“機械制造工藝與夾具設計”課程教學設計及應用實踐

張勇明　李永松　曹佩紅

摘要：“機械制造工藝與夾具設計”是高職院校數控、模具等機械類專業的核心職業能力課程，是培養學生機械加工工藝文件識讀與編制能力、夾具設計能力的重要環節。本文針對此課程的教學內容及其特點，結合學校機械類專業辦學實際，從整合優化教學內容、創新教學組織模式、改革課程考核評價等方面，對高職“機械制造工藝與夾具設計”課程進行教學設計創新，并應用于具體的教學應用實踐，取得了較好的教學效果。

關鍵詞：機械制造工藝與夾具設計；教學設計；應用實踐

中圖分類號：G718 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2019）02-0063-05

“機械制造工藝與夾具設計”是一門以工學結合人才培養模式為基礎開發的一門課程，是面向高等職業教育機械類各專業（機械、數控、模具、機電、汽車制造等）開設的一門專業技術主干課程。其前導課程主要為“機械制圖與識圖”“機械設計及應用”等課程，后續課程主要有“數控車削編程與仿真加工”“數控銑削編程與仿真加工”等課程，在機械類專業課程體系中發揮著承上啟下的連接作用。

該課程的核心內容是研究典型機械零件從毛坯到加工出合格零件整個加工制造過程的工藝規程編制及相應專用夾具設計，重點在于培養學生選用和編制典型機械零件加工工藝規程編制的能力，夾具選用與設計的初步能力，并為學習其他有關課程及以后從事機械設計和制造工作奠定堅實的基礎。

面對該課程內容涉及知識面廣、理論性較深、實踐性很強等特點，江西交通職業技術學院“機械制造工藝與夾具設計”課程教學團隊為提高課程教學質量，在授課過程中十分注重教學內容的優化、教學組織的設計、教學方法手段的改進，大力推進課程教學改革，經過多年實踐，有力促進了機械類專業學生加工工藝和夾具工裝設計能力的提高。

一、教學內容改革

（一）課程內容整合優化思路

“機械制造工藝與夾具設計”主要是整合優化了普通高等學校“機械制造工藝學”和“機床夾具設計”課程的主要內容，整合后的教學內容主要有：機械加工工藝規程的制定、典型零件加工工藝規程及夾具設計、裝配工藝規程的制定等。

“機械加工工藝規程的制定”是把“機床夾具設計”中“工件的定位與夾具的夾緊”等內容融入到“機械制造工藝學”中的“機械加工工藝規程制定”里。這樣整合的意義主要有以下幾點：第一，可使學生在課程學習伊始，就在腦海中樹立“工藝與夾具是不可分割的整體”這樣一個概念[1]，在進行工藝路線和工序內容擬定的時候，就會仔細思考相應的定位基準和元件的選擇等問題。第二，在講解工藝尺寸鏈的建立與計算時，可以結合定位誤差和工藝尺寸鏈之間的內在聯系以及基準選擇原則來進行講授，這樣更容易使學生理解和掌握。“夾具的夾緊”這部分內容能讓學生意識到夾具的結構設計的合理性與零件表面加工質量存在著很大的關聯，從而可以很好的引導學生合理地進行夾具設計。

“典型零件加工工藝規程及夾具設計”是將夾具結構設計等有關內容滲透到“具體典型零件加工工藝規程制定”講授過程中。這樣滲透結合的優點就在于，當講授典型零件加工工藝規程編制時，可使學生針對加工所用的設備及刀具自然引申出常用典型機床夾具的定位元件、導向元件、夾緊元件、緊固元件等夾具基本元件的設計內容，促使學生進一步加深對專用夾具設計知識的理解與掌握。

“零部件裝配工藝規程的制定”是將夾具設計制造與裝配等內容融入到了“裝配工藝規程制定”講授過程中，實現了二者的有機結合。使學生可運用裝配工藝規程知識來檢驗夾具設計的合理性，反之，又可把夾具結構設計當作是裝配工藝規程制定的具體實例，互為補充，相互促進。

（二）內容整合后的教學優勢

一是將夾具設計相應內容分散地增添在原來“機械制造工藝學”課程當中，使加工工藝學的講授內容更加完整，確保了原來“機械制造工藝學”課程知識體系的完整性和邏輯性，學生也更容易理解和接受。二是可以在學習過程中綜合考慮工藝與夾具之間的聯系，有效避免了單獨教學時造成的工藝編制、夾具設計的知識割裂，學生編制的加工工藝與設計的夾具結構不協調等弊端，使學生的設計思路更加清晰，能更合理地設計加工工藝規程[2]。三是在課程教學過程中，可以用同一教學載體零件為實例，來綜合講授工藝編制與夾具設計的知識，進一步加深了二者之間的結合聯系，提升了學生的學習效率和分析解決設計問題的能力[3]。

（三）學習情境及其任務設計

為進一步做好課程教學改革工作，教學團隊在前期深入江西佳時特數控技術有限公司、江鈴汽車股份有限公司、格特拉克（江西）傳動系統有限公司等多家制造類企業開展了深入調研，并在此基礎上歸納總結了機械類專業的就業崗位群、崗位典型工作任務及職業崗位能力要求，依據機械行業相關的國家職業標準、學生的學情分析和職業成長規律，進行了課程內容的整合優化工作[4]。以知識點和能力結構設計了7個學習情境，并從企業實際生產項目選取了軸類、套類、箱體類、齒輪類和異形類等常見典型機械零件作為學習情境教學載體，從對接職業崗位實際工作需求的角度來確定具體的教學內容，使之能更有效地訓練學生專業技能、提高工作崗位適應能力。

“學習情境一：機械加工工藝規程的制定”的主要任務有機械加工工藝規程的認知、零件加工工藝分析及計算、零件毛坯和工序基準的選擇、工藝路線和工序內容的擬訂、機械加工質量的分析，教學載體選用階梯軸、齒輪軸、偏心軸等簡單零件，使學生初步理解掌握機制工藝和夾具設計的相關概念、基礎理論知識及應用知識。

“學習情境二：軸類零件加工工藝規程及夾具設計”是以減速器傳動軸、普通車床傳動軸等軸類零件為教學載體，讓學生獨立或合作完成工藝規程的編制和專有夾具的設計，并與實際生產文件對照。

“學習情境三：套類零件加工工藝規程及夾具設計”是以軸承套、氣缸套等套類零件為教學載體，讓學生獨立或合作完成工藝規程的編制和專有夾具的設計，并與實際生產文件對照。

“學習情境四：箱體類零件加工工藝規程編制及夾具設計”是以角形軸承箱、減速器箱體為教學載體，讓學生獨立或合作完成工藝規程的編制和專有夾具的設計，并與實際生產文件對照。

“學習情境五：齒輪類零件加工工藝規程編制及夾具設計”是以直齒圓柱齒輪、減速器變速齒輪為教學載體，讓學生獨立或合作完成工藝規程的編制和專有夾具的設計，并與實際生產文件對照。

“學習情境六：異形類零件加工工藝規程編制及夾具設計”是以法蘭、減速器撥叉為教學載體，讓學生獨立或合作完成工藝規程的編制和專有夾具的設計，并與實際生產文件對照。

“學習情境七：零部件裝配工藝規程的制定”的主要任務是將前面六個學習情境的教學載體零部件進行裝配，讓學生獨立或合作完成裝配工藝規程的制定、裝配尺寸鏈的建立與計算，并與實際生產文件對照。學習情境及學習任務設計的具體內容見下頁表1所示。

二、教學組織設計

教學活動的組織設計是以具體的學習任務貫穿整個課程教學過程，按照任務引入和任務分析、工藝過程設計、工序內容設計、夾具結構設計以及加工質量分析等環節來逐步進行，如圖1所示。

（一）引入學習任務，獲取必備知識

教師引入學習任務，將學生分成若干個工作小組，下發任務工單，工作小組獲取學習任務以后，首先要熟悉掌握零件加工所需的機床、刀具等設備的選用知識，不同結構零件的合適加工方法等必備的課程基礎理論知識。

（二）開展任務分析，設計工藝過程

在上述基礎上，教師引導學生運用所學的理論知識融入到項目任務完成過程中，學會分析和解決工藝規程編制等問題。要求工作小組認真分析任務載體零件的組成結構和表面特征，確定零件各相關表面的加工方法，進行零件的加工工藝性分析，填寫工藝過程卡片，為避免工作任務雷同，規定同一工作小組成員要分單件小批生產和大批大量生產兩種生產類型編制零件加工工藝。學生編制的加工工藝過程經指導教師批改后，教師再指定每一小組成員需要設計的工序內容。

（三）設計工序內容，填寫工序卡片

教師先講授工序內容設計等理論知識，然后要求學生根據上一階段制定的工序內容設計任務，通過查表確定加工機床的規格型號、切削加工用量、加工余量、工時定額等內容，最后要求學生填寫完成工序卡片。

（四）設計夾具結構，分析加工質量

教師先講授夾具結構設計、產品加工質量檢測及分析方法等理論知識，然后要求學生擬定夾具結構設計方案，經教師審閱批準后，要求學生各自進行相應加工工序的夾具結構三維圖模型繪制工作。最后，教師指導學生進一步修正完善設計方案，并把設計方案轉變為現實生產中正規的加工工藝文件、加工圖紙，在學校現代制造技術中心進行零件加工生產以及加工質量的檢測與分析。

三、教學評價改革

建立合理有效的課程教學考核評價體系，采用多元化的課程教學考核方式，充分發揮考核評價的導向作用，是提升課程教學質量的關鍵，也是“機械制造工藝與夾具設計”課程教學改革的重要內容[5]。課程教學團隊依據學校數控技術、模具設計與制造等專業的人才培養目標以及現行課程考核方式所存在的弊端，提出了以“方式多元、注重過程、嚴考技能”為課程考核原則，以學生專業技能的掌握程度為考核重點，提高其在總考核成績中的比重，同時注重學生創新思維能力的考核，采用形成性考核和終結性考核相結合，參照學生完成學習任務的表現，進行綜合評定[6]。“機械制造工藝與夾具設計”課程考核具體評定辦法見表2所示。

課程的總考核成績包括兩大部分：

一是形成性考核，即平時學生完成項目工作任務的過程考核，其在總考核成績中占比80%。根據各學習情境的主要知識點和核心技能點的重要性，以及所包含的學習任務數量，確定“機械加工工藝規程的制訂”在總考核成績中占比為12%，“軸類零件加工工藝規程及夾具設計”占比為10%，“套類零件加工工藝規程編制及夾具設計”占比為12%，“箱體類零件加工工藝規程編制及夾具設計”占比為12%，“齒輪類零件加工工藝規程編制及夾具設計”占比為12%，“異形類零件加工工藝規程編制及夾具設計”占比為12%，“零部件裝配工藝規程的制定”占比為10%，其中，各學習情境的具體考核方式又主要包括學生考勤情況（占比8%）、教師評價（占比14%）、小組評價（占比10%）、自我評價（占比8%）、項目工作任務完成質量（占比60%）。

二是終結性考核，就是期末綜合測驗考核，在總考核成績中占比20%。

實踐證明，通過以上的教學改革措施，顯著提高了學生對“機械制造工藝與夾具設計”課程的學習興趣、學習的主動性和積極性，取得了較好的教學效果，使學生在完成項目工作任務的過程中，強化加深了對課程的主要學習點和核心技能點的認知與掌握，提升了學生的工藝規程編制和夾具結構設計能力。后續，課程教學團隊將進一步優化完善課程教學改革方案，進一步提高課程教學質量。

參考文獻：

[1]汪曉云.基于“項目驅動”的“機械制造工藝與夾具設計”課程教學改革[J].武漢船舶職業技術學院學報，2013（3）：78-79.

[2]孫瑩.高職院校機械制造技術課程項目教學改革的探索[J].包頭職業技術學院學報，2015（16）：85-88.

[3]張春燕.《機械制造技術基礎》課程教學改革探討[J].教學園地，2011（30）：44-45.

[4]關月華.淺談《機械制造工藝與夾具設計》課程教改[J].教改創新，2013（34）：19-21.

[5]許中明.以能力為本位構建高職機械專業基礎課程群教學體系[J].職教論壇，2010（3）：53-56.

[6]肖篤飛，祝建孫.高職院校《機械制造技術》課程的教學實踐分析[J].科技風，2018（1）：158.

（責任編輯：張宇平）