CAD/CAE技術(shù)在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

吳虎城

摘 要：由于機(jī)床夾具設(shè)計(jì)這門課程基本概念抽象、各種夾具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，直觀性不強(qiáng)，在傳統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生很難接受。本文通過基于NX的CAD/CAE技術(shù)在教學(xué)中的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生能夠迅速理解各種基本概念與原理，學(xué)習(xí)興趣不斷提高，創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造能力得到增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：CAD/CAE 夾具設(shè)計(jì) 教學(xué)實(shí)施

一、傳統(tǒng)教學(xué)的弊端

機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械制造專業(yè)的一門重要課程，該課程的實(shí)踐性、應(yīng)用性較強(qiáng)，往往需要在教學(xué)過程中采用大量的夾具模型和掛圖。而夾具結(jié)構(gòu)圖形復(fù)雜，高職學(xué)生很難理解；采用模型教學(xué)，模型又多為笨重，而且拆裝時(shí)間較長，教學(xué)時(shí)間不允許；建設(shè)夾具模型試驗(yàn)室又需要采購大量模型，從成本上學(xué)校很難接受。綜上所述，該門課程在許多高職院校開展起來較為吃力，教師講解費(fèi)力，學(xué)生理解困難，距離課程標(biāo)準(zhǔn)要求相差甚遠(yuǎn)。

二、CAD/CAE在教學(xué)中的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，簡單易學(xué)的CAD/CAE 軟件也必將在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)教學(xué)中得到更加廣泛的應(yīng)用。NX7.0具有強(qiáng)大的CAD/CAE功能，不僅能夠迅速地進(jìn)行三維建模、虛擬裝配，還能夠?qū)δＰ瓦M(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，生成動(dòng)畫。這將為學(xué)生理解夾具知識(shí)、掌握夾具設(shè)計(jì)技能提供一種新的途徑。

1.輔助基本概念的講解

在講解機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的基本概念、基礎(chǔ)理論時(shí)，由于知識(shí)點(diǎn)較為抽象，講解起來較為困難，給目前高職學(xué)生的接受能力造成很大的挑戰(zhàn)，如果不改變教學(xué)形式，將會(huì)對(duì)學(xué)生后續(xù)知識(shí)技能的掌握產(chǎn)生極大的障礙。

例如講解工件的定位形式時(shí)，學(xué)生對(duì)完全定位、不完全定位很難理解，尤其是在長方體與圓柱體結(jié)構(gòu)上銑鍵槽，有的需要完全定位，有的卻采用不完全定位。完全照搬教材純講理論，學(xué)生很容易困惑。教師若將相應(yīng)的模型建好，在NX的CAE模塊多點(diǎn)仿真刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，學(xué)生通過對(duì)比采用完全定位和采用不完全定位的模擬結(jié)果，就會(huì)較為容易理解兩者之間的區(qū)別，明確在進(jìn)行定位方案設(shè)計(jì)時(shí)候應(yīng)根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工要求來采取合理的定位方法。

2.直觀展示夾具零部件

機(jī)床夾具種類繁多，元件結(jié)構(gòu)多樣，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，任課教師如果一味介紹它們的形狀、特點(diǎn)，學(xué)生會(huì)感覺內(nèi)容枯燥，進(jìn)而產(chǎn)生厭學(xué)情緒。通過NX的CAD模塊，教師很容易建立各種模型，并對(duì)其進(jìn)行渲染顯示以吸引學(xué)生的注意力。

例如：介紹定位元件時(shí)，教師可以制作出固定支承釘、支承板、圓柱銷、菱形銷、V形塊等元件模型；在講授夾緊裝置時(shí)，教師可以將簡單的夾緊零件模型建立出來展示給學(xué)生觀看，如展示開口墊圈、楔塊等；在介紹銑床夾具時(shí)，可以將設(shè)計(jì)好的對(duì)刀塊、塞尺、定位鍵模型展示給學(xué)生觀看。學(xué)生對(duì)觀看三維模型的興趣明顯會(huì)比觀看二維圖片的興趣要大，課堂教學(xué)效果也好得多。

3.仿真夾具的工作原理

有些夾具的夾緊裝置結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，學(xué)生理解起來比較吃力。教師可以通過建立夾緊裝置的裝配模型，以爆炸圖的形式清晰展示其裝配關(guān)系及內(nèi)部構(gòu)造，來幫助學(xué)生理解。

對(duì)于工作原理較為復(fù)雜的夾具，教師可利用NX的CAE模塊中的仿真功能，仿真夾具的裝夾過程并模擬刀具的進(jìn)給，讓學(xué)生清晰觀察到整個(gè)過程的動(dòng)畫效果。由于夾具的定位、夾緊、分度以及刀具的進(jìn)給等動(dòng)作過程十分逼真，使學(xué)生更容易掌握夾具的工作原理，并對(duì)夾具的設(shè)計(jì)有了初步的概念。

三、存在問題及解決措施

基于UG的CAD/CAE技術(shù)為機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的課程教學(xué)提供一個(gè)有力的工具，但是大量素材庫的建設(shè)也對(duì)任課教師的能力提出了挑戰(zhàn)。教師需要熟練掌握三維CAD設(shè)計(jì)技能，并且具備一定的對(duì)夾具模型虛擬仿真的技巧。教學(xué)資源的積累不是一蹴而就的事情，需要教師克服困難，從點(diǎn)滴做起，先建立零件、元件的模型，然后虛擬裝配，最后實(shí)現(xiàn)夾具裝夾過程的仿真。教師應(yīng)當(dāng)明白夾具設(shè)計(jì)采用CAD/CAE技術(shù)只是輔助教學(xué)，它與真正應(yīng)用的夾具還是有一定的差別，不能為了追求夾具設(shè)計(jì)的絕對(duì)真實(shí)而顧此失彼，投入巨大的精力從事課程資源的開發(fā)而忽略課堂的教學(xué)。

四、小結(jié)

在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的課程教學(xué)中采用CAD/CAE技術(shù)，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)掛圖教學(xué)、模型教學(xué)的不足，使學(xué)生更能容易直觀理解夾具的構(gòu)造、工作原理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興致，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，增強(qiáng)學(xué)生設(shè)計(jì)簡單夾具的應(yīng)用能力。

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[3]趙璟.CAD/CAE軟件在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)教學(xué)過程中的應(yīng)用[J].科技信息，2011（31）.

（作者單位：江蘇建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院）