三維虛擬設計技術在機床夾具設計課程中應用

彭賢峰

（臺州科技職業學院，浙江 臺州 318020）

引言

機床夾具設計是機械類及近機械類專業中一門重要的核心課程，主要內容包括夾具基礎知識、定位原理與誤差計算、工件的夾緊、典型夾具結構實例等知識。該課程大多數院校采用傳統理論教學，對學生要求是經歷過車工、鉗工、銑工的實訓課程；對機床的結構、原理、工件的定位等有初步的認識，有一定的機床操作技能，同時也有CAD/CAM 軟件制圖的基礎。本課程采用三維建模軟件Solidworks，在機床夾具教學與課程設計過程中參與夾具的機構設計與裝配演示，并在此基礎上開發相關教學資源，希望對機械類其他相關課程有一定的借鑒作用。

一、傳統教學模式存在的問題

機床夾具設計作為一門專業核心課，該課程比較偏理論，大多數院校采用傳統的教學模式，在教學過程中存在的主要問題有以下兩點：

（一）缺乏機械加工經驗

雖然在大一階段安排有金工實訓和機械加工實習，但大多數學生對機械類產品的制造過程沒有深刻體會，相關的機械加工參數不會查閱和應用，機床和加工工藝不太了解，普通的實習只是起到一個導入作用，在機械加工經驗方面，還是相當缺乏。

（二）計算機繪圖能力不足

在機床夾具結構設計過程中，由于夾具原理和定位誤差部分偏理論，部分學生對常見的二維和三維軟件設計能力不足。尤其在機床夾具結構設計和裝配方面，工程數據計算較為繁瑣，學生容易產生厭學情緒；在傳統教學過程中，師生之間互動程度少，學生容易把興趣轉移到課堂玩手機方面。

二、機床夾具設計教學資源開發

機床夾具設計課程實踐性較強，理論只有32課時，但內容偏理論和繁雜，傳統教學灌輸模式很難調動學生積極性，本課程案例以工程實踐為基礎，以機床分類為參考，通過結構簡單的夾具設計來提高學生解決工程問題的能力，相應的案例教學設置如表所示。

（一）常見定位元設計與建模

機床夾具常見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行設計。

（二）夾具體設計

機床夾具是機械加工過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元件，基面與機床連接，其他工作表面裝備各種元件和裝置，以組成夾具總體，對夾具體的設計也有一定的要求和規定。

（三）機床夾具虛擬裝配、爆炸圖和運動仿真

以某鉆床夾具設計為例，該工序要求在右支架零件上實現鉆孔和擴孔兩個工步，該夾具采用整體式固定鉆模結構，具有低成本、精度高等優點。利用三維建模設計軟件solidworks 進行虛擬設計和裝配，按照圖紙要求和實際情況依次插入鉆模、夾具體、定位元件、夾緊元件等，然后對各零件添加重合、同軸等配合關系，最后生成裝配體如圖1 所示，利用軟件的設計功能，可將鉆模夾具進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

在機床夾具設計課程的教學中，傳統教學存在上述缺點，教學效果不夠理想。本項目采用三維建模軟件參與課程設計與演示，經教學證明，該方法可以立體直觀的將復雜是機床夾具結構顯示出來，不僅激發了學生的興趣，提高了學習積極性，而且利于學生理解和掌握夾具的設計，為下一設計更加復雜的夾具奠定了基礎。