕及數(shù)控雕刻創(chuàng)意雕刻新技術(shù)應(yīng)用于實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的實(shí)踐,大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,讓學(xué)生主動(dòng)參與到實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目中來(lái);主動(dòng)去獲取理論知識(shí),積極投入作品設(shè)計(jì)中,分析、制定加工方案,最后按照工藝流程加工出自己設(shè)計(jì)的作品。開(kāi)設(shè)的創(chuàng)意雕刻項(xiàng)目在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中,以學(xué)生為中心,以教師輔導(dǎo)為輔,以學(xué)生自身興趣為動(dòng)力,通過(guò)興趣推動(dòng)學(xué)生去自主學(xué)習(xí)實(shí)踐,實(shí)踐證明取得了良好的教學(xué)效果,對(duì)推動(dòng)工程訓(xùn)練實(shí)踐教學(xué)改革具有一定的借鑒作用。

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