技工院校开展《机床夹具设计》教学探讨

柳杨

摘 要：本文介紹了《机床夹具设计》课程重要性，推荐了教材选择，对于教师能力及教学方法运用作了说明，根据中技学生与高技学生接受能力区别，产生了差异化教学内容，最后举例说明钻孔夹具教学重点。

关键词：机床夹具 教师能力 教学方法 差异化

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

一直以来关于技工院校（尤其是中等技校）开设《机床夹具设计》课，颇多争议，主要存在有二种意见，一种意见认为《机床夹具设计》难学难教，应用易学易教的其他课程替代。另一种意见则认为，作为工艺工装的必备知识《机床夹具设计》在机械产品加工与模具设计制作中，有不可替代的作用，难学难教不假，机床夹具作用巨大，意义深远，无论多么难也必需开设这门课程，才能满足学生用有所学，也才能满足不断发展的制造业需求。

1 机床夹具设计教学现状

技校生源大多是中考落榜生或高考落榜生，有的还来自单亲家庭情感缺失厌倦学习，总体而言基础薄弱，欠缺必备的中等数学及力学知识，作为一名从教多年的技校老师深有体会：机械类专业课教学中凡是用到有一定难度的中等数学物理知识时大多数学生学习都觉得吃力。所以学习《机床夹具设计》困难重重，应是情理之中的事情。由此看来，技校老师面对的教学对象决定了在接受机械类专业课学习中困难不小且是始终存在的，那么在选择教学内容时除了贯彻由易入难基础课先行等基本教学原则，还应该本着用有所学，适当选择一些虽说难教难学但有利于提升学生成长空间的课程，如《机床夹具设计》等进行教学，不但是必要的且是可行的。

1.1 严重的课时压缩

近几年，机械专业教学改革和人才培养方案的调整和优化，很少有专门的《机床夹具设计》课程；将其纳入到机械制造技术或机械制造设备设计的章节，缩短学时已经是不争的事实。在“少学时”的情况下，如何确保教学质量是师生共同关心的问题。

1.2 缺乏实务培训

工装夹具的设计具有较高的实践性，不仅需要有扎实的基础理论知识，还要有较好的实际应用能力。但是，在已经十分紧张的教学时间里，要想有充足的时间来安排实习课程是不切合实际的。在实践中，对机床夹具的设计实践，除常规操作外，一般都会在机械加工工艺专业的《机床夹具设计》中进行，这种方法有一定的实用价值；然而，在教学初期，由于缺乏足够的实习培训，导致学生在实际设计中出现了大量的低级错误，使能力得不到提升，而且受时间和难度的制约，选择的夹具设计主题通常只限于特定类型的夹具，能力训练受限。

1.3 缺少自动控制的内容

目前的教科书仍然着重于一般机床专用夹具的设计，对于CNC专用夹具的研究相对较少，而常规机床专用夹具多为手工夹持，难以提高其自动化水平；不能满足数控系统的数字化控制需求，对提高数控系统的工作效率有很大的影响。随着“中国制造2025”战略的不断深化和智能制造技术的不断发展，对机床夹具的设计提出了新的要求，不仅要能实现自动化，还要能满足全过程的智能化。传统的工装夹具设计已无法适应现代工业发展的需要，必须进行教学改革，以适应现代先进制造技术的要求。

这些问题都是影响学生《机床夹具设计》能力的重要因素，所以对《机床夹具设计》的教学进行改革势在必行。

2 机床夹具设计教学策略

1、对教师能力要求。教学的主体是教师，教好《机床夹具设计》要求教师要有全面的机械类专业知识，良好的课堂掌控能力，具有一定的相关机床夹具生产实践经验。同时现在社会上各种制造业加工企业，对机床夹具的制造工人是大量需求，这就要求对老师的要求显然较一般基础课教学要高，技校开设《机床夹具设计》必要性，师资力量欠缺是主因。需要技校机械老师要及时下企业锻炼，学习最新的制造技术，融合到工学一体化课程教学中。

2、教学方法的运用。好的教学方式，往往可以让学生学到一些东西，我认为，一个技术学校的教师，能不能把抽象的东西，用形象的语言来表现出来，就是一个很重要的因素。我们都知道，在《机床夹具设计》中，六点定位法的运用既是起步又是困难，怎样才能使学生更好地掌握六点定位法？

如上图1所示布局，工件定位方式可以简单理解为：底面A是基本定位面，而B、C是两个辅助的定位面，定位于夹具相关表面，其中A面是面接触的，相当于成三角形布置的三个定位支承点1、2、3起的作用，零件的A面与三点1、2、3接触限制自由度包括了z的移动x、y的转动，B面是狭长的，可以理解为就是一条线接触限制。两个定位支承点4、5限制了零件的2个运动，这两个自由度是x的移动z的转动两个自由度。在侧面C上相当于是只有一个支承点6，作用是限制了工件y方向的一个自由度。实际教学中，同学们感觉上述结论不好理解，如A面是怎么限制零件的3个自由度的呢？此时，教师可以用自己的示范来加深同学们的理解。可对比人在地面的行走过程，人相当于“零件”，地面则相当于“夹具”，人平面行走的时候始终保持跟地面接触，这从一个侧面说明了此时没有限制平面的自由度。一旦人进行跳跃动作，则此时马上跟地面脱离接触了，相当于Z的方向的平动是没有被限制的。最后可以给学生进行概括：“会脱离，就限制。不脱离，不限期。”B面限制的道理是一样的，一旦工件随Z轴转动了，零件与B面就发生了脱离，即“会脱离，就限制”。一样的道理，零件不能沿X轴平行移动。C面属于点接触，所以只能限制一个自由度了。

事实上，生活中有许多可以对照的实例，例如门板等，大家可以考虑一下这些日用物品怎样进行旋转和定位。

总之，在此基础上，教师应尽量运用以上所述的生动、直观的教学方法（如 PPT、动画视频等）来实现机械夹具设计的整个教学过程。另外，也要注意及时弥补学生在学习中缺少或忘记的公差配合，金属材料，机械制图；介绍了机械基础等机械专业的基本课程，并将其应用于机床夹具的基本原理，例如材料的选择、零件之间的配合、零件的精度确定等；制图有何特色，让学生对学校学习的机械知识进行复习和总结，有助于了解机械零件之间的内部关系，并发挥其作用，从而提升对机械生产过程的认识。

3、差异教学。中技与高技都是开设的《机床夹具设计》课程，但课程的内容却是完全不同的，每个人的文化背景和接受能力也都不相同，因此，他们的教学方式也就不同了。

中级技术学生：①掌握加工机床的基础知识（六点定位法）；②强调对各个零件之间的作用和相互影响的研究，着重研究车铣夹具；③能装配维护工具箱；④对位置误差进行分析和计算，以认识为主，不能过分强调操作；⑤每学期的教学时间为40-60个小时。

高技生：一般高技生比中等技术学生年龄大，对数学和机械的基本知识都有一定的了解，对新知识的吸收能力比普通学生强；除了要学会掌握以上所学的知识，还有更高的标准。在实际教学中，个别学生往往会进行一次毕业设计。首先将班级分成五个小组，每个小组5-8个人，小组成员之间要有一种学习讨论的氛围，由学习努力和表现优异的同学来做小组组长。每个小组给出一个不同的零件图纸，以供设计作业。请说明以下的工作需求：

①用手绘出产品图纸；②用手工或 AUTOCAD绘图；③根据教师的要求，有选择地制作夹具部件的加工过程；④制作夹具的装配透视图；⑤编制计算规范，并打印有关的图纸和文件。

在完成作业时，要防止学生抄袭，不要让学习过程成为一种形式主义的行为，老师要在课堂中指导学生正确设计夹具的位置，从而影响到夹具的精度和公差；夹具的选取、夹具的受力、变形等困难知识的掌握。

上图2所示，工件其余工序已经完工，试设计钻φ5mm孔的钻床夹具。工件材料为Q235A钢，批量N=600件。教师在指导过程中，应以提供思路为主，学生可借助参考书籍先绘制草图，定位方案中定位心轴的结构选材公差等如何确定，怎样确定定位心轴与夹具体的连接方式，夹具体的结构采用铸造还是型材各有何优势，钻模板位置如何把控，夹紧方式如何确定，夹具总图上尺寸、公差和技术要求的如何标注。定位元件、对刀或导向元件与安装基面相互之间的尺寸、公差和位置公差又是怎样确定，定位心轴加工工艺应注意什么？

4、关于项目驱动。项目导向教学是以建构主义教学理论为指导的一种教学方式。在教学的全过程中，教师都是以完成特定的任务为主线，将教学内容巧妙地融入到个别的任务之中，使学生通过小组的形式来理解教学的精髓；通过这种方式，可以帮助学生在完成作业的过程中，培养他们的创新意识、创新能力和自主性，从而指导他们发现问题，思考解决问题的办法。“专案”教学法虽然可以很好地激发学生的学习热情，但是它对实际操作条件的制约很大，所以不能完全照搬其它课程的教学模式，必须根据自己的特点来进行；改进以项目为导向的教学方式，即在不增加投入、不增加学时的前提下，有效地激发学生的学习兴趣，有效地完成学习计划所赋予的任务。以上所介绍的虚拟技术为解决这个问题创造了良好的条件，但是在具体实现过程中，必须考虑到三个问题。

第一，要强化老师对项目的控制。教师在设计项目时，应兼顾到知识的全面和有效地实施。这不仅需要具备良好的夹具设计理论基础，同时也需要丰富的夹具结构设计和熟练的 CAD/CAM软件开发。另外，老师要及时掌握学生的学习状况，并根据学生的实际反馈，适时地对作业要求进行适当的调整，以免出现“高”、“低”等现象。

第二，将理论和实践相结合，采用項目教学法。在教科书中，大部分的工装夹具都是采用机械结构复杂的工装，这样的工装夹具可以承载更多的知识，但其难度也不易深入地理解；同时，企业中常用的几种结构简单却很有代表性的工装，是很好的教学材料，因此需要加强校企间的交流与合作，把具有代表性的机床夹具设计项目转化成学生的试验课题。教师应认真选择几种典型的工装，并将其编撰成有特点的教材，并以大作业的形式安排学生在课余时间内进行绘图；完成零件的三维模型，用电脑软件对其进行仿真，然后进行实际的装配和检验。

第三，通过翻转课堂来提高教学质量。翻转课堂就是对课堂和课外的时间进行再分配，把学习的主动权从老师手中转移到了学生身上。在此模式下，学员可集中精力于老师所安排的夹具设计作业，并以小组讨论的形式，探讨有关夹具的设计要点，以加深对夹具的了解。教师在教学过程中，不仅可以提高学生的学习效率，还可以提高学生的学习兴趣和自主学习的能力。

在教学中结合企业的实际情况，对车、铣、钻夹具等进行了系统的培训，采用项目驱动、教师引导、学生引导的方式，取得了较好的效果。

总之，整个学习过程要做到时间分配合理，学习张驰有度，最大限度激发学生学习兴趣。学生不断思考教师提出的新问题，每解决一个问题学生都有一份收获感。教师是学生学习过程的设计者参与者组织者，更是学生的良师益友，需要强调的是老师对于学习能力有限的学生切忌熟视无堵，要更多地关心爱护他们，耐心指导，使每个学生学有所获。

参考文献：

[1]任慕华.机床夹具设计研究[J].机电信息，2010，（12）.

[2]许爱玲.机床夹具设计方法探讨[J].装备制造技术，2008，（08）.

[3]徐雷，殷国富，胡晓兵，宁芊.机床夹具设计资源库构建方法研究[J].现代制造工程，2005，（05）.

[4]高主义.基于机床夹具设计的探讨[J].科技风，2017，（06）.

[5]王颖，王佳.机床夹具设计与分析[J].湖南农机，2012，39（03）.

[6]唐胜民.机床夹具设计教学中工件自由度定位数形象化分析[J].职业，2012，（03）.