线切割教学在大学生工程训练综合能力竞赛上的作用

【摘 要】在全国大学生工程训练综合能力竞赛活动中，线切割加工由于适合加工高精度、高硬度、薄板类零件，深受参赛学生们的喜爱，选手们的很多参赛作品零部件都是在线切割机床上加工完成的。本文介绍了大连理工大学工程训练中心线切割教学模块如何在大学生工程训练教学环节就侧重线切割的实际加工，在大学生参赛作品零部件切割加工过程中加强现场指导，为我校参赛选手在大赛中取得良好成绩做出很大的贡献。

【关键词】综合能力竞赛 工程训练 线切割

大连理工大学工程训练中心是首批国家级实验教学示范中心。经过多年的建设，现在已经成为大学生课外科技创新实践的主要培训和活动基地，成为大学生完成发明创造和竞赛作品的第一场所。

该中心下设的先进制造技术实训部线切割教学模块配备四台DK7725e快走丝线切割机床。我校参加大学生工程训练综合能力竞赛的学生可以利用课余时间自己动手在线切割机床上切割加工参赛作品零部件，并对自己的参赛作品完成组装和测试。几年来，我校数十名选手在这里加工、制作自己的竞赛作品，参加大学生工程训练综合能力竞赛，取得了优异的成绩。

一、问题的提出

全国大学生工程训练综合能力竞赛是一项综合性赛事。竞赛与高等学校工程训练教学相衔接，综合体现大学生机械创新设计能力、制造工艺能力、实际动手能力、工程管理能力和团队合作能力的水平。竞赛激发了大学生进行科学研究与探索的兴趣，有利于培养大学生工程实践能力、创新意识和合作精神。

竞赛要求参赛的大学生在参加工程训练综合能力竞赛时，除了根据自己所学专业知识设计好参赛作品外，还要亲自动手，利用学校提供的机器设备亲手制作出参赛作品的零部件，组装、调试好参赛作品，参加比赛。由于线切割适合加工高精度、高强度、高硬度、薄板类零件，深受参赛同学们的喜爱，我校选手们的很多参赛作品零部件都是在线切割机床上加工完成的。数控线切割机床是一种高精度、自动化程度比较高的、操作复杂的先进制造设备，其知识涉及机械、电子、计算机以及自动控制等多个领域。如何使参赛选手们较好地学习、掌握线切割机床的实际操作技能，安全、快速、高精度地加工出自己设计的机械零部件，是摆在我们实训教师面前的重要任务。

二、教学的组织与特色

1. 在工程训练教学环节侧重实践教学

我们在工程训练教学环节上对大学生们采用理论授课和现场机床实践相结合的教学模式，严格控制教师的理论授课时间，把大量课堂时间留给学生，让他们亲自动手设计、加工机械零件，切实提高他们的实际动手能力。我们首先向学生传授放电加工的基本原理、机床的基本结构和线切割加工的基本工艺知识。为了提高同学们对机床的实际操作能力，我们会尽量安排多一点时间，让同学们亲自动手对一些简单截面图形零部件进行手工编程和实际切割加工练习。对于机械类同学，我们还要另外安排一整天的时间对同学们进行二维创新线切割实际加工训练。教同学们学习使用CAXA线切割自动编程软件对自己设计的二维创新零件进行程序编制。这时，同学们要学会在计算机屏幕上绘制机械零件图，熟悉机床实际切割加工路径，自动生成线切割机床G代码程序。同学们还要学习、巩固线切割机床的实际加工操作和放电参数，利用生成的G代码程序，在DK7725e快走丝线切割机床上，亲自动手切割加工出二维创新零件。

当同学们的二维创新零件加工完成后，我们还要安排专门时间组织同学们对自己设计、加工的零件进行讨论。在讨论过程中，同学们根据自己的设计、编程和切割加工的实际情况，对自己一天的工作进行总结，切实理解工件的装夹、加工路径的方向、切入切出点的选择，探索提高零件切割加工精度的办法。在讨论过程中我们总结出如下经验教训：

（1）在二维创新零件设计过程中，同学们都过度重视自己设计的图形的美观，而忽视了对零件实际功能的设计和对创新的理解。今后要加强对零部件的实际功能设计，重点考虑机械零部件实际功能的创新。

（2）要根据零件的实际情况，正确安排零件的切入、切出点位置，正确安排工件切割加工路径，以便提高零件实际切割加工精度，还要根据零件的实际情况适当调整放电加工工艺参数，使加工参数更加合理。

（3）要能够读懂CAXA线切割自动编程软件生成的G代码切割加工程序。在快走丝线切割机床上，通过修改G代码程序的相关语句，能方便地修改切割加工助走线路径长度。提高零件加工的位置精度。

（4）要认真分析研究快走丝线切割机床电极丝走丝机构的组成和原理。电极丝走丝机构是快走丝线切割机床最复杂、最精密、最容易出现问题的零部件，它的状态直接影响线切割实际加工精度。

2. 领导重视，利用课余时间对参赛选手进行技术培训

在中心的安排下，组织指导教师专门安排时间对参赛选手进行技术培训。在培训中，我们力求贴近生产加工实际，给同学们创造真实的生产加工环境：

（1）讲解工件的装夹、找正、定位等有关加工的基础操作知识;

（2）讲解电极丝垂直度的调整方法;

（3）讲解DK7725快走丝线切割机床储丝筒绕丝的方法;

（4）讲解工作液循环系统组成，方便同学在加工过程中现场处理突发故障;

（5）指导学生学会根据加工图纸尺寸编制加工程序的方法，培养一切以加工图纸为中心的职业素养。

3. 创造方便条件帮助同学们切割加工参赛作品零部件

为了给同学们提供比较好的条件，让他们加工出更加精良的参赛作品，我们专门配备一台安装CAXA线切割自动编程软件的计算机用于线切割加工的自动编程。在这台计算机上，同学们可以根据实际需要安装各种工具软件用于图形的转换和数据处理 。

我们授课教师根据自己多年的实际工作经验，编写打印了《DK7725e快走丝线切割机床操作》《DK7725e快走丝线切割机床故障报警处理办法》和《创新加工注意事项》等文档材料，并把它们挂在机床上，方便同学们查阅。在这些资料中，我们力求把每一个加工步骤都交代清楚，在每一个操作中把可能出现的故障和处理办法都清楚地列出来，供同学们参考。

此外，对于在实际加工中需要注意的琐碎事项，我们也在黑板上醒目的位置逐条列出来，请同学们随时注意：

（1）在加工中要注意人身和设备的安全;

（2）机床加工过程中操作人员不能离开，防火防盗;

（3）注意工作液循环系统是否工作正常，工作液是否浇在放电点上，是否有工作液短缺现象;

（4）是否会有沉重的加工废料掉下，防止砸断正在工作的电极丝;

（5）是否会有切割掉的加工废料搭到电极丝上，防止切割废料造成短路影响正常加工。

4.针对零件加工容易出现的问题组织预案

通过我们精心安排的大学生工程训练实训教学，同学们一般就具备了比较强的线切割加工理论水平和机床实际操作能力。表现在大学生工程训练综合能力竞赛上，同学们在切割加工自己的参赛作品时，对线切割加工现场突发事件就具备很强的分析问题和解决问题的能力。

参赛选手在制作自己的参赛作品时，一般都会选用具有一定厚度的铝板加工制作结构件，其中很多这样的厚铝板类零件是在快走丝线切割机床上切割加工完成的。但是对于铝这种硬度比较小的材料，在线切割加工过程中，电极丝极易粘上大量的氧化铝粉末，导致电极丝和导电块滑动接触表面接触不良，使电极丝和导电块之间产生火花放电，出现“烧导电块”现象。出现这种异常情况后，被加工工件和电极丝之间的正常放电停止，放电点出现在电极钼丝和导电块之间。这时，工作台上的工件夹着电极丝继续按加工程序设计好的路径移动，最终导致电极丝被工件拉断，加工出现废品。

针对这种问题，我们在实际切割加工过程中组织同学对故障原因进行分析，结合同学们对快走丝线切割机床走丝系统和机床进给系统的理解，有针对性地对易出现的故障采取防范措施：

（1）针对电极丝粘铝粉的问题，我们在机床的走丝系统上安装刮丝板。刮丝板材料选用硬橡胶等较硬的绝缘材料，电极丝通过它们时，产生磨擦。利用摩擦力，刮掉电极丝上附着的铝粉，减少电极丝与导电块的放电概率;

（2）电极丝上易附着铝粉的主要原因是机床切割加工过程中工作台进给速度过快，电极丝在工件加工过程中会经常接触到被加工材料。明白了这个道理，同学们在线切割加工过程中会通过降低工作台进给速度，有效地减少电极丝表面粘铝粉现象，减小了厚铝板线切割过程中出现的“烧导电块”故障;

（3）适当调整放电参数，减小放电脉宽，增加放电间歇时间。增强乳化液对放电间隙的洗涤效果，增加清除放电产生的电蚀物的能力。

5.教师为提高零件加工质量进行的技术革新

针对机床工作液不能流淌到放点问题（如图1所示），我们分析这是由于机床工作液循环系统老化造成的，靠手动调节工作液流量调节阀已经不能有效地解决问题。于是我们授课教师自己动手制作了工作液导流装置（如图2所示），把它安装到线切割机床上丝架工作液出口处。这样，偏移的工作液水柱就会顺着工作液导流嘴准确地流淌到工件放电点处，使工作液有效地起到了绝缘、冷却、排屑作用，减少了因工作液流淌问题造成的加工中断丝现象，提高了工作效率（如图3所示）。

图1 工作液没有浇到放电加工点

图2 工作液导向装置

图3 线切割加工效果图

三、结束语

图4 无碳小车齿轮传动机构

通过采取上述措施，我校参加大学生工程训练综合能力竞赛的学生都能顺利地利用我们这个开放的线切割加工平台熟练地、高质量地加工出自己的参赛作品零部件。加工制作的参赛作品在大赛中表现优异，为学校争得很多荣誉。图4为我校同学制作的无碳小车参赛作品，在“第三届全国大学生工程训练综合能力竞赛”上荣获了二等奖，其中的齿轮传动机构和小车结构零件就是利用我们的线切割机床加工完成的。

实践证明，开放的线切割教学模块有利于大学生工程训练竞赛的开展，学生们可以根据自己的兴趣把课堂上所学的知识和实践密切联系起来，进行探索和创新，有利于加深学生对所学专业的了解，拓宽学生的知识面，培养良好的团队合作精神，提升学生的创新能力。

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