1、Creative Education Studies 创新教育研究创新教育研究,2023,11(5),1241-1248 Published Online May 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/ces https:/doi.org/10.12677/ces.2023.115190 文章引用文章引用:沈珍珍,魏国兵,刘斌,王晓君,李佳,刘静,金翠红.基于虚拟仿真的线切割实训课程设计J.创新教育研究,2023,11(5):1241-1248.DOI:10.12677/ces.2023.115190 基于虚拟仿真的线切割实训课程设计基于虚拟仿
2、真的线切割实训课程设计 沈珍珍沈珍珍1，魏国兵，魏国兵2，刘，刘 斌斌3，王晓君，王晓君1，李，李 佳佳1，刘，刘 静静1，金翠红，金翠红1 1重庆大学本科生院，重庆 2重庆大学材料科学与工程学院，重庆 3重庆机电职业技术大学工商管理学院，重庆 收稿日期：2023年3月8日；录用日期：2023年5月24日；发布日期：2023年5月31日 摘摘 要要 电火花线切割加工具有加工精度高、加工质量好、工件表面无切削应力的优点，能够完成贯通结构的小电火花线切割加工具有加工精度高、加工质量好、工件表面无切削应力的优点，能够完成贯通结构的小拐角、窄缝、深径比孔。教学研究中综合了手工趣味编程、数控编程、虚拟仿
3、真拐角、窄缝、深径比孔。教学研究中综合了手工趣味编程、数控编程、虚拟仿真，构建了三，构建了三位一体的教位一体的教学模式，层层推进、虚实结合，夯实学生实践基础。课程内容安排集工程实践和工程实际于一体，旨在学模式，层层推进、虚实结合，夯实学生实践基础。课程内容安排集工程实践和工程实际于一体，旨在培养机械类学生在面对复杂工程类问题时发现、分析、解决问题的能力，解决传统教学模式场地、学时、培养机械类学生在面对复杂工程类问题时发现、分析、解决问题的能力，解决传统教学模式场地、学时、设备等受限，学生实践能力培养层次低的问题设备等受限，学生实践能力培养层次低的问题。关键词关键词 课程设计课程设计，线切割线切
4、割，编程编程，虚拟仿真虚拟仿真，实践实践 Design of WEDM Training Course Based on Virtual Simulation Zhenzhen Shen1,Guobing Wei2,Bin Liu3,Xiaojun Wang1,Jia Li1,Jing Liu1,Cuihong Jin1 1Undergraduate School of Chongqing University,Chongqing 2School of Materials Science and Engineering,Chongqing University,Chongqing 3Schoo
5、l of Business Administration,Chongqing Vocational and Technical University of Mechatronics,Chongqing Received:Mar.8th,2023;accepted:May 24th,2023;published:May 31st,2023 Abstract WEDM has the advantages of high machining precision,good machining quality and no cutting stress on the surface of the wo
6、rkpiece.It can complete the small corner,narrow slot and depth diameter ratio hole of through structure.In the teaching and research,we have integrated the in-沈珍珍 等 DOI:10.12677/ces.2023.115190 1242 创新教育研究 teresting manual programming,numerical control programming and virtual simulation,and con-stru
7、cted a trinity teaching mode,which can push forward layer by layer,combine the virtual and real,and consolidate the students practical foundation.The course content arrangement inte-grates engineering practice and engineering practice,aiming to cultivate the ability of mechanical students to discove
8、r,analyze and solve problems in the face of complex engineering problems,and solve the problems of traditional teaching mode,such as limited space,class hours,equipment,and so on,and the cultivation level of students practical ability is low.Keywords Curriculum Design,WEDM,Programming,Virtual Simula
9、tion,Practice Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 电火花线切割加工具有加工精度高、加工质量好、工件表面无切削应力的优点，可加工复杂形状和表面，能够完成贯通结构的小拐角、窄缝、深径比孔，在模具加工中起着不可替代的作用1 2 3。随着信息
10、技术、网络技术、新材料技术等高新技术的发展随着模具行业的快速发展，数控电火花线切割加工技术也沿着更高水平的方向发展。电火花线切割技术在现代模具加工中是一种不可缺少的加工方法，加工编程由 3B 格式、G 代码编程，逐步发展为 CAD/CAM 数控技术编程。在线切割实践教学中，让学生能够熟悉机床结构、原理，能够分析、总结常见问题，理解、优化加工参数和工艺流程，明白如何提高线切割产品质量，扩大其应用前景，对我国精密加工的发展有着深远的意义4 5。为了让学生既能够充分理解线切割基本理论知识，又能够将实践学习过程与工厂实际生产过程紧密结合，理解实际生产过程中脉冲电流、脉冲宽度、脉冲间隔、走丝速度对切割件
11、表面质量、割缝宽度、加工精度等的影响，教学研究中综合了手工编程、数控编程、虚拟仿真三位一体的教学模式。层层推进，虚实结合，夯实学生实践基础，为理论研究积蓄力量6。2.虚拟仿真教学在实训课程中的应用虚拟仿真教学在实训课程中的应用 2.1.线切割实训教学原况线切割实训教学原况 电火花线切割实践项目因课时限制，原先仅是教师讲解设备结构、原理、演示，学生进行简单电脑编程。整个实践过程中无操作环节，学生对这种数控加工技术方法理解不深入，实习效果欠佳，但学生在参与机械创新设计大赛、工程能力综合竞赛、大学生科研训练计划时对该设备的利用率较高。作为一种非常重要的机械加工方法，这一加工技术在机械类学科竞赛、科研
12、项目等活动中有着极其重要的地位，一直以来是学生自主设计制作中设备使用率最高的设备之一。由于教学深度与实际运用之间的极度不协调，学生在实际运用中并不能灵活自如，易导致产品结构设计不合理、项目工期延长。深化电火花线切割的实践教学，翻新课堂教学方式，旨在加深学生对这一加工方法、技术的深入理解，对机械类学生的创新项目、竞赛、科学研究等都有重要的指导意义。2.2.虚实结合教学模式探索虚实结合教学模式探索 虚拟仿真教学就是利用虚拟仿真技术模拟出案例发生的真实情境，将虚拟现实与系统仿真结合成一Open AccessOpen Access沈珍珍 等 DOI:10.12677/ces.2023.115190 1
13、243 创新教育研究 个有机的整体，让学生在模拟的情境下进行探究和学习，具有低成本、可重复性、可视化、案例丰富、安全等特点7。虚拟仿真实验打破传统教学的时空局限，学生通过虚拟平台，进行互动学习，使得实践场地、设备压力得到缓解，学生学习时间和空间解放，为学生自主学习探索，发挥学习主动性提供条件，为实验室的逐步开放铺垫。这种虚实结合的教学模式不受实训环境限制，再现工程实际案例加工工艺过程，避免不必要成本和污染，降低危险，具有交互性好、真实感强等优点。为解决虚拟仿真技术缺乏实操感的问题，实验教学内容设计以线切割实体教学为平台，引入虚拟仿真技术，提升学生实训兴趣。既重视传统的实训环节，同时利用虚拟技术
14、的优势，虚实结合、循序渐进实现学生从理论到实训，从实训到虚拟，从基础到复杂工程问题的分层次、分阶段学习，全面综合地锻炼学生实际动手能力、创新设计能力、复杂问题分析研究解决的问题8 9 10 11。3.线切割实验课程内容线切割实验课程内容 借助实体设备、教学视频、教学工具、虚拟教学软件，课程设置增加了创新性、趣味性、设计性，加深机械类学生的工程实践的广度、深度，提高学生的创新、设计、工程实践能力及素养，更好的激发学生的实践兴趣和实践探索热情。线切割作为一种数控加工技术，在加工厚度大、结构复杂的零件时，存在加工耗时长、材料耗费大等缺点，虚拟仿真软件的引入可以完全解决这两个教学课堂上需要面对的现实问
15、题。经过初期设备的认知、手工编程、数控编程、薄板工件的设计加工制作，学生对线切割加工技术方法有了初步的了解，当在虚拟仿真中引入一些工程性的复杂案例时，学生便能很好进入这种工程环境中来理解工程实际问题。虚拟仿真技术的应用为机械类学生接触工程性复杂问题提供了一种快捷有效的途径。线切割实验课程教学内容如表 1 所示。Table 1.Teaching content of WEDM experiment course 表表 1.线切割实验课程教学内容 学时 教学内容 实验设备或工具 4 设备基础知识+手工编程+加工 线切割设备、1 mm 厚铝板、2 mm 厚钢板 4 数控编程+加工 线切割设备、1 m
16、m 厚铝板、2 mm 厚钢板 4 虚拟仿真案例+自主设计 线切割设备、50 mm 厚钢板、虚拟仿真系统 3.1.线切割手工编程线切割手工编程 电火花线切割实践教学对象多为大一学生，学生缺乏专业知识的认识和了解，在教学设计上从简入深，由易至难，能激发学生的实习兴趣。初级阶段联系实际设备进行手工编程练习与实践操作，可对这类加工技术有一个全面清晰的认识，便于更高阶的学习12。手工编程教学采用快走丝线切割数控线切割机最常用的 3B 代码程序格式“BXBYBJGZ”讲解编程方法，主要讲解内容有：设备结构、机床工作原理、坐标和坐标值、计数方向 G、计数长度 J、加工指令Z 的确定。教学方式上层层递进，通过单个线段到圆弧、简单形状到复杂结构的编程练习，学生熟练掌握编程知识后，以小组为单位进行手工创意编程，并以薄铝板为原材料进行切割加工得到成品。图 1 为手工编程教学框架。加工过程中通过观察电流表指针的偏摆，调整脉冲宽度、脉冲间隔、电流、进给速沈珍珍 等 DOI:10.12677/ces.2023.115190 1244 创新教育研究 度、间隙电压等相关参数，寻求最佳放电间隙，使加工处于最佳状态。并以
