三維虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)課程中應(yīng)用

彭賢峰

（臺(tái)州科技職業(yè)學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318020）

引言

機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械類及近機(jī)械類專業(yè)中一門(mén)重要的核心課程，主要內(nèi)容包括夾具基礎(chǔ)知識(shí)、定位原理與誤差計(jì)算、工件的夾緊、典型夾具結(jié)構(gòu)實(shí)例等知識(shí)。該課程大多數(shù)院校采用傳統(tǒng)理論教學(xué)，對(duì)學(xué)生要求是經(jīng)歷過(guò)車工、鉗工、銑工的實(shí)訓(xùn)課程；對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)、原理、工件的定位等有初步的認(rèn)識(shí)，有一定的機(jī)床操作技能，同時(shí)也有CAD/CAM 軟件制圖的基礎(chǔ)。本課程采用三維建模軟件Solidworks，在機(jī)床夾具教學(xué)與課程設(shè)計(jì)過(guò)程中參與夾具的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與裝配演示，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)相關(guān)教學(xué)資源，希望對(duì)機(jī)械類其他相關(guān)課程有一定的借鑒作用。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問(wèn)題

機(jī)床夾具設(shè)計(jì)作為一門(mén)專業(yè)核心課，該課程比較偏理論，大多數(shù)院校采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在教學(xué)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題有以下兩點(diǎn)：

（一）缺乏機(jī)械加工經(jīng)驗(yàn)

雖然在大一階段安排有金工實(shí)訓(xùn)和機(jī)械加工實(shí)習(xí)，但大多數(shù)學(xué)生對(duì)機(jī)械類產(chǎn)品的制造過(guò)程沒(méi)有深刻體會(huì)，相關(guān)的機(jī)械加工參數(shù)不會(huì)查閱和應(yīng)用，機(jī)床和加工工藝不太了解，普通的實(shí)習(xí)只是起到一個(gè)導(dǎo)入作用，在機(jī)械加工經(jīng)驗(yàn)方面，還是相當(dāng)缺乏。

（二）計(jì)算機(jī)繪圖能力不足

在機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于夾具原理和定位誤差部分偏理論，部分學(xué)生對(duì)常見(jiàn)的二維和三維軟件設(shè)計(jì)能力不足。尤其在機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配方面，工程數(shù)據(jù)計(jì)算較為繁瑣，學(xué)生容易產(chǎn)生厭學(xué)情緒；在傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中，師生之間互動(dòng)程度少，學(xué)生容易把興趣轉(zhuǎn)移到課堂玩手機(jī)方面。

二、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)教學(xué)資源開(kāi)發(fā)

機(jī)床夾具設(shè)計(jì)課程實(shí)踐性較強(qiáng)，理論只有32課時(shí)，但內(nèi)容偏理論和繁雜，傳統(tǒng)教學(xué)灌輸模式很難調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，本課程案例以工程實(shí)踐為基礎(chǔ)，以機(jī)床分類為參考，通過(guò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的夾具設(shè)計(jì)來(lái)提高學(xué)生解決工程問(wèn)題的能力，相應(yīng)的案例教學(xué)設(shè)置如表所示。

（一）常見(jiàn)定位元設(shè)計(jì)與建模

機(jī)床夾具常見(jiàn)定位元件主要包括平面定位類、圓柱孔定位類、外圓柱面定位類、特殊表面定位類零件，利用三維建模軟件的進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（二）夾具體設(shè)計(jì)

機(jī)床夾具是機(jī)械加工過(guò)程中一種不可缺少的工藝裝備，按用途可分為通用夾具和專用夾具。夾具體是夾具的基礎(chǔ)元件，基面與機(jī)床連接，其他工作表面裝備各種元件和裝置，以組成夾具總體，對(duì)夾具體的設(shè)計(jì)也有一定的要求和規(guī)定。

（三）機(jī)床夾具虛擬裝配、爆炸圖和運(yùn)動(dòng)仿真

以某鉆床夾具設(shè)計(jì)為例，該工序要求在右支架零件上實(shí)現(xiàn)鉆孔和擴(kuò)孔兩個(gè)工步，該夾具采用整體式固定鉆模結(jié)構(gòu)，具有低成本、精度高等優(yōu)點(diǎn)。利用三維建模設(shè)計(jì)軟件solidworks 進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)和裝配，按照?qǐng)D紙要求和實(shí)際情況依次插入鉆模、夾具體、定位元件、夾緊元件等，然后對(duì)各零件添加重合、同軸等配合關(guān)系，最后生成裝配體如圖1 所示，利用軟件的設(shè)計(jì)功能，可將鉆模夾具進(jìn)行爆炸拆裝和虛擬仿真加工，如圖所示。

圖1 齒輪泵總裝配圖

圖2 爆炸圖

圖3 虛擬仿真加工

三、總結(jié)

在機(jī)床夾具設(shè)計(jì)課程的教學(xué)中，傳統(tǒng)教學(xué)存在上述缺點(diǎn)，教學(xué)效果不夠理想。本項(xiàng)目采用三維建模軟件參與課程設(shè)計(jì)與演示，經(jīng)教學(xué)證明，該方法可以立體直觀的將復(fù)雜是機(jī)床夾具結(jié)構(gòu)顯示出來(lái)，不僅激發(fā)了學(xué)生的興趣，提高了學(xué)習(xí)積極性，而且利于學(xué)生理解和掌握夾具的設(shè)計(jì)，為下一設(shè)計(jì)更加復(fù)雜的夾具奠定了基礎(chǔ)。