应用可拆装机床夹具教具提高学生实践能力

李峰

摘 要： 作者根据《机械制造工程学》、《汽车制造工艺学》等课程特点，开发出了一套自动化夹具拆装综合实验，创新了实验教学方式，提高了学生实践能力。

关键词： 实验教学 创新型实验 可拆装专用夹具

《机床夹具设计》是《机械制造工程学》、《机械制造技术基础》和《汽车制造工艺学》等机械类主干课的重要内容之一，是教学大纲要求学生掌握的内容。在传统机床夹具设计教学中，常用典型的定位元件及其限制的自由度、典型的夹紧机构、典型机床夹具结构和夹具在机床的安装是教学难点。教学中光有图片没有实物，学生没有真正见过生产实际中的机床夹具，缺乏对定位元件、对刀元件、夹紧机构、夹具体的感性认识，没有实践经验，甚至对夹具体与机床的连接方式感到难以理解，光靠课堂讲授学生难以掌握相关内容。

一、传统实验教学的不足

传统《机床夹具设计》实验教学大多采用“参观教学法”进行，参观实验教学法是：学生参观一些夹具模型，了解夹具组成，而传统参观实验教学法存在很多不足。

（1）参观实验教学过程中学生看到的夹具和教材的内容不相匹配，因此不能更好地掌握教材上夹具相关内容。（2）市场销售的很多夹具模型不能拆装，因此学生不能详细了解相关夹具内部组成和各零件的连接方式。（3）现代企业机床夹具大都采用机动加紧方式，即利用气压、液压作为动力源，通过夹具上的夹紧机构对工件加紧。而目前市场上还没有这类机动加紧的夹具教具。学生对这类机动夹紧夹具没有感性认识，因此不能较好地掌握机动夹紧夹具的设计方法。

二、合理选择实验方案，培养学生创新能力、实践能力

针对传统夹具实验教学中的相关问题，我们的解决办法是：合理选择实验方法和方案，从而加强课堂教学效果及学生实践能力。

总体实验教学方案是：根据教材上常用的夹具案例，设计制造几种教材上常用的可拆装的气动机床夹具，然后在此基础上学生做专用机床夹具拆装实验，实验结束后，学生在现场做精心设计的思考题。具体方法如下：

1.设计制造几种常用的可拆装气动机床夹具。根据教材上常用的夹具案例，设计制造几种教材上常用的可拆装的气动机床夹具。如气动式固定式钻床夹具、气动式铰链式钻床夹具、气动式铣床夹具、分度式钻床夹具、气动式移动式钻床夹具；这些夹具的特点如下：（1）可快速拆解成单一零件，如常用典型定位元件如：定位块、支撑钉、心轴、定位套、V型块、手动夹紧装置、自动夹紧装置，通过快速拆卸、组装，使学生掌握各种典型组合夹具的组成及每个部分的特点和功用。（2）现代夹具中夹紧采用电动、气动夹紧方式夹具越来越多，气动、电动夹具如何选型、工作是学生应该在夹具设计中掌握的一个基本知识点，设计制造供学生实验的可拆装变化自动组合夹具中气动夹紧装置是可以快速拆除和重新安装和搭接的，通过快速拆除和重新安装和搭接，使学生把电动、气压传动知识和夹具设计紧密结合起来，使学生能较快掌握自动夹紧装置设计的基本技能。

2.三维仿真。利用三维设计软件对固定式钻床夹具、铰链式钻床夹具、铣床夹具、分度式钻床夹具、移动式钻床夹具五种常用的可拆装机床夹具进行三维仿真，三维仿真的内容包括：（1）对拆卸和安装进行仿真；（2）对夹紧装置进行三维仿真（包括手动夹紧和机动夹紧）；（3）对加工进行模拟仿真，通过仿真使学生对常用的可拆装机床夹具有更深入认识，使学生更直观地理解所学内容。

三、夹具拆装实验教学步骤

1.了解被加工零件。先拿出要加工的工件，让学生看清工件的外形结构，了解该零件待加工表面的总体形状，了解待加工表面的尺寸要求，加工时采用的定位基准、加紧力的作用点和作用方向，在此基础上采用提问和讨论的方法，回答下列问题：（1）根据被加工面的尺寸要求，该零件应该限制的第一种自由度有几个，是哪几个？（2）根据工序图，回答该零件在加工时，主要定位基准（第一定位基准）、次要定位基准（第二定位基准）各是什么？（3）该表面适合什么样的加工方法加工，适合采用哪一类机床夹具？（4）采用什么样的加紧机构？通过提问加讨论，在该阶段学生能读懂工序图，复习巩固各种表面的加工方法、基准的概念、定位基准的选择原则、第一种自由度分析方法及夹紧机构选择等知识。

2.观看夹具拆装三维仿真视频。观看实验室里计算机上预先设计好的相关夹具三维仿真动画，使学生对常用的可拆装机床夹具有更深入认识。使学生更直观地理解实验内容。同时加快后面夹具拆装的实验进度，减少教师辅导工作量。

3.进行夹具拆装实验。夹具拆装前，学生要事先进行分组，一般3个学生一组，每组要拆装5套夹具（如固定式钻床夹具、铰链式钻床夹具、铣床夹具、分度式钻床夹具、移动式钻床夹具），这样，学生尽可能对不同机床夹具都有了解，扩大视野和知识面。拆装时，让学生按照一定顺序动手拆装。由于前面讨论和观看过夹具拆装三维仿真动画，此时学生对各个零件的作用已经心中有数，拆装起来也会有条不紊，直至该套夹具拆装结束。

4.进行工件安装操作。夹具拆卸安装结束后，要求每组学员把工件安装在夹具上，即定位和夹紧操作，了解夹具使用方法。对于动力源为机动夹紧的夹具，如气动夹具，要求接通气泵，通过夹具开关进行气动夹紧，了解气缸的安装方法及工作过程。对于如何设计机动加紧夹具有初步认识。

5.完成全部5套夹具的拆装实验。接着进行下一套机床夹具的拆装，拆装前，重复以上1和2的过程，即了解被加工零件和观看夹具拆装三维仿真视频，一直到5套机床夹具拆装实验全部结束。

6.做实验思考题。5套夹具拆装实验结束后，学生要做相关实验思考题，其中思考题的一部分要求在实验现场做完。包括：（1）绘制该加工工件的工序图；（2）根据被加工的工序尺寸，确定该零件应该限制的第一种自由度；（3）写出每套夹具实际限制的工件自由度、绘制加紧力的作用点及方向；（4）回答每套夹具采用的定位元件，以及该定位元件限制的自由度；（5）回答每套夹具使用什么类型的夹紧机构（如斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构等）；（6）绘制出每套夹具的方案简图。

四、课堂讲解和点评

很多高校理论课教师也是实验课教师，这种情况下《机床夹具设计》理论课教师根据学生实验报告做的情况，对一些普遍性问题，在课堂上进行讲解和点评，可以使学生进一步掌握夹具设计相关知识。对于理论课不承担实验课的教师，可以事先了解实验内容，了解学生实验报告做的情况，有针对性地在课上进行点评。

五、实验效果

综合以上过程，学生在实验中把理论涉及的有关夹具设计相关知识揉合在一起，使他们了解所学知识在实际生产中的应用，加深对所学知识的理解。课堂上晦涩难懂的夹具设计相关知识在这儿不是空洞的、抽象的，而是具体的、实在的。事实证明，效果非常显著，学生普遍反映效果较好。较好地解决学时数减少、教学内容增加的新形势下，如何使学生较好掌握《机床夹具设计》相关内容的问题，有一定的应用和推广价值。

参考文献：

[1]王时英.解剖式夹具设计教学研究.太原理工大学学报，2004.

[2]陈世辉.浅谈机床夹具实验教学模型的设计.质量技术监督研究，2011.

[3]彭军强.自动化夹具综合性实验开发.科技信息，2019.