技工院校開展《機(jī)床夾具設(shè)計》教學(xué)探討

柳楊

摘 要：本文介紹了《機(jī)床夾具設(shè)計》課程重要性，推薦了教材選擇，對于教師能力及教學(xué)方法運(yùn)用作了說明，根據(jù)中技學(xué)生與高技學(xué)生接受能力區(qū)別，產(chǎn)生了差異化教學(xué)內(nèi)容，最后舉例說明鉆孔夾具教學(xué)重點。

關(guān)鍵詞：機(jī)床夾具 教師能力 教學(xué)方法 差異化

Discussion of Teaching "Machine Tool Fixture Design" in Technical Colleges

Liu Yang

Abstract：This paper introduces the importance of the course "Machine Tool Fixture Design"， recommends the selection of teaching materials， explains the use of teacher ability and teaching methods， produces differentiated teaching content according to the difference between the acceptance ability of secondary technical students and high-tech students， and finally gives examples of the teaching focus of drilling fixtures.

Key words：machine tool fixture， teacher ability， teaching method， differentiation

一直以來關(guān)于技工院校（尤其是中等技校）開設(shè)《機(jī)床夾具設(shè)計》課，頗多爭議，主要存在有二種意見，一種意見認(rèn)為《機(jī)床夾具設(shè)計》難學(xué)難教，應(yīng)用易學(xué)易教的其他課程替代。另一種意見則認(rèn)為，作為工藝工裝的必備知識《機(jī)床夾具設(shè)計》在機(jī)械產(chǎn)品加工與模具設(shè)計制作中，有不可替代的作用，難學(xué)難教不假，機(jī)床夾具作用巨大，意義深遠(yuǎn)，無論多么難也必需開設(shè)這門課程，才能滿足學(xué)生用有所學(xué)，也才能滿足不斷發(fā)展的制造業(yè)需求。

1 機(jī)床夾具設(shè)計教學(xué)現(xiàn)狀

技校生源大多是中考落榜生或高考落榜生，有的還來自單親家庭情感缺失厭倦學(xué)習(xí)，總體而言基礎(chǔ)薄弱，欠缺必備的中等數(shù)學(xué)及力學(xué)知識，作為一名從教多年的技校老師深有體會：機(jī)械類專業(yè)課教學(xué)中凡是用到有一定難度的中等數(shù)學(xué)物理知識時大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)都覺得吃力。所以學(xué)習(xí)《機(jī)床夾具設(shè)計》困難重重，應(yīng)是情理之中的事情。由此看來，技校老師面對的教學(xué)對象決定了在接受機(jī)械類專業(yè)課學(xué)習(xí)中困難不小且是始終存在的，那么在選擇教學(xué)內(nèi)容時除了貫徹由易入難基礎(chǔ)課先行等基本教學(xué)原則，還應(yīng)該本著用有所學(xué)，適當(dāng)選擇一些雖說難教難學(xué)但有利于提升學(xué)生成長空間的課程，如《機(jī)床夾具設(shè)計》等進(jìn)行教學(xué)，不但是必要的且是可行的。

1.1 嚴(yán)重的課時壓縮

近幾年，機(jī)械專業(yè)教學(xué)改革和人才培養(yǎng)方案的調(diào)整和優(yōu)化，很少有專門的《機(jī)床夾具設(shè)計》課程；將其納入到機(jī)械制造技術(shù)或機(jī)械制造設(shè)備設(shè)計的章節(jié)，縮短學(xué)時已經(jīng)是不爭的事實。在“少學(xué)時”的情況下，如何確保教學(xué)質(zhì)量是師生共同關(guān)心的問題。

1.2 缺乏實務(wù)培訓(xùn)

工裝夾具的設(shè)計具有較高的實踐性，不僅需要有扎實的基礎(chǔ)理論知識，還要有較好的實際應(yīng)用能力。但是，在已經(jīng)十分緊張的教學(xué)時間里，要想有充足的時間來安排實習(xí)課程是不切合實際的。在實踐中，對機(jī)床夾具的設(shè)計實踐，除常規(guī)操作外，一般都會在機(jī)械加工工藝專業(yè)的《機(jī)床夾具設(shè)計》中進(jìn)行，這種方法有一定的實用價值；然而，在教學(xué)初期，由于缺乏足夠的實習(xí)培訓(xùn)，導(dǎo)致學(xué)生在實際設(shè)計中出現(xiàn)了大量的低級錯誤，使能力得不到提升，而且受時間和難度的制約，選擇的夾具設(shè)計主題通常只限于特定類型的夾具，能力訓(xùn)練受限。

1.3 缺少自動控制的內(nèi)容

目前的教科書仍然著重于一般機(jī)床專用夾具的設(shè)計，對于CNC專用夾具的研究相對較少，而常規(guī)機(jī)床專用夾具多為手工夾持，難以提高其自動化水平；不能滿足數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)字化控制需求，對提高數(shù)控系統(tǒng)的工作效率有很大的影響。隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的不斷深化和智能制造技術(shù)的不斷發(fā)展，對機(jī)床夾具的設(shè)計提出了新的要求，不僅要能實現(xiàn)自動化，還要能滿足全過程的智能化。傳統(tǒng)的工裝夾具設(shè)計已無法適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，必須進(jìn)行教學(xué)改革，以適應(yīng)現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的要求。

這些問題都是影響學(xué)生《機(jī)床夾具設(shè)計》能力的重要因素，所以對《機(jī)床夾具設(shè)計》的教學(xué)進(jìn)行改革勢在必行。

2 機(jī)床夾具設(shè)計教學(xué)策略

1、對教師能力要求。教學(xué)的主體是教師，教好《機(jī)床夾具設(shè)計》要求教師要有全面的機(jī)械類專業(yè)知識，良好的課堂掌控能力，具有一定的相關(guān)機(jī)床夾具生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。同時現(xiàn)在社會上各種制造業(yè)加工企業(yè)，對機(jī)床夾具的制造工人是大量需求，這就要求對老師的要求顯然較一般基礎(chǔ)課教學(xué)要高，技校開設(shè)《機(jī)床夾具設(shè)計》必要性，師資力量欠缺是主因。需要技校機(jī)械老師要及時下企業(yè)鍛煉，學(xué)習(xí)最新的制造技術(shù)，融合到工學(xué)一體化課程教學(xué)中。

2、教學(xué)方法的運(yùn)用。好的教學(xué)方式，往往可以讓學(xué)生學(xué)到一些東西，我認(rèn)為，一個技術(shù)學(xué)校的教師，能不能把抽象的東西，用形象的語言來表現(xiàn)出來，就是一個很重要的因素。我們都知道，在《機(jī)床夾具設(shè)計》中，六點定位法的運(yùn)用既是起步又是困難，怎樣才能使學(xué)生更好地掌握六點定位法？

如上圖1所示布局，工件定位方式可以簡單理解為：底面A是基本定位面，而B、C是兩個輔助的定位面，定位于夾具相關(guān)表面，其中A面是面接觸的，相當(dāng)于成三角形布置的三個定位支承點1、2、3起的作用，零件的A面與三點1、2、3接觸限制自由度包括了z的移動x、y的轉(zhuǎn)動，B面是狹長的，可以理解為就是一條線接觸限制。兩個定位支承點4、5限制了零件的2個運(yùn)動，這兩個自由度是x的移動z的轉(zhuǎn)動兩個自由度。在側(cè)面C上相當(dāng)于是只有一個支承點6，作用是限制了工件y方向的一個自由度。實際教學(xué)中，同學(xué)們感覺上述結(jié)論不好理解，如A面是怎么限制零件的3個自由度的呢？此時，教師可以用自己的示范來加深同學(xué)們的理解。可對比人在地面的行走過程，人相當(dāng)于“零件”，地面則相當(dāng)于“夾具”，人平面行走的時候始終保持跟地面接觸，這從一個側(cè)面說明了此時沒有限制平面的自由度。一旦人進(jìn)行跳躍動作，則此時馬上跟地面脫離接觸了，相當(dāng)于Z的方向的平動是沒有被限制的。最后可以給學(xué)生進(jìn)行概括：“會脫離，就限制。不脫離，不限期。”B面限制的道理是一樣的，一旦工件隨Z軸轉(zhuǎn)動了，零件與B面就發(fā)生了脫離，即“會脫離，就限制”。一樣的道理，零件不能沿X軸平行移動。C面屬于點接觸，所以只能限制一個自由度了。

事實上，生活中有許多可以對照的實例，例如門板等，大家可以考慮一下這些日用物品怎樣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和定位。

總之，在此基礎(chǔ)上，教師應(yīng)盡量運(yùn)用以上所述的生動、直觀的教學(xué)方法（如 PPT、動畫視頻等）來實現(xiàn)機(jī)械夾具設(shè)計的整個教學(xué)過程。另外，也要注意及時彌補(bǔ)學(xué)生在學(xué)習(xí)中缺少或忘記的公差配合，金屬材料，機(jī)械制圖；介紹了機(jī)械基礎(chǔ)等機(jī)械專業(yè)的基本課程，并將其應(yīng)用于機(jī)床夾具的基本原理，例如材料的選擇、零件之間的配合、零件的精度確定等；制圖有何特色，讓學(xué)生對學(xué)校學(xué)習(xí)的機(jī)械知識進(jìn)行復(fù)習(xí)和總結(jié)，有助于了解機(jī)械零件之間的內(nèi)部關(guān)系，并發(fā)揮其作用，從而提升對機(jī)械生產(chǎn)過程的認(rèn)識。

3、差異教學(xué)。中技與高技都是開設(shè)的《機(jī)床夾具設(shè)計》課程，但課程的內(nèi)容卻是完全不同的，每個人的文化背景和接受能力也都不相同，因此，他們的教學(xué)方式也就不同了。

中級技術(shù)學(xué)生：①掌握加工機(jī)床的基礎(chǔ)知識（六點定位法）；②強(qiáng)調(diào)對各個零件之間的作用和相互影響的研究，著重研究車銑夾具；③能裝配維護(hù)工具箱；④對位置誤差進(jìn)行分析和計算，以認(rèn)識為主，不能過分強(qiáng)調(diào)操作；⑤每學(xué)期的教學(xué)時間為40-60個小時。

高技生：一般高技生比中等技術(shù)學(xué)生年齡大，對數(shù)學(xué)和機(jī)械的基本知識都有一定的了解，對新知識的吸收能力比普通學(xué)生強(qiáng)；除了要學(xué)會掌握以上所學(xué)的知識，還有更高的標(biāo)準(zhǔn)。在實際教學(xué)中，個別學(xué)生往往會進(jìn)行一次畢業(yè)設(shè)計。首先將班級分成五個小組，每個小組5-8個人，小組成員之間要有一種學(xué)習(xí)討論的氛圍，由學(xué)習(xí)努力和表現(xiàn)優(yōu)異的同學(xué)來做小組組長。每個小組給出一個不同的零件圖紙，以供設(shè)計作業(yè)。請說明以下的工作需求：

①用手繪出產(chǎn)品圖紙；②用手工或 AUTOCAD繪圖；③根據(jù)教師的要求，有選擇地制作夾具部件的加工過程；④制作夾具的裝配透視圖；⑤編制計算規(guī)范，并打印有關(guān)的圖紙和文件。

在完成作業(yè)時，要防止學(xué)生抄襲，不要讓學(xué)習(xí)過程成為一種形式主義的行為，老師要在課堂中指導(dǎo)學(xué)生正確設(shè)計夾具的位置，從而影響到夾具的精度和公差；夾具的選取、夾具的受力、變形等困難知識的掌握。

上圖2所示，工件其余工序已經(jīng)完工，試設(shè)計鉆φ5mm孔的鉆床夾具。工件材料為Q235A鋼，批量N=600件。教師在指導(dǎo)過程中，應(yīng)以提供思路為主，學(xué)生可借助參考書籍先繪制草圖，定位方案中定位心軸的結(jié)構(gòu)選材公差等如何確定，怎樣確定定位心軸與夾具體的連接方式，夾具體的結(jié)構(gòu)采用鑄造還是型材各有何優(yōu)勢，鉆模板位置如何把控，夾緊方式如何確定，夾具總圖上尺寸、公差和技術(shù)要求的如何標(biāo)注。定位元件、對刀或?qū)蛟c安裝基面相互之間的尺寸、公差和位置公差又是怎樣確定，定位心軸加工工藝應(yīng)注意什么？

4、關(guān)于項目驅(qū)動。項目導(dǎo)向教學(xué)是以建構(gòu)主義教學(xué)理論為指導(dǎo)的一種教學(xué)方式。在教學(xué)的全過程中，教師都是以完成特定的任務(wù)為主線，將教學(xué)內(nèi)容巧妙地融入到個別的任務(wù)之中，使學(xué)生通過小組的形式來理解教學(xué)的精髓；通過這種方式，可以幫助學(xué)生在完成作業(yè)的過程中，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力和自主性，從而指導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)問題，思考解決問題的辦法。“專案”教學(xué)法雖然可以很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，但是它對實際操作條件的制約很大，所以不能完全照搬其它課程的教學(xué)模式，必須根據(jù)自己的特點來進(jìn)行；改進(jìn)以項目為導(dǎo)向的教學(xué)方式，即在不增加投入、不增加學(xué)時的前提下，有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有效地完成學(xué)習(xí)計劃所賦予的任務(wù)。以上所介紹的虛擬技術(shù)為解決這個問題創(chuàng)造了良好的條件，但是在具體實現(xiàn)過程中，必須考慮到三個問題。

第一，要強(qiáng)化老師對項目的控制。教師在設(shè)計項目時，應(yīng)兼顧到知識的全面和有效地實施。這不僅需要具備良好的夾具設(shè)計理論基礎(chǔ)，同時也需要豐富的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計和熟練的 CAD/CAM軟件開發(fā)。另外，老師要及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，并根據(jù)學(xué)生的實際反饋，適時地對作業(yè)要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以免出現(xiàn)“高”、“低”等現(xiàn)象。

第二，將理論和實踐相結(jié)合，采用項目教學(xué)法。在教科書中，大部分的工裝夾具都是采用機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工裝，這樣的工裝夾具可以承載更多的知識，但其難度也不易深入地理解；同時，企業(yè)中常用的幾種結(jié)構(gòu)簡單卻很有代表性的工裝，是很好的教學(xué)材料，因此需要加強(qiáng)校企間的交流與合作，把具有代表性的機(jī)床夾具設(shè)計項目轉(zhuǎn)化成學(xué)生的試驗課題。教師應(yīng)認(rèn)真選擇幾種典型的工裝，并將其編撰成有特點的教材，并以大作業(yè)的形式安排學(xué)生在課余時間內(nèi)進(jìn)行繪圖；完成零件的三維模型，用電腦軟件對其進(jìn)行仿真，然后進(jìn)行實際的裝配和檢驗。

第三，通過翻轉(zhuǎn)課堂來提高教學(xué)質(zhì)量。翻轉(zhuǎn)課堂就是對課堂和課外的時間進(jìn)行再分配，把學(xué)習(xí)的主動權(quán)從老師手中轉(zhuǎn)移到了學(xué)生身上。在此模式下，學(xué)員可集中精力于老師所安排的夾具設(shè)計作業(yè)，并以小組討論的形式，探討有關(guān)夾具的設(shè)計要點，以加深對夾具的了解。教師在教學(xué)過程中，不僅可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自主學(xué)習(xí)的能力。

在教學(xué)中結(jié)合企業(yè)的實際情況，對車、銑、鉆夾具等進(jìn)行了系統(tǒng)的培訓(xùn)，采用項目驅(qū)動、教師引導(dǎo)、學(xué)生引導(dǎo)的方式，取得了較好的效果。

總之，整個學(xué)習(xí)過程要做到時間分配合理，學(xué)習(xí)張馳有度，最大限度激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生不斷思考教師提出的新問題，每解決一個問題學(xué)生都有一份收獲感。教師是學(xué)生學(xué)習(xí)過程的設(shè)計者參與者組織者，更是學(xué)生的良師益友，需要強(qiáng)調(diào)的是老師對于學(xué)習(xí)能力有限的學(xué)生切忌熟視無堵，要更多地關(guān)心愛護(hù)他們，耐心指導(dǎo)，使每個學(xué)生學(xué)有所獲。

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