數控專業學制技師夾具設計制作技能培養實踐

屈長江

摘要：夾具是機械加工工藝系統中重要的組成部分，它既可以保證生產質量的穩定性，又可以提高生產效率。本文以某型號加工中心換刀臂專用夾具的設計為載體，通過設計不同的教學方法，引導學生分析定位原理、測量知識，并結合現場的實際情況，提出了解決辦法——設計專用夾具，論述了合理性及可行性等整個教學互動過程，使學生能夠在該項目的生產實踐中以小組學習的形式達到能夠獨立完成類似零件的夾具設計的教學目標，提升學生發現和處理問題的能力及革新能力。

關鍵詞：學制技師；能力；小組學習；獨立

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）28-0251-02

一、依據技師課程教學目標，選取真實工作任務設計學習任務

1.學習任務選取。（1）數控加工學制技師培養核心技能要求。從國家職業標準及企業調研分析可知，數控加工學制技師班學生的核心技能包括數控加工工藝制定、工裝設計與制作、空間幾何精度測量等，其中工裝設計與制作核心技能涉及定位裝夾、檢測基準、測量方法、誤差分析、元件選擇與制作、精度調整等多個方面。（2）夾具設計制作學習任務選取與分析。專用夾具的設計與制作主要針對應用通用夾具難以完成加工任務的零件，對于支架類零件應用較為廣泛，應用專用夾具可以解決裝夾難的問題，提高裝夾剛性、裝夾效率、定位精度及精度穩定性，快速檢測難以檢測的空間幾何精度。筆者在實際教學中針對《工裝設計與制作》課程目標需要，選取企業真實的工作項目——某型號加工中心換刀臂加工中專用夾具設計制作項目為學習任務之一。

2.學習任務分析。（1）學習任務介紹。換刀臂的加工包含了數控加工難點中的幾乎所有方面，該零件如應用平口鉗或壓板之類通用夾具給操作帶來了諸多不便。該類零件在技師階段難度適中，適合技師階段學習的提升，故此選用該零件作為技師一年級教學的一個初期課題。（2）學習任務難點分析。本零件屬于結構剛性差、形狀不規則的異形零件。此類零件在加工中定位方法與外形規則的零件相比，有很大的差異。①這類零件在加工中容易產生變形，所以工序分開和選擇合適的夾緊力和夾緊位置很重要。②該類零件裝夾困難，通用或組合夾具很難滿足加工時零件定位的準確性。③該類零件在加工時通常會由于零件結構問題產生加工震動。④該零件的生產類型屬于批量生產，需要通過設計專用夾具滿足批量中定位裝夾快速準確的要求。

二、在難點與問題的引領下，調動學生自主攻關完成任務

在充分分析“換刀臂”這個學習任務的重點和難點的基礎上，結合我校技師班的學生特點，筆者采用了行動導向的教學形式，調動了學生自主學習的積極性，并取得了較好的教學效果。

1.課前學生狀況分析。技師班學生對數控加工發自內心的喜歡，同時對自己能創造性的解決實際問題有著較強的好勝心。有專門的一體化教學場地——技師研修中心，配備一名車間負責人擔任輔講教師。課前，筆者對每名學生的技能基礎做了摸底考察，制作了個人基礎記錄單，此方法已被后續課堂組織教學所使用。

2.學生分小組分析工作任務。在該環節中，學生需要查閱大量技術資料學習任務中未知的技術知識，需要在小組內討論并明確任務要點。（1）小組工作，成員獨立找尋難點，小組大腦風暴集合要點。對于各式各樣的技術難題，很多時候，一個人是很難攻克的，這時候就需要與周圍的人共同討論或需要一個技術團隊共同去努力解決，所以以小組為單位的合作性學習在技師階段尤為重要。每個人都想實現自己的想法，正是因為人存在的這種潛在情懷，所以教師在設置教學環節中，一定要在關鍵教學點處盡可能的設置學生之間互相展示點評的機會。以本案為例，學生通過給出的圖紙及工藝單，在教師的組織下，各小組積極探討論證，對本零件形成了如下的工藝分析：零件到達本工序時外形輪廓尺寸及基準面A、B、C已經完成加工或進行了粗加工。換刀臂的加工誤差主要集中在以下幾個方面（見下圖）：①兩個Φ16H7mm孔的同軸度超差，且很難保證該孔與A基準面的12±0.05mm尺寸公差。②兩個Φ16H7mm孔與Φ18H7mm孔的平行度和孔距超差，使得換刀時刀柄與主軸不同心，影響換刀的可靠性。③梯形凸起的中心與兩個Φ16H7mm孔中心的12±0.05mm的尺寸很難保證，且目前沒有可靠的檢測裝置。學生們在進行工藝分析時，在討論中不斷的延伸問題的深度與廣度，不僅對零件進行了工藝分析，闡述了在加工中產生誤差的可能性，還對由于加工不良可能對零件使用造成的危害進行了說明。例如：“可造成刀柄在夾刀位置時的位置不正，裝入主軸時，與主軸軸線存在角度偏差，易造成主軸錐孔的過早磨損。另外，裝刀過程中附加的外力使換刀臂壽命縮短。”這些已經超過了一個單純的加工者的思考范疇，而是從一個使用者或設計者的角度出發，去考慮加工不良對使用者的影響。這種負責任的態度正是通過同學間反復的探討，不斷的激發靈感的火花逐步培養出來的，是一種自覺發自內心的認識。這恰恰是教師“灌輸式”教育及學生被動接受所不能達到的教育效果。（2）各小組自行確立加工基準。機械加工要奉行基準先行的原則，所以在加工時第一件事就是確立零件的定位基準。較之規則形狀的四平八穩的定位基準而言，異形件定位基準的選擇就要復雜多了，因此教師首先拋出最簡單的基準選擇方法和確立原則，然后布置給學生的任務就是分析零件的各型面作為定位基準和加工基準的可行性。這是一個跨度非常大的問題，看似簡單粗暴，但這是使學生能夠深入思考，給他們最大發揮空間和學習自由度的一個方法。

三、通過“舉三反一”的項目實施，實現“舉一反三”的教學效果

學生完成項目不是該項目的學習結束，因為學習的目的是為了勝任未來未知的工作，能完成該項目只能表明具備完成該任務的能力，當條件改變了，面對同類型工作是否能有行之有效的方案還不能確定，因此在此基礎上需要引導學生總結同類型工作的特點、原理、關鍵技術等，進一步需要給出其他同類型工作檢驗學員的適應能力，這才完成了該項目的教學過程。

1.教師提供其他支架零件夾具設計項目，學生獨立制訂方案。在本項目教學中，技師學員完成夾具設計制作后，在設計加工中驗證是否滿足技術要求，并要求學生每人選取一個項目獨立設計夾具方案。

2.由部分學生擔任“技術專家”，逐一審核答辯各個方案。每名學生對立完成方案后，還不能對其他類型的夾具設計方案做深入學習，往往教學時間也不允許每個學生對每種類型零件的夾具設計做方案和學習，筆者采用“專家答辯”的方式實現全面深入的學習效果。通過“專家”答辯方式可以有效培養學生提出問題、分析問題的能力及應變能力。要點如下：（1）教師組織答辯儀式，預先布置每名學生要對自己的方案做規定時間及規定內容陳述，“專家”在規定時間內提出限定數量的問題，被答辯人需作答，征得“專家”的一致同意。（2）“專家”由不固定的4名以上的學生組成，每名學生至少要做3次專家，答辯的方案必須有2個與本人的方案項目類型不同，并對被答辯學生的方案預先研讀。（3）在答辯過程中，教師只控制節奏和時間，不參與具體答辯內容，最后做總結，同時要布置2名學生對典型問題及回答做記錄并在展板展示。

3.以工作頁為引導，激發和收斂學生思維的發散性，保證實現學習成果。工作頁是一體化教學中不可或缺的重要工具，它是引導學生自主學習的工具。教學中的工作頁要基于教學目標出發，再根據教學現場的條件編寫。工作頁不僅可以輔助教師引導學生完成教學任務，還可以在學生的學習過程中起到激發學生發散思維，使設計具有多樣性和創新性，又能讓學生在其引導下使結果更具可行性和唯一性，保證學習成果。

筆者在《工裝設計與制作》教學實施中，始終按照行動導向的教學模式引導學生自主負責任的學習，通過項目實踐培養分析問題、發現問題及解決問題的能力，同時兼顧知識的系統性，有意識的提升小組合作、傾聽、結構性思維、總結等非專業能力。筆者也從學習任務選取、教學活動組織、教學總結與拓展等方面得到了些許收獲。