李峰

摘 要： 作者根據(jù)《機械制造工程學》、《汽車制造工藝學》等課程特點，開發(fā)出了一套自動化夾具拆裝綜合實驗，創(chuàng)新了實驗教學方式，提高了學生實踐能力。

關(guān)鍵詞： 實驗教學 創(chuàng)新型實驗 可拆裝專用夾具

《機床夾具設計》是《機械制造工程學》、《機械制造技術(shù)基礎》和《汽車制造工藝學》等機械類主干課的重要內(nèi)容之一，是教學大綱要求學生掌握的內(nèi)容。在傳統(tǒng)機床夾具設計教學中，常用典型的定位元件及其限制的自由度、典型的夾緊機構(gòu)、典型機床夾具結(jié)構(gòu)和夾具在機床的安裝是教學難點。教學中光有圖片沒有實物，學生沒有真正見過生產(chǎn)實際中的機床夾具，缺乏對定位元件、對刀元件、夾緊機構(gòu)、夾具體的感性認識，沒有實踐經(jīng)驗，甚至對夾具體與機床的連接方式感到難以理解，光靠課堂講授學生難以掌握相關(guān)內(nèi)容。

一、傳統(tǒng)實驗教學的不足

傳統(tǒng)《機床夾具設計》實驗教學大多采用“參觀教學法”進行，參觀實驗教學法是：學生參觀一些夾具模型，了解夾具組成，而傳統(tǒng)參觀實驗教學法存在很多不足。

（1）參觀實驗教學過程中學生看到的夾具和教材的內(nèi)容不相匹配，因此不能更好地掌握教材上夾具相關(guān)內(nèi)容。（2）市場銷售的很多夾具模型不能拆裝，因此學生不能詳細了解相關(guān)夾具內(nèi)部組成和各零件的連接方式。（3）現(xiàn)代企業(yè)機床夾具大都采用機動加緊方式，即利用氣壓、液壓作為動力源，通過夾具上的夾緊機構(gòu)對工件加緊。而目前市場上還沒有這類機動加緊的夾具教具。學生對這類機動夾緊夾具沒有感性認識，因此不能較好地掌握機動夾緊夾具的設計方法。

二、合理選擇實驗方案，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、實踐能力

針對傳統(tǒng)夾具實驗教學中的相關(guān)問題，我們的解決辦法是：合理選擇實驗方法和方案，從而加強課堂教學效果及學生實踐能力。

總體實驗教學方案是：根據(jù)教材上常用的夾具案例，設計制造幾種教材上常用的可拆裝的氣動機床夾具，然后在此基礎上學生做專用機床夾具拆裝實驗，實驗結(jié)束后，學生在現(xiàn)場做精心設計的思考題。具體方法如下：

1.設計制造幾種常用的可拆裝氣動機床夾具。根據(jù)教材上常用的夾具案例，設計制造幾種教材上常用的可拆裝的氣動機床夾具。如氣動式固定式鉆床夾具、氣動式鉸鏈式鉆床夾具、氣動式銑床夾具、分度式鉆床夾具、氣動式移動式鉆床夾具；這些夾具的特點如下：（1）可快速拆解成單一零件，如常用典型定位元件如：定位塊、支撐釘、心軸、定位套、V型塊、手動夾緊裝置、自動夾緊裝置，通過快速拆卸、組裝，使學生掌握各種典型組合夾具的組成及每個部分的特點和功用。（2）現(xiàn)代夾具中夾緊采用電動、氣動夾緊方式夾具越來越多，氣動、電動夾具如何選型、工作是學生應該在夾具設計中掌握的一個基本知識點，設計制造供學生實驗的可拆裝變化自動組合夾具中氣動夾緊裝置是可以快速拆除和重新安裝和搭接的，通過快速拆除和重新安裝和搭接，使學生把電動、氣壓傳動知識和夾具設計緊密結(jié)合起來，使學生能較快掌握自動夾緊裝置設計的基本技能。

2.三維仿真。利用三維設計軟件對固定式鉆床夾具、鉸鏈式鉆床夾具、銑床夾具、分度式鉆床夾具、移動式鉆床夾具五種常用的可拆裝機床夾具進行三維仿真，三維仿真的內(nèi)容包括：（1）對拆卸和安裝進行仿真；（2）對夾緊裝置進行三維仿真（包括手動夾緊和機動夾緊）；（3）對加工進行模擬仿真，通過仿真使學生對常用的可拆裝機床夾具有更深入認識，使學生更直觀地理解所學內(nèi)容。

三、夾具拆裝實驗教學步驟

1.了解被加工零件。先拿出要加工的工件，讓學生看清工件的外形結(jié)構(gòu)，了解該零件待加工表面的總體形狀，了解待加工表面的尺寸要求，加工時采用的定位基準、加緊力的作用點和作用方向，在此基礎上采用提問和討論的方法，回答下列問題：（1）根據(jù)被加工面的尺寸要求，該零件應該限制的第一種自由度有幾個，是哪幾個？（2）根據(jù)工序圖，回答該零件在加工時，主要定位基準（第一定位基準）、次要定位基準（第二定位基準）各是什么？（3）該表面適合什么樣的加工方法加工，適合采用哪一類機床夾具？（4）采用什么樣的加緊機構(gòu)？通過提問加討論，在該階段學生能讀懂工序圖，復習鞏固各種表面的加工方法、基準的概念、定位基準的選擇原則、第一種自由度分析方法及夾緊機構(gòu)選擇等知識。

2.觀看夾具拆裝三維仿真視頻。觀看實驗室里計算機上預先設計好的相關(guān)夾具三維仿真動畫，使學生對常用的可拆裝機床夾具有更深入認識。使學生更直觀地理解實驗內(nèi)容。同時加快后面夾具拆裝的實驗進度，減少教師輔導工作量。

3.進行夾具拆裝實驗。夾具拆裝前，學生要事先進行分組，一般3個學生一組，每組要拆裝5套夾具（如固定式鉆床夾具、鉸鏈式鉆床夾具、銑床夾具、分度式鉆床夾具、移動式鉆床夾具），這樣，學生盡可能對不同機床夾具都有了解，擴大視野和知識面。拆裝時，讓學生按照一定順序動手拆裝。由于前面討論和觀看過夾具拆裝三維仿真動畫，此時學生對各個零件的作用已經(jīng)心中有數(shù)，拆裝起來也會有條不紊，直至該套夾具拆裝結(jié)束。

4.進行工件安裝操作。夾具拆卸安裝結(jié)束后，要求每組學員把工件安裝在夾具上，即定位和夾緊操作，了解夾具使用方法。對于動力源為機動夾緊的夾具，如氣動夾具，要求接通氣泵，通過夾具開關(guān)進行氣動夾緊，了解氣缸的安裝方法及工作過程。對于如何設計機動加緊夾具有初步認識。

5.完成全部5套夾具的拆裝實驗。接著進行下一套機床夾具的拆裝，拆裝前，重復以上1和2的過程，即了解被加工零件和觀看夾具拆裝三維仿真視頻，一直到5套機床夾具拆裝實驗全部結(jié)束。

6.做實驗思考題。5套夾具拆裝實驗結(jié)束后，學生要做相關(guān)實驗思考題，其中思考題的一部分要求在實驗現(xiàn)場做完。包括：（1）繪制該加工工件的工序圖；（2）根據(jù)被加工的工序尺寸，確定該零件應該限制的第一種自由度；（3）寫出每套夾具實際限制的工件自由度、繪制加緊力的作用點及方向；（4）回答每套夾具采用的定位元件，以及該定位元件限制的自由度；（5）回答每套夾具使用什么類型的夾緊機構(gòu)（如斜楔夾緊機構(gòu)、螺旋夾緊機構(gòu)、偏心夾緊機構(gòu)、鉸鏈夾緊機構(gòu)等）；（6）繪制出每套夾具的方案簡圖。

四、課堂講解和點評

很多高校理論課教師也是實驗課教師，這種情況下《機床夾具設計》理論課教師根據(jù)學生實驗報告做的情況，對一些普遍性問題，在課堂上進行講解和點評，可以使學生進一步掌握夾具設計相關(guān)知識。對于理論課不承擔實驗課的教師，可以事先了解實驗內(nèi)容，了解學生實驗報告做的情況，有針對性地在課上進行點評。

五、實驗效果

綜合以上過程，學生在實驗中把理論涉及的有關(guān)夾具設計相關(guān)知識揉合在一起，使他們了解所學知識在實際生產(chǎn)中的應用，加深對所學知識的理解。課堂上晦澀難懂的夾具設計相關(guān)知識在這兒不是空洞的、抽象的，而是具體的、實在的。事實證明，效果非常顯著，學生普遍反映效果較好。較好地解決學時數(shù)減少、教學內(nèi)容增加的新形勢下，如何使學生較好掌握《機床夾具設計》相關(guān)內(nèi)容的問題，有一定的應用和推廣價值。

參考文獻：

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[3]彭軍強.自動化夾具綜合性實驗開發(fā).科技信息，2019.