機械制造工藝與夾具綜合實踐教學改革與探索

鄭德星 陽程

摘要：本文分析機械制造工藝與夾具綜合實踐教學中存在的問題，以應用創新型人才培養為主線，提出并實踐以項目教學為依托、將綜合實踐和課堂教學相融合的松散與集中相結合的實踐教學模式；在綜合實踐中增加檢測及熱處理工藝設計等原來教學環節中缺失的內容；強化現代制造技術——數控加工工藝設計的訓練；將三維CADCAE軟件融入機械制造綜合實踐環節，借助WAVE技術及標準件庫來輔助完成工藝規程與夾具設計。

關鍵詞：機械制造工藝與夾具；實踐教學

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2012）08-0073-02

隨著社會的發展進步，社會對人才的需求逐漸從數量型向技能型轉變，越來越需要高素質的應用創新型人才。機械制造工程學課程是為拓寬機械類、機電結合類人才的知識面， 培養學生分析問題和解決問題的能力、創新能力、實踐能力和提高本科生面向社會及生產實踐的適應性和綜合解決工程問題的能力，對高校機械制造本科專業開設的一門綜合性課程，重點在于機械制造工藝系統內在規律的研究。機械制造工藝與夾具綜合實踐是和機械制造工程學課程理論教學相配合進行的獨立集中性實踐教學，是機械制造技術由理論層次提升到應用層次的關鍵環節[1]。通過本實踐環節，要求學生學會應用機械制造工程學及其相關課程理論和生產實習實踐知識，學會編制工藝規程，并進行專用夾具設計。

一、當前機械制造工藝與夾具實踐教學中存在的問題

（一）課程設計時間短，任務重

“機械制造工程學”課程內容多而廣， 注重制造流程的講解， 涉及有些具體內容不夠，這就造成課程和工程實踐之間的脫節，而這個鏈接的任務就交給了課程實踐環節[2]。且隨著教學改革的不斷深入，教學時間相應縮短，但為了保證教學質量，實踐內容并沒有減少，從而影響了課程設計效果。

（二）課程設計的內容陳舊，缺乏現代制造技術——數控加工工藝的訓練

隨著數控技術的普及，對數控工藝處理能力的訓練和培養日益成為機械制造專業本科生的基本能力要求[3]。然而當前機械制造工程學課程實踐教學是以傳統機械加工為主線進行的，它涵蓋“機械制造工程學”課程中大部分內容，但對數控加工工藝設計的訓練很少甚至沒有，從而嚴重影響著學生對先進制造技術的熟悉和掌握。

（三）忽略對熱處理工藝的訓練

在機制專業課程設置中，較多院校未專門開設“金屬材料及熱處理”課程， 而只在“機械制造基礎”課程中提到，或是雖簡單開設課程，但缺乏熱處理的集中實踐環節。學生普遍對材料的基本性質、如何選擇零件材料、怎樣進行熱處理及制定熱處理工藝等知識缺乏了解。在課程設計中制定工藝規程時， 如果遇到熱處理，只能粗略地說出要進行哪類的熱處理，對熱處理的具體工藝要求不太清楚，更不要提具體去做一個熱處理工藝設計。

（四）缺乏對零部件及整機檢測相關工藝內容的訓練

在當前的工藝與夾具課程設計中，在工藝分析階段，雖然也有對零件的技術要求和質量標準的分析，設計人員也在腦海中有對零件檢測的模糊的思路，但在后續的設計中缺乏對整機、零件及工序加工檢驗的具體設計，致使學生缺乏對典型檢測方法、設備及應用的訓練。

（五）CADCAE技術應用少

三維CADCAE技術已相當成熟，并已應用于機械設計與制造的各個領域，我國已經制定三維設計的標準。在當前的工藝與夾具實踐中CAD技術雖然也有應用，但以AutoCAD軟件的二維CAD為主，三維CAD軟件如UG、SOLIDWORK、SOLIDEDGE、PRE等基本沒有應用，對夾具結構的CAE分析基本沒有，致使學生缺乏相關能力的訓練，也不利于學生獨立自主學習和創新能力的培養。

二、機械制造綜合實踐教學的特色

針對當前存在的問題，本文在多年實踐的基礎上提出以應用創新型能力培養為目的綜合實踐教學模式。

（一）突出應用創新能力培養的全面綜合訓練項目安排

相對于傳統的工藝與夾具課程設計，本綜合實踐環節在內容安排上更多地以應用創新型人才培養為目標，以培養學生全面掌握機械制造工藝流程的基本知識和基本能力為目的。在傳統的實踐內容：工藝分析、基準選擇、加工方法的選擇、加工階段的劃分及劃分原因、加工順序的安排、機床、夾具、刀具等工藝裝備的選擇與使用、切削用量和工時計算、編制工藝文件等的基礎上，增加工件熱處理工藝設計和檢測工藝設計等新的內容，以使學生更加全面地了解和掌握機械制造全流程的知識，使培養的學生和社會需求的人才緊密結合起來。

（二）自主學習和項目學習相結合

要想制定出合理的加工方案， 首先要求工藝人員在理論和實踐上對各種加工方法要熟悉。使用什么刀具， 選用多少的切削用量， 采用什么樣的機床， 然后根據生產規模、企業現有的設備和工藝裝備來制定零件的加工工藝路線。在“機械制造工程學”課堂教學中，由于受教材篇幅和學時的限制，涉及有些具體內容顯得不夠。針對這種問題，我們在課程開始第1周就把實踐的項目任務下發給學生，拿出一次課的時間有針對性地解釋本實踐教學環節的考核內容和最終的成果要求，同時與機械制造工程學課程教學大綱進行對比，使學生明確課堂教學的內容和為完成本實踐環節需要學生自主學習的內容，使學生在課程學習中帶有明確的任務和目的，在課程學習到相關章節時對于實踐需要而課堂教學又沒有講到的內容在課后自學，同時在隨堂答疑時學生可以就自主學習中遇到的問題向教師請教，從而使學生在訓練項目的指導下有目的性地學習，在自主學習中主動發現問題，自主解決問題，也使學生在解決工程實踐問題的過程中完成對應用創新能力的培養。

（三）松散、集中相結合的實踐模式

機械制造綜合實踐是在機械制造工程學課程結束后進行的獨立實踐教學環節，訓練的內容包括制造工藝過程設計、工序設計、熱處理工藝設計、工件及工序的檢測設計、基于三維CAD—WAVE技術工藝過程的典型夾具設計等，一般需要用3或4周的實踐時間來完成。目前機械制造綜合實踐環節沿襲傳統的工藝與夾具設計2周的習慣，因而時間短任務重，需要采用一種全新的模式來完成實踐。根據學生平時時間相對比較充裕的情況，本實踐環節和機械制造工程學課堂教學相結合，在課程開始就下發實踐任務，把實踐中原需要集中的環節分散在課程教學過程中來完成，而在集中實踐時把時間更多地用在工藝文件的編制和規范上，從而形成一種松散和集中相結合的實踐教學模式來解決集中實踐時間不足的問題。

（四）融合三維CAD軟件WAVE技術的輔助工藝規程設計

在生產實踐中，三維軟件如UG、SOLIDWORK、SOLIDEDGE、PRE等已廣泛應用于機械設計與制造的各個領域，但在傳統的工藝與夾具設計實踐環節中卻缺失相關內容的訓練和能力的培養。在機械制造綜合實踐環節中要求學生借助當前流行的三維軟件如NX的WAVE模塊來輔助完成零件機械加工工藝設計。學生在實踐中首先依據工藝分析的結果制定零件加工的工藝過程卡，建立零件的虛擬裝配結構，在虛擬裝配結構中建立零件加工的各個工序模型作為裝配件，后建立工藝模板。最后根據所建立的工藝模型調用工藝模板自動生成工藝文件。

（五）融合三維CADCAE技術和WAVE技術的夾具設計

在本綜合實踐教學模式中，要求學生全流程應用三維軟件如NX的WAVE設計技術來完成夾具從總體方案到具體的零部件設計，同時所有工程圖紙全部由三維實體模型導出。在夾具設計中除傳統的夾緊力計算外，還要求學生運用三維軟件如NX的CAE模塊完成夾具的運動仿真及有限元分析等，借助分析結果來完成對夾具結構設計的優化，從而使學生熟悉主流的CADCAE功能模塊的應用，具備應用CADCAE軟件完成工程設計和分析的能力。

（六）將數控加工工藝的訓練融合在傳統的機械加工訓練中

在現有的工藝與夾具課程設計中，學生在做工藝設計時基本上做的都是傳統的機加工藝，學生很少主動去采用數控機床來完成零件加工。在機械制造綜合實踐選題時，我們有意識地去選有一道或幾道工序需要借助數控加工來完成的典型工件，要求在安排工藝流程時必須至少有一道工序是采用數控加工的方式來完成，鼓勵學生廣泛采用數控機床來完成工件加工。同時提供一個典型的數控加工工序卡模板供學生參考。

機械制造工藝與夾具綜合實踐以應用創新型人才培養為主線，主要完成制造工藝過程設計、工序設計、熱處理工藝設計、工件及工序的檢測設計、基于三維CAD—WAVE技術的工藝過程的典型夾具設計等內容。本文介紹機械制造綜合實踐教學環節在鹽城工學院的改革與實踐情況，推出突出應用創新能力培養的全面綜合訓練項目安排，提出了以項目教學為依托，將綜合實踐教學融入課堂教學，提高課堂教與學的目的性、針對性的教學方法與松散和集中相結合的實踐教學模式。在實踐過程中，增加檢測及熱處理工藝設計等原來教學環節中缺失的內容；將現代制造技術及三維CADCAE技術融入機械制造綜合實踐環節，借助WAVE技術來輔助完成工藝規程與夾具設計。通過上述措施，培養學生的自主學習能力、獨立進行工程實踐和創新的能力，進一步拓寬學生的知識面，培養學生的標準化意識，有力促進卓越工程師應用創新能力的培養。

參考文獻：

[1]呂明，楊勝強，白薇.機械類本科生創新人才培養與教學

模式改革研究[J].中國大學教學，2009，(5).

[2]張愛梅.新時期機械制造類專業實踐教學改革的探討

[J].教育與職業，2008，(9).

[3]劉迎春，熊志卿，寧立偉.機械類應用工程師人才培養模

式的改革與實踐[J].中國大學教學，2010，(8).