机械制造工艺与夹具综合实践教学改革与探索

郑德星 阳程

摘要：本文分析机械制造工艺与夹具综合实践教学中存在的问题，以应用创新型人才培养为主线，提出并实践以项目教学为依托、将综合实践和课堂教学相融合的松散与集中相结合的实践教学模式；在综合实践中增加检测及热处理工艺设计等原来教学环节中缺失的内容；强化现代制造技术——数控加工工艺设计的训练；将三维CADCAE软件融入机械制造综合实践环节，借助WAVE技术及标准件库来辅助完成工艺规程与夹具设计。

关键词：机械制造工艺与夹具；实践教学

中图分类号：G642.0文献标识码：A 文章编号：1002-4107（2012）08-0073-02

随着社会的发展进步，社会对人才的需求逐渐从数量型向技能型转变，越来越需要高素质的应用创新型人才。机械制造工程学课程是为拓宽机械类、机电结合类人才的知识面， 培养学生分析问题和解决问题的能力、创新能力、实践能力和提高本科生面向社会及生产实践的适应性和综合解决工程问题的能力，对高校机械制造本科专业开设的一门综合性课程，重点在于机械制造工艺系统内在规律的研究。机械制造工艺与夹具综合实践是和机械制造工程学课程理论教学相配合进行的独立集中性实践教学，是机械制造技术由理论层次提升到应用层次的关键环节[1]。通过本实践环节，要求学生学会应用机械制造工程学及其相关课程理论和生产实习实践知识，学会编制工艺规程，并进行专用夹具设计。

一、当前机械制造工艺与夹具实践教学中存在的问题

（一）课程设计时间短，任务重

“机械制造工程学”课程内容多而广， 注重制造流程的讲解， 涉及有些具体内容不够，这就造成课程和工程实践之间的脱节，而这个链接的任务就交给了课程实践环节[2]。且随着教学改革的不断深入，教学时间相应缩短，但为了保证教学质量，实践内容并没有减少，从而影响了课程设计效果。

（二）课程设计的内容陈旧，缺乏现代制造技术——数控加工工艺的训练

随着数控技术的普及，对数控工艺处理能力的训练和培养日益成为机械制造专业本科生的基本能力要求[3]。然而当前机械制造工程学课程实践教学是以传统机械加工为主线进行的，它涵盖“机械制造工程学”课程中大部分内容，但对数控加工工艺设计的训练很少甚至没有，从而严重影响着学生对先进制造技术的熟悉和掌握。

（三）忽略对热处理工艺的训练

在机制专业课程设置中，较多院校未专门开设“金属材料及热处理”课程， 而只在“机械制造基础”课程中提到，或是虽简单开设课程，但缺乏热处理的集中实践环节。学生普遍对材料的基本性质、如何选择零件材料、怎样进行热处理及制定热处理工艺等知识缺乏了解。在课程设计中制定工艺规程时， 如果遇到热处理，只能粗略地说出要进行哪类的热处理，对热处理的具体工艺要求不太清楚，更不要提具体去做一个热处理工艺设计。

（四）缺乏对零部件及整机检测相关工艺内容的训练

在当前的工艺与夹具课程设计中，在工艺分析阶段，虽然也有对零件的技术要求和质量标准的分析，设计人员也在脑海中有对零件检测的模糊的思路，但在后续的设计中缺乏对整机、零件及工序加工检验的具体设计，致使学生缺乏对典型检测方法、设备及应用的训练。

（五）CADCAE技术应用少

三维CADCAE技术已相当成熟，并已应用于机械设计与制造的各个领域，我国已经制定三维设计的标准。在当前的工艺与夹具实践中CAD技术虽然也有应用，但以AutoCAD软件的二维CAD为主，三维CAD软件如UG、SOLIDWORK、SOLIDEDGE、PRE等基本没有应用，对夹具结构的CAE分析基本没有，致使学生缺乏相关能力的训练，也不利于学生独立自主学习和创新能力的培养。

二、机械制造综合实践教学的特色

针对当前存在的问题，本文在多年实践的基础上提出以应用创新型能力培养为目的综合实践教学模式。

（一）突出应用创新能力培养的全面综合训练项目安排

相对于传统的工艺与夹具课程设计，本综合实践环节在内容安排上更多地以应用创新型人才培养为目标，以培养学生全面掌握机械制造工艺流程的基本知识和基本能力为目的。在传统的实践内容：工艺分析、基准选择、加工方法的选择、加工阶段的划分及划分原因、加工顺序的安排、机床、夹具、刀具等工艺装备的选择与使用、切削用量和工时计算、编制工艺文件等的基础上，增加工件热处理工艺设计和检测工艺设计等新的内容，以使学生更加全面地了解和掌握机械制造全流程的知识，使培养的学生和社会需求的人才紧密结合起来。

（二）自主学习和项目学习相结合

要想制定出合理的加工方案， 首先要求工艺人员在理论和实践上对各种加工方法要熟悉。使用什么刀具， 选用多少的切削用量， 采用什么样的机床， 然后根据生产规模、企业现有的设备和工艺装备来制定零件的加工工艺路线。在“机械制造工程学”课堂教学中，由于受教材篇幅和学时的限制，涉及有些具体内容显得不够。针对这种问题，我们在课程开始第1周就把实践的项目任务下发给学生，拿出一次课的时间有针对性地解释本实践教学环节的考核内容和最终的成果要求，同时与机械制造工程学课程教学大纲进行对比，使学生明确课堂教学的内容和为完成本实践环节需要学生自主学习的内容，使学生在课程学习中带有明确的任务和目的，在课程学习到相关章节时对于实践需要而课堂教学又没有讲到的内容在课后自学，同时在随堂答疑时学生可以就自主学习中遇到的问题向教师请教，从而使学生在训练项目的指导下有目的性地学习，在自主学习中主动发现问题，自主解决问题，也使学生在解决工程实践问题的过程中完成对应用创新能力的培养。

（三）松散、集中相结合的实践模式

机械制造综合实践是在机械制造工程学课程结束后进行的独立实践教学环节，训练的内容包括制造工艺过程设计、工序设计、热处理工艺设计、工件及工序的检测设计、基于三维CAD—WAVE技术工艺过程的典型夹具设计等，一般需要用3或4周的实践时间来完成。目前机械制造综合实践环节沿袭传统的工艺与夹具设计2周的习惯，因而时间短任务重，需要采用一种全新的模式来完成实践。根据学生平时时间相对比较充裕的情况，本实践环节和机械制造工程学课堂教学相结合，在课程开始就下发实践任务，把实践中原需要集中的环节分散在课程教学过程中来完成，而在集中实践时把时间更多地用在工艺文件的编制和规范上，从而形成一种松散和集中相结合的实践教学模式来解决集中实践时间不足的问题。

（四）融合三维CAD软件WAVE技术的辅助工艺规程设计

在生产实践中，三维软件如UG、SOLIDWORK、SOLIDEDGE、PRE等已广泛应用于机械设计与制造的各个领域，但在传统的工艺与夹具设计实践环节中却缺失相关内容的训练和能力的培养。在机械制造综合实践环节中要求学生借助当前流行的三维软件如NX的WAVE模块来辅助完成零件机械加工工艺设计。学生在实践中首先依据工艺分析的结果制定零件加工的工艺过程卡，建立零件的虚拟装配结构，在虚拟装配结构中建立零件加工的各个工序模型作为装配件，后建立工艺模板。最后根据所建立的工艺模型调用工艺模板自动生成工艺文件。

（五）融合三维CADCAE技术和WAVE技术的夹具设计

在本综合实践教学模式中，要求学生全流程应用三维软件如NX的WAVE设计技术来完成夹具从总体方案到具体的零部件设计，同时所有工程图纸全部由三维实体模型导出。在夹具设计中除传统的夹紧力计算外，还要求学生运用三维软件如NX的CAE模块完成夹具的运动仿真及有限元分析等，借助分析结果来完成对夹具结构设计的优化，从而使学生熟悉主流的CADCAE功能模块的应用，具备应用CADCAE软件完成工程设计和分析的能力。

（六）将数控加工工艺的训练融合在传统的机械加工训练中

在现有的工艺与夹具课程设计中，学生在做工艺设计时基本上做的都是传统的机加工艺，学生很少主动去采用数控机床来完成零件加工。在机械制造综合实践选题时，我们有意识地去选有一道或几道工序需要借助数控加工来完成的典型工件，要求在安排工艺流程时必须至少有一道工序是采用数控加工的方式来完成，鼓励学生广泛采用数控机床来完成工件加工。同时提供一个典型的数控加工工序卡模板供学生参考。

机械制造工艺与夹具综合实践以应用创新型人才培养为主线，主要完成制造工艺过程设计、工序设计、热处理工艺设计、工件及工序的检测设计、基于三维CAD—WAVE技术的工艺过程的典型夹具设计等内容。本文介绍机械制造综合实践教学环节在盐城工学院的改革与实践情况，推出突出应用创新能力培养的全面综合训练项目安排，提出了以项目教学为依托，将综合实践教学融入课堂教学，提高课堂教与学的目的性、针对性的教学方法与松散和集中相结合的实践教学模式。在实践过程中，增加检测及热处理工艺设计等原来教学环节中缺失的内容；将现代制造技术及三维CADCAE技术融入机械制造综合实践环节，借助WAVE技术来辅助完成工艺规程与夹具设计。通过上述措施，培养学生的自主学习能力、独立进行工程实践和创新的能力，进一步拓宽学生的知识面，培养学生的标准化意识，有力促进卓越工程师应用创新能力的培养。

参考文献：

[1]吕明，杨胜强，白薇.机械类本科生创新人才培养与教学

模式改革研究[J].中国大学教学，2009，(5).

[2]张爱梅.新时期机械制造类专业实践教学改革的探讨

[J].教育与职业，2008，(9).

[3]刘迎春，熊志卿，宁立伟.机械类应用工程师人才培养模

式的改革与实践[J].中国大学教学，2010，(8).