“機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)”課程教學(xué)設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)踐

張勇明　李永松　曹佩紅

摘要：“機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)”是高職院校數(shù)控、模具等機(jī)械類專業(yè)的核心職業(yè)能力課程，是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械加工工藝文件識(shí)讀與編制能力、夾具設(shè)計(jì)能力的重要環(huán)節(jié)。本文針對(duì)此課程的教學(xué)內(nèi)容及其特點(diǎn)，結(jié)合學(xué)校機(jī)械類專業(yè)辦學(xué)實(shí)際，從整合優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)組織模式、改革課程考核評(píng)價(jià)等方面，對(duì)高職“機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)”課程進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，并應(yīng)用于具體的教學(xué)應(yīng)用實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)；教學(xué)設(shè)計(jì)；應(yīng)用實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G718 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-5727（2019）02-0063-05

“機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)”是一門以工學(xué)結(jié)合人才培養(yǎng)模式為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)的一門課程，是面向高等職業(yè)教育機(jī)械類各專業(yè)（機(jī)械、數(shù)控、模具、機(jī)電、汽車制造等）開(kāi)設(shè)的一門專業(yè)技術(shù)主干課程。其前導(dǎo)課程主要為“機(jī)械制圖與識(shí)圖”“機(jī)械設(shè)計(jì)及應(yīng)用”等課程，后續(xù)課程主要有“數(shù)控車削編程與仿真加工”“數(shù)控銑削編程與仿真加工”等課程，在機(jī)械類專業(yè)課程體系中發(fā)揮著承上啟下的連接作用。

該課程的核心內(nèi)容是研究典型機(jī)械零件從毛坯到加工出合格零件整個(gè)加工制造過(guò)程的工藝規(guī)程編制及相應(yīng)專用夾具設(shè)計(jì)，重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生選用和編制典型機(jī)械零件加工工藝規(guī)程編制的能力，夾具選用與設(shè)計(jì)的初步能力，并為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事機(jī)械設(shè)計(jì)和制造工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

面對(duì)該課程內(nèi)容涉及知識(shí)面廣、理論性較深、實(shí)踐性很強(qiáng)等特點(diǎn)，江西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院“機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)”課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)為提高課程教學(xué)質(zhì)量，在授課過(guò)程中十分注重教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化、教學(xué)組織的設(shè)計(jì)、教學(xué)方法手段的改進(jìn)，大力推進(jìn)課程教學(xué)改革，經(jīng)過(guò)多年實(shí)踐，有力促進(jìn)了機(jī)械類專業(yè)學(xué)生加工工藝和夾具工裝設(shè)計(jì)能力的提高。

一、教學(xué)內(nèi)容改革

（一）課程內(nèi)容整合優(yōu)化思路

“機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)”主要是整合優(yōu)化了普通高等學(xué)?！皺C(jī)械制造工藝學(xué)”和“機(jī)床夾具設(shè)計(jì)”課程的主要內(nèi)容，整合后的教學(xué)內(nèi)容主要有：機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定、典型零件加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)、裝配工藝規(guī)程的制定等。

“機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定”是把“機(jī)床夾具設(shè)計(jì)”中“工件的定位與夾具的夾緊”等內(nèi)容融入到“機(jī)械制造工藝學(xué)”中的“機(jī)械加工工藝規(guī)程制定”里。這樣整合的意義主要有以下幾點(diǎn)：第一，可使學(xué)生在課程學(xué)習(xí)伊始，就在腦海中樹(shù)立“工藝與夾具是不可分割的整體”這樣一個(gè)概念[1]，在進(jìn)行工藝路線和工序內(nèi)容擬定的時(shí)候，就會(huì)仔細(xì)思考相應(yīng)的定位基準(zhǔn)和元件的選擇等問(wèn)題。第二，在講解工藝尺寸鏈的建立與計(jì)算時(shí)，可以結(jié)合定位誤差和工藝尺寸鏈之間的內(nèi)在聯(lián)系以及基準(zhǔn)選擇原則來(lái)進(jìn)行講授，這樣更容易使學(xué)生理解和掌握。“夾具的夾緊”這部分內(nèi)容能讓學(xué)生意識(shí)到夾具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性與零件表面加工質(zhì)量存在著很大的關(guān)聯(lián)，從而可以很好的引導(dǎo)學(xué)生合理地進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)。

“典型零件加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)”是將夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等有關(guān)內(nèi)容滲透到“具體典型零件加工工藝規(guī)程制定”講授過(guò)程中。這樣滲透結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)就在于，當(dāng)講授典型零件加工工藝規(guī)程編制時(shí)，可使學(xué)生針對(duì)加工所用的設(shè)備及刀具自然引申出常用典型機(jī)床夾具的定位元件、導(dǎo)向元件、夾緊元件、緊固元件等夾具基本元件的設(shè)計(jì)內(nèi)容，促使學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)專用夾具設(shè)計(jì)知識(shí)的理解與掌握。

“零部件裝配工藝規(guī)程的制定”是將夾具設(shè)計(jì)制造與裝配等內(nèi)容融入到了“裝配工藝規(guī)程制定”講授過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了二者的有機(jī)結(jié)合。使學(xué)生可運(yùn)用裝配工藝規(guī)程知識(shí)來(lái)檢驗(yàn)夾具設(shè)計(jì)的合理性，反之，又可把夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)作是裝配工藝規(guī)程制定的具體實(shí)例，互為補(bǔ)充，相互促進(jìn)。

（二）內(nèi)容整合后的教學(xué)優(yōu)勢(shì)

一是將夾具設(shè)計(jì)相應(yīng)內(nèi)容分散地增添在原來(lái)“機(jī)械制造工藝學(xué)”課程當(dāng)中，使加工工藝學(xué)的講授內(nèi)容更加完整，確保了原來(lái)“機(jī)械制造工藝學(xué)”課程知識(shí)體系的完整性和邏輯性，學(xué)生也更容易理解和接受。二是可以在學(xué)習(xí)過(guò)程中綜合考慮工藝與夾具之間的聯(lián)系，有效避免了單獨(dú)教學(xué)時(shí)造成的工藝編制、夾具設(shè)計(jì)的知識(shí)割裂，學(xué)生編制的加工工藝與設(shè)計(jì)的夾具結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)等弊端，使學(xué)生的設(shè)計(jì)思路更加清晰，能更合理地設(shè)計(jì)加工工藝規(guī)程[2]。三是在課程教學(xué)過(guò)程中，可以用同一教學(xué)載體零件為實(shí)例，來(lái)綜合講授工藝編制與夾具設(shè)計(jì)的知識(shí)，進(jìn)一步加深了二者之間的結(jié)合聯(lián)系，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和分析解決設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力[3]。

（三）學(xué)習(xí)情境及其任務(wù)設(shè)計(jì)

為進(jìn)一步做好課程教學(xué)改革工作，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在前期深入江西佳時(shí)特?cái)?shù)控技術(shù)有限公司、江鈴汽車股份有限公司、格特拉克（江西）傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司等多家制造類企業(yè)開(kāi)展了深入調(diào)研，并在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)了機(jī)械類專業(yè)的就業(yè)崗位群、崗位典型工作任務(wù)及職業(yè)崗位能力要求，依據(jù)機(jī)械行業(yè)相關(guān)的國(guó)家職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)生的學(xué)情分析和職業(yè)成長(zhǎng)規(guī)律，進(jìn)行了課程內(nèi)容的整合優(yōu)化工作[4]。以知識(shí)點(diǎn)和能力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了7個(gè)學(xué)習(xí)情境，并從企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目選取了軸類、套類、箱體類、齒輪類和異形類等常見(jiàn)典型機(jī)械零件作為學(xué)習(xí)情境教學(xué)載體，從對(duì)接職業(yè)崗位實(shí)際工作需求的角度來(lái)確定具體的教學(xué)內(nèi)容，使之能更有效地訓(xùn)練學(xué)生專業(yè)技能、提高工作崗位適應(yīng)能力。

“學(xué)習(xí)情境一：機(jī)械加工工藝規(guī)程的制定”的主要任務(wù)有機(jī)械加工工藝規(guī)程的認(rèn)知、零件加工工藝分析及計(jì)算、零件毛坯和工序基準(zhǔn)的選擇、工藝路線和工序內(nèi)容的擬訂、機(jī)械加工質(zhì)量的分析，教學(xué)載體選用階梯軸、齒輪軸、偏心軸等簡(jiǎn)單零件，使學(xué)生初步理解掌握機(jī)制工藝和夾具設(shè)計(jì)的相關(guān)概念、基礎(chǔ)理論知識(shí)及應(yīng)用知識(shí)。

“學(xué)習(xí)情境二：軸類零件加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)”是以減速器傳動(dòng)軸、普通車床傳動(dòng)軸等軸類零件為教學(xué)載體，讓學(xué)生獨(dú)立或合作完成工藝規(guī)程的編制和專有夾具的設(shè)計(jì)，并與實(shí)際生產(chǎn)文件對(duì)照。

“學(xué)習(xí)情境三：套類零件加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)”是以軸承套、氣缸套等套類零件為教學(xué)載體，讓學(xué)生獨(dú)立或合作完成工藝規(guī)程的編制和專有夾具的設(shè)計(jì)，并與實(shí)際生產(chǎn)文件對(duì)照。

“學(xué)習(xí)情境四：箱體類零件加工工藝規(guī)程編制及夾具設(shè)計(jì)”是以角形軸承箱、減速器箱體為教學(xué)載體，讓學(xué)生獨(dú)立或合作完成工藝規(guī)程的編制和專有夾具的設(shè)計(jì)，并與實(shí)際生產(chǎn)文件對(duì)照。

“學(xué)習(xí)情境五：齒輪類零件加工工藝規(guī)程編制及夾具設(shè)計(jì)”是以直齒圓柱齒輪、減速器變速齒輪為教學(xué)載體，讓學(xué)生獨(dú)立或合作完成工藝規(guī)程的編制和專有夾具的設(shè)計(jì)，并與實(shí)際生產(chǎn)文件對(duì)照。

“學(xué)習(xí)情境六：異形類零件加工工藝規(guī)程編制及夾具設(shè)計(jì)”是以法蘭、減速器撥叉為教學(xué)載體，讓學(xué)生獨(dú)立或合作完成工藝規(guī)程的編制和專有夾具的設(shè)計(jì)，并與實(shí)際生產(chǎn)文件對(duì)照。

“學(xué)習(xí)情境七：零部件裝配工藝規(guī)程的制定”的主要任務(wù)是將前面六個(gè)學(xué)習(xí)情境的教學(xué)載體零部件進(jìn)行裝配，讓學(xué)生獨(dú)立或合作完成裝配工藝規(guī)程的制定、裝配尺寸鏈的建立與計(jì)算，并與實(shí)際生產(chǎn)文件對(duì)照。學(xué)習(xí)情境及學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容見(jiàn)下頁(yè)表1所示。

二、教學(xué)組織設(shè)計(jì)

教學(xué)活動(dòng)的組織設(shè)計(jì)是以具體的學(xué)習(xí)任務(wù)貫穿整個(gè)課程教學(xué)過(guò)程，按照任務(wù)引入和任務(wù)分析、工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、工序內(nèi)容設(shè)計(jì)、夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及加工質(zhì)量分析等環(huán)節(jié)來(lái)逐步進(jìn)行，如圖1所示。

（一）引入學(xué)習(xí)任務(wù)，獲取必備知識(shí)

教師引入學(xué)習(xí)任務(wù)，將學(xué)生分成若干個(gè)工作小組，下發(fā)任務(wù)工單，工作小組獲取學(xué)習(xí)任務(wù)以后，首先要熟悉掌握零件加工所需的機(jī)床、刀具等設(shè)備的選用知識(shí)，不同結(jié)構(gòu)零件的合適加工方法等必備的課程基礎(chǔ)理論知識(shí)。

（二）開(kāi)展任務(wù)分析，設(shè)計(jì)工藝過(guò)程

在上述基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)融入到項(xiàng)目任務(wù)完成過(guò)程中，學(xué)會(huì)分析和解決工藝規(guī)程編制等問(wèn)題。要求工作小組認(rèn)真分析任務(wù)載體零件的組成結(jié)構(gòu)和表面特征，確定零件各相關(guān)表面的加工方法，進(jìn)行零件的加工工藝性分析，填寫(xiě)工藝過(guò)程卡片，為避免工作任務(wù)雷同，規(guī)定同一工作小組成員要分單件小批生產(chǎn)和大批大量生產(chǎn)兩種生產(chǎn)類型編制零件加工工藝。學(xué)生編制的加工工藝過(guò)程經(jīng)指導(dǎo)教師批改后，教師再指定每一小組成員需要設(shè)計(jì)的工序內(nèi)容。

（三）設(shè)計(jì)工序內(nèi)容，填寫(xiě)工序卡片

教師先講授工序內(nèi)容設(shè)計(jì)等理論知識(shí)，然后要求學(xué)生根據(jù)上一階段制定的工序內(nèi)容設(shè)計(jì)任務(wù)，通過(guò)查表確定加工機(jī)床的規(guī)格型號(hào)、切削加工用量、加工余量、工時(shí)定額等內(nèi)容，最后要求學(xué)生填寫(xiě)完成工序卡片。

（四）設(shè)計(jì)夾具結(jié)構(gòu)，分析加工質(zhì)量

教師先講授夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品加工質(zhì)量檢測(cè)及分析方法等理論知識(shí)，然后要求學(xué)生擬定夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，經(jīng)教師審閱批準(zhǔn)后，要求學(xué)生各自進(jìn)行相應(yīng)加工工序的夾具結(jié)構(gòu)三維圖模型繪制工作。最后，教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步修正完善設(shè)計(jì)方案，并把設(shè)計(jì)方案轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中正規(guī)的加工工藝文件、加工圖紙，在學(xué)?，F(xiàn)代制造技術(shù)中心進(jìn)行零件加工生產(chǎn)以及加工質(zhì)量的檢測(cè)與分析。

三、教學(xué)評(píng)價(jià)改革

建立合理有效的課程教學(xué)考核評(píng)價(jià)體系，采用多元化的課程教學(xué)考核方式，充分發(fā)揮考核評(píng)價(jià)的導(dǎo)向作用，是提升課程教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵，也是“機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)”課程教學(xué)改革的重要內(nèi)容[5]。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)依據(jù)學(xué)校數(shù)控技術(shù)、模具設(shè)計(jì)與制造等專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)以及現(xiàn)行課程考核方式所存在的弊端，提出了以“方式多元、注重過(guò)程、嚴(yán)考技能”為課程考核原則，以學(xué)生專業(yè)技能的掌握程度為考核重點(diǎn)，提高其在總考核成績(jī)中的比重，同時(shí)注重學(xué)生創(chuàng)新思維能力的考核，采用形成性考核和終結(jié)性考核相結(jié)合，參照學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)的表現(xiàn)，進(jìn)行綜合評(píng)定[6]。“機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)”課程考核具體評(píng)定辦法見(jiàn)表2所示。

課程的總考核成績(jī)包括兩大部分：

一是形成性考核，即平時(shí)學(xué)生完成項(xiàng)目工作任務(wù)的過(guò)程考核，其在總考核成績(jī)中占比80%。根據(jù)各學(xué)習(xí)情境的主要知識(shí)點(diǎn)和核心技能點(diǎn)的重要性，以及所包含的學(xué)習(xí)任務(wù)數(shù)量，確定“機(jī)械加工工藝規(guī)程的制訂”在總考核成績(jī)中占比為12%，“軸類零件加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)”占比為10%，“套類零件加工工藝規(guī)程編制及夾具設(shè)計(jì)”占比為12%，“箱體類零件加工工藝規(guī)程編制及夾具設(shè)計(jì)”占比為12%，“齒輪類零件加工工藝規(guī)程編制及夾具設(shè)計(jì)”占比為12%，“異形類零件加工工藝規(guī)程編制及夾具設(shè)計(jì)”占比為12%，“零部件裝配工藝規(guī)程的制定”占比為10%，其中，各學(xué)習(xí)情境的具體考核方式又主要包括學(xué)生考勤情況（占比8%）、教師評(píng)價(jià)（占比14%）、小組評(píng)價(jià)（占比10%）、自我評(píng)價(jià)（占比8%）、項(xiàng)目工作任務(wù)完成質(zhì)量（占比60%）。

二是終結(jié)性考核，就是期末綜合測(cè)驗(yàn)考核，在總考核成績(jī)中占比20%。

實(shí)踐證明，通過(guò)以上的教學(xué)改革措施，顯著提高了學(xué)生對(duì)“機(jī)械制造工藝與夾具設(shè)計(jì)”課程的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，取得了較好的教學(xué)效果，使學(xué)生在完成項(xiàng)目工作任務(wù)的過(guò)程中，強(qiáng)化加深了對(duì)課程的主要學(xué)習(xí)點(diǎn)和核心技能點(diǎn)的認(rèn)知與掌握，提升了學(xué)生的工藝規(guī)程編制和夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能力。后續(xù)，課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步優(yōu)化完善課程教學(xué)改革方案，進(jìn)一步提高課程教學(xué)質(zhì)量。

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（責(zé)任編輯：張宇平）