CAD/CAE技术在机床夹具设计教学中的应用

吴虎城

摘 要：由于机床夹具设计这门课程基本概念抽象、各种夹具结构复杂，直观性不强，在传统教学中，学生很难接受。本文通过基于NX的CAD/CAE技术在教学中的实践，发现学生能够迅速理解各种基本概念与原理，学习兴趣不断提高，创新意识和创造能力得到增强。

关键词：CAD/CAE 夹具设计 教学实施

一、传统教学的弊端

机床夹具设计是机械制造专业的一门重要课程，该课程的实践性、应用性较强，往往需要在教学过程中采用大量的夹具模型和挂图。而夹具结构图形复杂，高职学生很难理解；采用模型教学，模型又多为笨重，而且拆装时间较长，教学时间不允许；建设夹具模型试验室又需要采购大量模型，从成本上学校很难接受。综上所述，该门课程在许多高职院校开展起来较为吃力，教师讲解费力，学生理解困难，距离课程标准要求相差甚远。

二、CAD/CAE在教学中的应用

随着计算机技术在机械设计中的应用，简单易学的CAD/CAE 软件也必将在机床夹具设计教学中得到更加广泛的应用。NX7.0具有强大的CAD/CAE功能，不仅能够迅速地进行三维建模、虚拟装配，还能够对模型进行运动仿真，生成动画。这将为学生理解夹具知识、掌握夹具设计技能提供一种新的途径。

1.辅助基本概念的讲解

在讲解机床夹具设计的基本概念、基础理论时，由于知识点较为抽象，讲解起来较为困难，给目前高职学生的接受能力造成很大的挑战，如果不改变教学形式，将会对学生后续知识技能的掌握产生极大的障碍。

例如讲解工件的定位形式时，学生对完全定位、不完全定位很难理解，尤其是在长方体与圆柱体结构上铣键槽，有的需要完全定位，有的却采用不完全定位。完全照搬教材纯讲理论，学生很容易困惑。教师若将相应的模型建好，在NX的CAE模块多点仿真刀具和工件的相对运动，学生通过对比采用完全定位和采用不完全定位的模拟结果，就会较为容易理解两者之间的区别，明确在进行定位方案设计时候应根据工件的结构特点和加工要求来采取合理的定位方法。

2.直观展示夹具零部件

机床夹具种类繁多，元件结构多样，内部结构复杂，任课教师如果一味介绍它们的形状、特点，学生会感觉内容枯燥，进而产生厌学情绪。通过NX的CAD模块，教师很容易建立各种模型，并对其进行渲染显示以吸引学生的注意力。

例如：介绍定位元件时，教师可以制作出固定支承钉、支承板、圆柱销、菱形销、V形块等元件模型；在讲授夹紧装置时，教师可以将简单的夹紧零件模型建立出来展示给学生观看，如展示开口垫圈、楔块等；在介绍铣床夹具时，可以将设计好的对刀块、塞尺、定位键模型展示给学生观看。学生对观看三维模型的兴趣明显会比观看二维图片的兴趣要大，课堂教学效果也好得多。

3.仿真夹具的工作原理

有些夹具的夹紧装置结构较为复杂，学生理解起来比较吃力。教师可以通过建立夹紧装置的装配模型，以爆炸图的形式清晰展示其装配关系及内部构造，来帮助学生理解。

对于工作原理较为复杂的夹具，教师可利用NX的CAE模块中的仿真功能，仿真夹具的装夹过程并模拟刀具的进给，让学生清晰观察到整个过程的动画效果。由于夹具的定位、夹紧、分度以及刀具的进给等动作过程十分逼真，使学生更容易掌握夹具的工作原理，并对夹具的设计有了初步的概念。

三、存在问题及解决措施

基于UG的CAD/CAE技术为机床夹具设计的课程教学提供一个有力的工具，但是大量素材库的建设也对任课教师的能力提出了挑战。教师需要熟练掌握三维CAD设计技能，并且具备一定的对夹具模型虚拟仿真的技巧。教学资源的积累不是一蹴而就的事情，需要教师克服困难，从点滴做起，先建立零件、元件的模型，然后虚拟装配，最后实现夹具装夹过程的仿真。教师应当明白夹具设计采用CAD/CAE技术只是辅助教学，它与真正应用的夹具还是有一定的差别，不能为了追求夹具设计的绝对真实而顾此失彼，投入巨大的精力从事课程资源的开发而忽略课堂的教学。

四、小结

在机床夹具设计的课程教学中采用CAD/CAE技术，有效弥补传统挂图教学、模型教学的不足，使学生更能容易直观理解夹具的构造、工作原理，提高学生的学习兴致，锻炼学生的创造性思维能力，增强学生设计简单夹具的应用能力。

参考文献：

[1]安淑女，王凤清.机床夹具设计课程讨论式教学的开展与实施[J].教育与职业，2015（5）.

[2]陶华，赵松涛.浅谈机床夹具设计教学中CAD/CAM软件的应用[J] .煤炭技术，2013（7）.

[3]赵璟.CAD/CAE软件在机床夹具设计教学过程中的应用[J].科技信息，2011（31）.

（作者单位：江苏建筑职业技术学院机电工程学院）