應(yīng)用可拆裝機(jī)床夾具教具提高學(xué)生實(shí)踐能力

李峰

摘 要： 作者根據(jù)《機(jī)械制造工程學(xué)》、《汽車制造工藝學(xué)》等課程特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出了一套自動(dòng)化夾具拆裝綜合實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新了實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，提高了學(xué)生實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞： 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn) 可拆裝專用夾具

《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》是《機(jī)械制造工程學(xué)》、《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》和《汽車制造工藝學(xué)》等機(jī)械類主干課的重要內(nèi)容之一，是教學(xué)大綱要求學(xué)生掌握的內(nèi)容。在傳統(tǒng)機(jī)床夾具設(shè)計(jì)教學(xué)中，常用典型的定位元件及其限制的自由度、典型的夾緊機(jī)構(gòu)、典型機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)和夾具在機(jī)床的安裝是教學(xué)難點(diǎn)。教學(xué)中光有圖片沒(méi)有實(shí)物，學(xué)生沒(méi)有真正見(jiàn)過(guò)生產(chǎn)實(shí)際中的機(jī)床夾具，缺乏對(duì)定位元件、對(duì)刀元件、夾緊機(jī)構(gòu)、夾具體的感性認(rèn)識(shí)，沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，甚至對(duì)夾具體與機(jī)床的連接方式感到難以理解，光靠課堂講授學(xué)生難以掌握相關(guān)內(nèi)容。

一、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足

傳統(tǒng)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多采用“參觀教學(xué)法”進(jìn)行，參觀實(shí)驗(yàn)教學(xué)法是：學(xué)生參觀一些夾具模型，了解夾具組成，而傳統(tǒng)參觀實(shí)驗(yàn)教學(xué)法存在很多不足。

（1）參觀實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中學(xué)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(chǎng)銷售的很多夾具模型不能拆裝，因此學(xué)生不能詳細(xì)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(jī)床夾具大都采用機(jī)動(dòng)加緊方式，即利用氣壓、液壓作為動(dòng)力源，通過(guò)夾具上的夾緊機(jī)構(gòu)對(duì)工件加緊。而目前市場(chǎng)上還沒(méi)有這類機(jī)動(dòng)加緊的夾具教具。學(xué)生對(duì)這類機(jī)動(dòng)夾緊夾具沒(méi)有感性認(rèn)識(shí)，因此不能較好地掌握機(jī)動(dòng)夾緊夾具的設(shè)計(jì)方法。

二、合理選擇實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力

針對(duì)傳統(tǒng)夾具實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的相關(guān)問(wèn)題，我們的解決辦法是：合理選擇實(shí)驗(yàn)方法和方案，從而加強(qiáng)課堂教學(xué)效果及學(xué)生實(shí)踐能力。

總體實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案是：根據(jù)教材上常用的夾具案例，設(shè)計(jì)制造幾種教材上常用的可拆裝的氣動(dòng)機(jī)床夾具，然后在此基礎(chǔ)上學(xué)生做專用機(jī)床夾具拆裝實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)做精心設(shè)計(jì)的思考題。具體方法如下：

1.設(shè)計(jì)制造幾種常用的可拆裝氣動(dòng)機(jī)床夾具。根據(jù)教材上常用的夾具案例，設(shè)計(jì)制造幾種教材上常用的可拆裝的氣動(dòng)機(jī)床夾具。如氣動(dòng)式固定式鉆床夾具、氣動(dòng)式鉸鏈?zhǔn)姐@床夾具、氣動(dòng)式銑床夾具、分度式鉆床夾具、氣動(dòng)式移動(dòng)式鉆床夾具；這些夾具的特點(diǎn)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(dòng)夾緊裝置、自動(dòng)夾緊裝置，通過(guò)快速拆卸、組裝，使學(xué)生掌握各種典型組合夾具的組成及每個(gè)部分的特點(diǎn)和功用。（2）現(xiàn)代夾具中夾緊采用電動(dòng)、氣動(dòng)夾緊方式夾具越來(lái)越多，氣動(dòng)、電動(dòng)夾具如何選型、工作是學(xué)生應(yīng)該在夾具設(shè)計(jì)中掌握的一個(gè)基本知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造供學(xué)生實(shí)驗(yàn)的可拆裝變化自動(dòng)組合夾具中氣動(dòng)夾緊裝置是可以快速拆除和重新安裝和搭接的，通過(guò)快速拆除和重新安裝和搭接，使學(xué)生把電動(dòng)、氣壓傳動(dòng)知識(shí)和夾具設(shè)計(jì)緊密結(jié)合起來(lái)，使學(xué)生能較快掌握自動(dòng)夾緊裝置設(shè)計(jì)的基本技能。

2.三維仿真。利用三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)固定式鉆床夾具、鉸鏈?zhǔn)姐@床夾具、銑床夾具、分度式鉆床夾具、移動(dòng)式鉆床夾具五種常用的可拆裝機(jī)床夾具進(jìn)行三維仿真，三維仿真的內(nèi)容包括：（1）對(duì)拆卸和安裝進(jìn)行仿真；（2）對(duì)夾緊裝置進(jìn)行三維仿真（包括手動(dòng)夾緊和機(jī)動(dòng)夾緊）；（3）對(duì)加工進(jìn)行模擬仿真，通過(guò)仿真使學(xué)生對(duì)常用的可拆裝機(jī)床夾具有更深入認(rèn)識(shí)，使學(xué)生更直觀地理解所學(xué)內(nèi)容。

三、夾具拆裝實(shí)驗(yàn)教學(xué)步驟

1.了解被加工零件。先拿出要加工的工件，讓學(xué)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(shí)采用的定位基準(zhǔn)、加緊力的作用點(diǎn)和作用方向，在此基礎(chǔ)上采用提問(wèn)和討論的方法，回答下列問(wèn)題：（1）根據(jù)被加工面的尺寸要求，該零件應(yīng)該限制的第一種自由度有幾個(gè)，是哪幾個(gè)？（2）根據(jù)工序圖，回答該零件在加工時(shí)，主要定位基準(zhǔn)（第一定位基準(zhǔn)）、次要定位基準(zhǔn)（第二定位基準(zhǔn)）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(jī)床夾具？（4）采用什么樣的加緊機(jī)構(gòu)？通過(guò)提問(wèn)加討論，在該階段學(xué)生能讀懂工序圖，復(fù)習(xí)鞏固各種表面的加工方法、基準(zhǔn)的概念、定位基準(zhǔn)的選擇原則、第一種自由度分析方法及夾緊機(jī)構(gòu)選擇等知識(shí)。

2.觀看夾具拆裝三維仿真視頻。觀看實(shí)驗(yàn)室里計(jì)算機(jī)上預(yù)先設(shè)計(jì)好的相關(guān)夾具三維仿真動(dòng)畫(huà)，使學(xué)生對(duì)常用的可拆裝機(jī)床夾具有更深入認(rèn)識(shí)。使學(xué)生更直觀地理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。同時(shí)加快后面夾具拆裝的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度，減少教師輔導(dǎo)工作量。

3.進(jìn)行夾具拆裝實(shí)驗(yàn)。夾具拆裝前，學(xué)生要事先進(jìn)行分組，一般3個(gè)學(xué)生一組，每組要拆裝5套夾具（如固定式鉆床夾具、鉸鏈?zhǔn)姐@床夾具、銑床夾具、分度式鉆床夾具、移動(dòng)式鉆床夾具），這樣，學(xué)生盡可能對(duì)不同機(jī)床夾具都有了解，擴(kuò)大視野和知識(shí)面。拆裝時(shí)，讓學(xué)生按照一定順序動(dòng)手拆裝。由于前面討論和觀看過(guò)夾具拆裝三維仿真動(dòng)畫(huà)，此時(shí)學(xué)生對(duì)各個(gè)零件的作用已經(jīng)心中有數(shù)，拆裝起來(lái)也會(huì)有條不紊，直至該套夾具拆裝結(jié)束。

4.進(jìn)行工件安裝操作。夾具拆卸安裝結(jié)束后，要求每組學(xué)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(duì)于動(dòng)力源為機(jī)動(dòng)夾緊的夾具，如氣動(dòng)夾具，要求接通氣泵，通過(guò)夾具開(kāi)關(guān)進(jìn)行氣動(dòng)夾緊，了解氣缸的安裝方法及工作過(guò)程。對(duì)于如何設(shè)計(jì)機(jī)動(dòng)加緊夾具有初步認(rèn)識(shí)。

5.完成全部5套夾具的拆裝實(shí)驗(yàn)。接著進(jìn)行下一套機(jī)床夾具的拆裝，拆裝前，重復(fù)以上1和2的過(guò)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(jī)床夾具拆裝實(shí)驗(yàn)全部結(jié)束。

6.做實(shí)驗(yàn)思考題。5套夾具拆裝實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生要做相關(guān)實(shí)驗(yàn)思考題，其中思考題的一部分要求在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)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(yīng)該限制的第一種自由度；（3）寫(xiě)出每套夾具實(shí)際限制的工件自由度、繪制加緊力的作用點(diǎn)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(jī)構(gòu)（如斜楔夾緊機(jī)構(gòu)、螺旋夾緊機(jī)構(gòu)、偏心夾緊機(jī)構(gòu)、鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)等）；（6）繪制出每套夾具的方案簡(jiǎn)圖。

四、課堂講解和點(diǎn)評(píng)

很多高校理論課教師也是實(shí)驗(yàn)課教師，這種情況下《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》理論課教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告做的情況，對(duì)一些普遍性問(wèn)題，在課堂上進(jìn)行講解和點(diǎn)評(píng)，可以使學(xué)生進(jìn)一步掌握夾具設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)。對(duì)于理論課不承擔(dān)實(shí)驗(yàn)課的教師，可以事先了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，了解學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告做的情況，有針對(duì)性地在課上進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

五、實(shí)驗(yàn)效果

綜合以上過(guò)程，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中把理論涉及的有關(guān)夾具設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)揉合在一起，使他們了解所學(xué)知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。課堂上晦澀難懂的夾具設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)在這兒不是空洞的、抽象的，而是具體的、實(shí)在的。事實(shí)證明，效果非常顯著，學(xué)生普遍反映效果較好。較好地解決學(xué)時(shí)數(shù)減少、教學(xué)內(nèi)容增加的新形勢(shì)下，如何使學(xué)生較好掌握《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》相關(guān)內(nèi)容的問(wèn)題，有一定的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]王時(shí)英.解剖式夾具設(shè)計(jì)教學(xué)研究.太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004.

[2]陳世輝.淺談機(jī)床夾具實(shí)驗(yàn)教學(xué)模型的設(shè)計(jì).質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督研究，2011.

[3]彭軍強(qiáng).自動(dòng)化夾具綜合性實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā).科技信息，2019.