眼见为实||金工实习：“燃烧脂肪”的硬核劳动课

2020-7-24 09:29:57

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中国科学院大学

编者按

国科大是一所什么样的大学？当初，我为什么选择这所“数学物理大学”？在这里读本科，是一种什么体验？四年里我收获了什么？四年后我即将走向哪里？国科大官微特别栏目“眼见为实”，陆续邀请本科生为读者揭开大学生活的真实面纱。

今日分享人庄逸（国科大2017级本科生，理论与应用力学专业）与你分享工科学生本科培养计划中的必修课——金工实习。从众所周知的“磨一个小锤子”，到和同学们一起设计制作校徽风铃，简单的成品背后，是工科生的九九八十一难。今天，带你走进国科大本科生的金工实习课程。

最早听说金工实习这门课是在一年多前，我以为是一门又苦又累的劳动课。听学长说起时，他说：“每周都要早起‘投湖’（小编注：指从玉泉路校区到雁栖湖校区进行学习），到晚上才回来，课时到了做不完还要继续做。”然而，结课以后回想起来，我才发觉它是个宝藏——在这堂课上，我们自由地发挥创造力，放飞自我。

整门金工实习课程分为三个阶段：理论课、集中实践课和自由实践课，其中理论课在玉泉路校区进行，实践课则需要去雁栖湖校区。

理论课的具体内容包括课程安排规定介绍、机械设备介绍，钳工基础和机械制图基础等。课程中老师和助教反复强调各类安全事项，例如做钳工要戴手套，操作打孔机时却一定不要戴手套等，令我印象深刻。

集中实践课共三天，同学们自己选择时间进行。我和小伙伴们讨论了一下，选在了八月中旬上集中实践课。课前，老师发了工作服，非常工人范。另外，女生还有一顶工作帽，用于罩住头发以防被旋转器械卷入。

从零开始，磨个锤子

一直以来，磨锤子都是金工实习这门课的代称，可以算是工科课程中非常出名的“出圈”课程，而我也对此有提前了解，加上理论课的帮助，对于“通关”这门课，一开始我信心满满。然而，真到自己动手做的时候，我还是深刻感受到了什么叫“说起来容易做起来难”。

锤头的加工分为四步：锉平端面，锉锤头角，划线锯割，打孔攻丝。锤子的形状比较标准，我在高中时也做过类似的锤子，估摸着应该问题不大。但真到了我们自己动手时，我们才发现——问题大了。断面磨不平、磨角磨不尖、划线锯割不精确，最后还要打孔攻丝……新手很苦恼，老师很严格，我们为一把锤子经历了九九八十一难。然而，在实践过程中，我也一直思考着自己遇到困难的原因和解决方案，做起来也愈发上手。

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一天半快结束，拿着锤头回座位休息，一看手上都磨起了一个大泡。想了想，几个耗时间的步骤全都是在拿锉刀磨，还真是“磨”锤子呢。更神奇的是，看手环记录发现磨锤子还“燃烧脂肪”！

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“大家有手机的拿出来，录像”

除了磨锤子，我们还需要学习使用车床车轴用作锤柄。张老师带着大家认识车间中各种大型设备，讲解使用注意事项，并带我们认识铣床和线切割设备。

“大家有手机的拿出来录像”，见大家都举起了手机，每一个部分的讲解中，老师都提醒我们录像，为我们介绍设备及使用方法，并亲自操作示范。比起前半段来自锤子的磨练，后半短的课程明显养生了不少，但内容很多，一时间难以全部记住。我们突然理解了老师上课时的标准台词：“大家有手机的拿出来录像……”

“就算你们录了视频，我以后也得要讲很多遍呢。”老师打趣说。

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自己做个校徽风铃

结束集中实践，开学之后，就是自由实践阶段。自由实践需要同学们以不超过四人组成小组，自主设计并完成作品。总体而言，完成作品需要经过确定目标，设计图纸，现场加工等阶段。其中现场加工，需要自行预约前往雁栖湖校区，在老师的指导下使用设备。金工车间的设备相当齐全，同学们都可以根据需要取用。我们还在车间发现了学长学姐们的作品，这为我们自己的创意设计提供了很多启发。

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设计

小风铃有大智慧

经过讨论，我们决定做一个校徽风铃。我在脑海中想象了它的样子，小挂钩挂着校徽的外环，里面的星星图案随着风旋转，再挂上能发声的风铃片，就能发出叮铃叮铃的声音……一个初步的设计图在脑海中逐渐成型。

确定了想法，我们便开始画设计图。第一个问题是，如何确定校徽的尺寸？首先研究校徽的结构，发现无非是圆、六边形等基本图形的组合，因此是可以用几何参数表达的。我用几何画板得到了所要设计结构的长度参数，下一步就是根据这些几何关系去CAD绘图。

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风铃只有上面一个装饰可不行，还得挂能发声的风铃片。挂风铃片又该怎么设计？随便给位置，总觉得不太满足，得找点什么对应一下。想了想，既然是和学校相关的设计，那么除了校徽，最经常用到的元素大概就是玉泉路礼堂正面了。而礼堂正面又刚好是几根柱子支撑的结构——就让风铃片模仿成礼堂的样子吧！上面刚好可以再做一个礼堂的斜“屋顶”，用来挂风铃片。决定后，我们也很快确定了风铃片的长度参数（感谢余方晨学长拍摄的礼堂照片），完成了风铃的基本图纸。在老师的帮助下，我们又对设计图进行了修改和完善，前期的准备工作就完成了。

对于这个设计，小组同学们其实还有很多想法。校徽上的字怎么办？怎么样把它吊起来？能不能设计一个精细的结构，让六角星转一圈会碰到一个挡板，使得其发出清脆的声音？校徽应当如何旋转？六角星能不能设计成某种类似叶片的结构，使得其容易被吹动？风铃片上做什么花纹？事实上，理想很丰满，现实很难办。等到开始做才发现，很多有趣的细节忒难做，后来就只好放弃了。

制作与组装

遇到问题不要怕，解决它

另一个问题是在思考如何加工时遇到的。既然要打垂直方向的孔，那么就得选比较厚的原料，如此就不可能用激光切割，进而这样复杂的外形就只能用线切割。那么，是先打孔再线切割，还是先线切割再打孔？按照我最初天真的想法，当然是先打孔，然后一口气切出圆环和六角星。即使现在需要拆分成两段轴，也只要对着打两个孔即可。然而，实践发现，这样的操作十分复杂，对孔定位的精度也要求较高，如此，我一次切两个的计划就落了空。讨论之后，我们决定将圆环和星星分开来做。

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单独拿出一块板子做星星，为了确定具体尺寸，又画了一张图。如图上橙色线是切出来的方形外框和打好的孔。然而，打孔环节十分令人头大。总共需要七个孔，就是十四个坐标，一一在图上量出来记下来，然后拿去划线台划线。每个数都要调节游标卡尺读数，画出一条线后再把板子转90度，画另一个方向的线。读数读得眼花，终于画完了十四条线，拿起来一看，板子上密密麻麻布着像棋盘的线，到底哪两条相交线的交点才是需要的？我们一边推测辨认一边拿样冲冲眼，最后一看七个眼确实符合形状，才松一口气。

打完孔拿去线切割，由于需要中途停止穿丝，老师帮我们做了和一般切割不一样的程序设置。先切中心。老师帮我们抽钼丝，并叮嘱我们录视频，下次可要我们自己做。

与星星不同，切圆环时，我们则决定计划先切割再打孔。与星星相比，圆环则是很顺利地做完了。下一步，只需要做两根轴穿进去，上半部分就完成了。然而做轴的时候遇到了麻烦。我们自己切不出够细的轴，因此，决定直接找成品轴。张老师来关心作业进度，我们便将遇到的问题告诉了他。得知需要细轴时，张老师建议我用线切割切一根。这是十分新奇的想法。不仅如此，张老师还以小铝块为原料，解释说切的东西小，铝块也行，颠覆了我之前对线切割只能切铁质等导电性较好零件的认知。最后切出来的轴确实符合要求，但由于零件需要固定，还是打算用螺杆。后来，我还学了激光切割，很快就上手把几个风铃片切了。解锁了这一项技能以后，我就开始切各种自己想设计的小玩意儿。

零件都制作完成后，我们便动手组装：上方螺杆依次串螺母吊环圆环螺母星星，下方螺杆依次串星星螺母圆环屋顶螺母，把吊环拎起来，果然很稳当，并且中间的星星确实能自如的转动。只不过由于星星是铁质的，要靠近用力吹才能吹动，它还因此得了个外号——肺活量检测器。我们还对风铃进行了美化。

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最后，虽然与我们最初期待的效果存在一些小小的偏差，我们还是成功完成了校徽风铃。我们在“拍照圣地”——金工中心休息室的窗台拍下了风铃的照片，还是挺漂亮的。

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注：魔方为其他小组作品

回顾整个小组作业的过程，有实现了转动结构的欣喜，也有未能做得很精致的遗憾。不过，毕竟是头一次设计作品并亲手加工，仍记得老师说，“失败了浪费零件不要紧，没有什么设计能一次成功，自己多尝试一下”。在金工实习一路从零开始的摸爬滚打中，无论成功与否，积累的经验宝贵无价。在这段独特的课程中，我很感谢金工实习张老师和刘老师的指导，感谢学院和助教的关心，感谢同组同学的努力与分享，也要感谢克服了学习过程中的“九九八十一难”，认真完成课程学习的自己。

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