提高机械专业机床夹具课程设计的实践效果

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[摘 要]机床夹具设计是一门理论性和专业性都很强的专业课程，主要针对零件的某道工序设计一个专用夹具，并制定相关零件的机械加工工艺规程。由于学生缺乏实际的设计与加工实践经验，设计过程中容易出现对工作原理、部件结构理解不清，对应用工艺产生混淆，分析问题、解决问题的能力普遍较弱等现象。因此，教师只有采用适当的教学手段，才能提高夹具课程设计的实践效果。

[关键词]夹具，课程设计，定位，夹紧

中图分类号：TM743 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）22-0224-01

机床夹具课程设计是一门理论性和专业性都很强的专业课程，主要针对零件的某道工序设计一个专用夹具，并制定夹具中相关非标零件的机械加工工艺规程。由于学生缺乏实际的设计与加工实践经验，设计过程中容易出现对工作原理、部件结构理解不清，对工艺产生混淆，分析问题、解决问题的能力普遍较弱等现象。因此，教师只有采用适当的教学方法，才能提高夹具课程设计的实践效果。

一、 选取合适的夹具设计题目与内容

夹具课程设计的关键是选择和确定夹具题目，是指导教师根据教学大纲要求，结合工厂生产实际情况，选择中等复杂程度的零件，工艺与夹具设计难度与工作量都适中的课题，最好具备车、铣、钻等常见的加工方法，设计内容及要求由设计任务书作详细规定。在课程设计时，要让学生充分明确设计任务要求， 熟悉设计内容，以便学生能开动脑筋，使其综合分析运用与解决实际问题的能力能得到较好的训练。

二、专业的课程设计指导

课程设计课题确定之后，指导教师要对课程设计进行综合指导。对夹具设计的指导，重点在于给学生启发和引导。首先，指导教师指导学生仔细阅读夹具设计任务书，明确任务，并仔细研究原始资料，明确该零件的生产计划纲领，是小批、中批还是大批生产，认真研究零件图，了解零件的使用材料、作用和一些内容要求并研究零件的每道加工工艺，明确自己所设计的夹具是针对哪一道加工工序，该工序采用的机床和刀具及切削用量，了解本道工序的加工要求。同时研究在这道加工工序之前，零件的哪些表面已经加工出来，哪些表面可作为夹具设计时的定位精基准，哪些表面是待加工表面。

按不同的加工表面，不同的加工方法，每个学生应完成一套夹具的结构方案设计。由于每个人的夹具结构复杂程度与工作量不可能完全相同，需要对设计要求作一些具体的补充， 如夹具结构的功能、复杂性、所画零件图的对象与数量等，以保证学生的设计课题不致雷同而工作量大致均匀，每个学生就能得到了较好的联系实际的设计训练。

仔细研究原始资料后，请学生根据零件的加工要求，确定定位和夹紧方案，明确夹具设计中所采用的定位元件和夹紧元件，并对多个方案进行比较，绘制定位与夹紧草图，指导教师根据草图进行归纳、总结， 指出草案设计的不足， 再让学生修正定位与夹紧方案。同时绘制出其他的元件，最后绘制夹具体，正式完成夹具的结构设计， 经指导教师签阅后再画正式图纸。这样做，教师的工作量多了些，学生也走了些弯路，但设计中的错误得到了改正，模糊的概念得到了清醒的认识。设计的方法技巧得到较好的掌握，学生独立分析问题与解决问题的能力得到很大提高，效果良好。

针对夹具设计完成后期中非标零件的加工工艺规程的设计，指导教师从课题、设计要求、生产类型、生产设备条件等方面作具体的设定，让学生了解不同条件下工艺设计的特点与注意事项，还能通过分析比较，优化工艺方案，提高工艺设计水平。有了各自的工艺方案， 夹具设计时的抄袭现象就可以克服， 学生的独立工作能力也可以得到较好的锻炼。

几年来的教学实践，有以下几个方面的感想与体会：

1 明确夹具的设计步骤

在夹具课程设计过程中，需要使学生非常清楚夹具的设计过程，夹具主要设计过程如下：

（1） 仔细阅读夹具设计任务书，明确任务，并研究零件的工艺编制。

该零件的生产计划纲领，对夹具的需求计划;认真研究零件零件图，全面了解零件的使用材料，作用等。阅读零件生产的工艺流程，仔细研究每道工序，了解零件加工要求;了解加工过程中用到的机床、刀具及辅助工具。

（ 2）确定夹具结构方案，绘制夹具结构草图

确定零件的定位方案。根据零件加工工艺。所给的定位基准和六点定位原理，确定零件的定位方法，找到元件的定位方法;根据零件的加工方式不同，确定刀具的对刀和引导方式，设计引导元件或对刀装置;确定零件的夹紧方案，然后设计出相应的夹紧机构，来实现对零件的夹紧;确定夹具其他组成部分（如分度装置等）的结构形式;考虑上述各种元件和装置的布局，确定夹具体的结构型式。

（3）确定与夹具有关的尺寸公差和技术要求，进行定位误差分析

夹具结构方案确定之后，首先将有关尺寸公差和相互位置要求确定下来。然后，根据加工要求，分析影响加工精度的因素，再进行必要的分析和定位误差分析计算，找出绘图中出现的问题并且及时解决问题，防止返工。

（4） 绘制夹具总装图与零件图

夹具绘制比例应为1：1，但对于某些太大或者太小的夹具可按国家标准选择比例，但要清楚的表示出夹具的结构以及工作原理。主视图应为操作者直视位置;总装图中所有的非标准件都应绘制零件图，并设计非标零件的加工工艺规程。

2 综合教学方式符合教学大纲的培养目标要求

夹具课程设计是机制专业的主要专业课程，专业教学大纲的培养目标把这个环节作为重要的实践环节内容，而夹具课程设计的综合教学正是紧紧抓住了这一环节，从课题选择、设计指导、设计要求等方面进行了改革与探讨，使培养的学生更能符合社会用人单位的需要。

如“零件定位”这部分内容在机械制造技术课程中都有较大篇幅的叙述。机械制造技术课程中论述“零件定位”时，向详细介绍了定位元件结构的选择和定位精度等内容，从定位原理、定位基准选择原则、定位元件结构的选择、直至定位误差的计算，一气呵成。而夹具课程设计中由于学时有限，对定位和夹紧的学习学时较少。因此，要求学生在机械制造技术专业课学习的课程中，就要把这些内容进行掌握， 才能不影响学生获得完整地制订和实施机械加工工艺规程的能力。这就要求指导教师在学习机械制造技术这么专业课的时候这部分内容能讲精讲透，使学生在制订机械加工工艺规程时，能准确地选择定位方案。

3 三维造型软件的合理应用

在实施夹具课程设计时，学生们已经掌握了一些三维造型软件，可利用这些设计软件，设计并绘制出夹具的三维模型图，这样获得的夹具形象直观，还可以进行动画演示零件在夹具上的装卸、定位与夹紧过程。最后，在三维模型正确的基础上，获得二维的装配图与零件图，这样可加快学生的课程设计进程，同时之前所学知识也得到学以致用，提高了学生的积极性。

实践证明，通过合理设计的题目以及有效的指导，可充分调动了学生的学习积极性，提高学生的夹具课程设计效果，学生的专业知识获得了综合运用。

参考文献：

[1] 马华霞，机械专业机床夹具教学方法探讨，教学探索，2014（2）：95

[2] 王雪，机床夹具设计方法的研究探讨，湖南农机，2014（5）：101-102

[3] 陶华，浅谈机床夹具设计教学中CAD_CAM软件的应用，煤炭技术2013（7）：188-190

[4] 陈志，关于机械加工工艺中夹具的设计教学研究，科教导刊，2014（6）：107-108

[5]钟启茂，机制工艺与夹具的综合课程设计，机械职业教育，2000（6）：15-16

本文属于上海理工大学教师发展中心资助项目。