基于项目驱动的激光内雕加工工程训练教学组织

张春蕊 张志刚 许家宝 鞠锦勇

[摘 要] 随着现代化加工技术的发展，工程训练作为大学生实践教学的中心环节，其教学内容和教学组织形式也需要不断地升级和完善。从项目驱动角度出发，结合激光内雕加工方式的特点，对现有激光加工工程训练模式进行改进，将教学组织过程类比为项目实施过程，要求学生不仅能够认识和操作加工设备，而且能够根据项目中的问题，利用现有教学资源解决问题，充分调动学生的创新意识和创新思维，增强大学生对工程训练的理解，提高学生工程实践的能力，同时也为同类课程的教学改革提供借鉴。

[关键词] 项目驱动;工程训练教学;激光内雕;教学组织

[基金项目] 教育部高等教育司2017年第二批产学协同育人项目（201702120052）;安徽工程大学本科教学质量提升计划重点项目（2017jyxm21）;

安徽工程大学引进人才科研启动基金项目（2018YQQ005）

[作者簡介] 张春蕊（1990—），女，山东滨州人，安徽工程大学工程研发与训练中心助理工程师，硕士，研究方向：先进加工技术。

[中图分类号] G420    [文献标识码] A    [文章编号] 1674-9324（2020）19-0268-02    [收稿日期] 2019-11-15

一、引言

工程训练是大学生实践环节的重要组成部分，其目的在于培养学生的工程意识，增强大学生的实践能力和创新能力。由于传统的加工方式自动化水平低以及加工精度较低，在“智能制造”概念不断深化的过程中，基于传统加工方式的工程训练教学已不能满足当前教学需求。

二、激光加工原理及工艺流程

进行激光内雕加工时，激光通过适当的聚焦方式进入透明体内部，在需要雕刻的位置，控制器在极短的时间内产生脉冲，使激光瞬间能量达到水晶的破坏值，产生极小的非透明白点，激光的雕刻位置按照图形的点云进行运动，从而构成具有一定形状的平面或者立体图形。激光内雕的工业流程主要包括以下部分，首先基于一定的图形图案，经过图形处理后，计算出图形的点阵云图，该点阵云图就是激光加工的位置;然后在确定水晶尺寸的基础上，设置合适的内雕参数;最后控制激光加工设备按照点云图实现水晶内部的雕刻。

三、项目驱动的激光加工教学组织分析

结合激光加工的特点，自动化程度高，设备使用简单，在教学组织中，教师只需要将任务分配给每个学生，学生按照安全操作规范使用设备。这种简单的教学方式已经不能满足实习的要求。因此，在激光加工工程训练教学活动中，本文提出将每一项任务赋予一定的工程含义。

四、项目驱动的激光加工教学组织形式

在激光内雕加工实习教学中，首先教师作为指导者先介绍激光内雕原理和设备使用及注意事项，保证学生在使用设备时安全规范。其次，将学生进行分组，每个组分配一块水晶，水晶形状各有不同（矩形、心形、菱形、六边形、八边形等），按照项目形式提出加工要求，保证内雕图形清晰居中并完成项目报告撰写。接着学生根据各自水晶形状和项目要求，讨论提出项目难点及解决方案，同时进行方案设计及加工制作。以下，以八边形水晶加工图片为例分析项目难点。在规则水晶的加工过程中，水晶的放置位置如图1所示，水晶放置在工作台右上角，如图1（a）所示。矩形水晶可以依靠工作台的侧边来定位，以保证加工图形可以居中。而对于其他形状水晶，在放置时容易造成水晶倾斜，因此难以加工出居中的图形。同时在图形加工时，如果选用图片或者图形的点云过多，则加工中容易造成水晶破裂;反之，点云过少则加工图形不清晰。因此，八边形水晶内雕项目实施难点包括：（1）水晶的定位;（2）图片的处理。

水晶的定位需要学生通过自主设计满足要求的工装来保证。我们在开展教学过程中，同时引入了3D打印技术，可以利用该加工方式快速完成工装的制作，如图1（b）所示。完成工装加工后，加工过程中需要注意的问题还有：（1）图片大小确定时，按照水晶尺寸进行设置长宽高，以确定加工图形的大小与水晶大小匹配;（2）加工时，水晶尺寸按照工装尺寸进行设置长宽高。

另一方面，为了保证激光内雕加工效果，图片前期的处理至关重要。因此，文献的查阅和PS的学习成为完成项目的关键。图片的处理问题包括：彩色图片处理为灰度，灰度图片处理为纯黑白。纯黑白图片的处理效果也有很多方式，哪一种符合加工图形的要求则需要学生结合自身加工产品的图形特点进行选择，以上这些问题都是在项目完成过程中必须要了解的内容，需要学生进行自主学习和探讨。

最后，通过对以上两个项目关键点的处理，学生即可对图片进行加工处理，完成加工任务，基于本文提出的激光内雕加工工程训练教学组织形式，完成产品如图2所示。成品完成后，学生还需根据加工过程中的问题及解决方案撰写出项目报告。综合加工部分与项目报告对学生进行评分，通过以上过程，即可完成对学生的激光加工工程训练。

五、结语

基于项目驱动的激光内雕加工训练的教学组织，将教学组织过程作为项目实施过程，通过分配项目、分析项目难点、解决项目难题，充分调动学生的积极性。不仅让学生学习激光内雕原理和设备使用，而且在解决问题的过程中，提高自学能力和创新意识、团队协作能力及协作意识。让学生作为项目的主要参与人，增强学生对工程训练的认识，提高工程意识和工程能力。

参考文献

[1]丁洪生，周郴知，杨志兵，等.工程训练实践教学体系的改革与创新[J].实验技术与管理，2005，22（6）：1-4.

[2]韩强，施新华，于谧，等.新形势下深化工程训练教学改革初探[J].实验室研究与探索，2016，35（6）：214-217.

[3]张戈，张学军，朱玉平，等.智能制造背景下工程训练中心建设探究[J].实验技术与管理，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