数控专业学制技师夹具设计制作技能培养实践

屈长江

摘要：夹具是机械加工工艺系统中重要的组成部分，它既可以保证生产质量的稳定性，又可以提高生产效率。本文以某型号加工中心换刀臂专用夹具的设计为载体，通过设计不同的教学方法，引导学生分析定位原理、测量知识，并结合现场的实际情况，提出了解决办法——设计专用夹具，论述了合理性及可行性等整个教学互动过程，使学生能够在该项目的生产实践中以小组学习的形式达到能够独立完成类似零件的夹具设计的教学目标，提升学生發现和处理问题的能力及革新能力。

关键词：学制技师；能力；小组学习；独立

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）28-0251-02

一、依据技师课程教学目标，选取真实工作任务设计学习任务

1.学习任务选取。（1）数控加工学制技师培养核心技能要求。从国家职业标准及企业调研分析可知，数控加工学制技师班学生的核心技能包括数控加工工艺制定、工装设计与制作、空间几何精度测量等，其中工装设计与制作核心技能涉及定位装夹、检测基准、测量方法、误差分析、元件选择与制作、精度调整等多个方面。（2）夹具设计制作学习任务选取与分析。专用夹具的设计与制作主要针对应用通用夹具难以完成加工任务的零件，对于支架类零件应用较为广泛，应用专用夹具可以解决装夹难的问题，提高装夹刚性、装夹效率、定位精度及精度稳定性，快速检测难以检测的空间几何精度。笔者在实际教学中针对《工装设计与制作》课程目标需要，选取企业真实的工作项目——某型号加工中心换刀臂加工中专用夹具设计制作项目为学习任务之一。

2.学习任务分析。（1）学习任务介绍。换刀臂的加工包含了数控加工难点中的几乎所有方面，该零件如应用平口钳或压板之类通用夹具给操作带来了诸多不便。该类零件在技师阶段难度适中，适合技师阶段学习的提升，故此选用该零件作为技师一年级教学的一个初期课题。（2）学习任务难点分析。本零件属于结构刚性差、形状不规则的异形零件。此类零件在加工中定位方法与外形规则的零件相比，有很大的差异。①这类零件在加工中容易产生变形，所以工序分开和选择合适的夹紧力和夹紧位置很重要。②该类零件装夹困难，通用或组合夹具很难满足加工时零件定位的准确性。③该类零件在加工时通常会由于零件结构问题产生加工震动。④该零件的生产类型属于批量生产，需要通过设计专用夹具满足批量中定位装夹快速准确的要求。

二、在难点与问题的引领下，调动学生自主攻关完成任务

在充分分析“换刀臂”这个学习任务的重点和难点的基础上，结合我校技师班的学生特点，笔者采用了行动导向的教学形式，调动了学生自主学习的积极性，并取得了较好的教学效果。

1.课前学生状况分析。技师班学生对数控加工发自内心的喜欢，同时对自己能创造性的解决实际问题有着较强的好胜心。有专门的一体化教学场地——技师研修中心，配备一名车间负责人担任辅讲教师。课前，笔者对每名学生的技能基础做了摸底考察，制作了个人基础记录单，此方法已被后续课堂组织教学所使用。

2.学生分小组分析工作任务。在该环节中，学生需要查阅大量技术资料学习任务中未知的技术知识，需要在小组内讨论并明确任务要点。（1）小组工作，成员独立找寻难点，小组大脑风暴集合要点。对于各式各样的技术难题，很多时候，一个人是很难攻克的，这时候就需要与周围的人共同讨论或需要一个技术团队共同去努力解决，所以以小组为单位的合作性学习在技师阶段尤为重要。每个人都想实现自己的想法，正是因为人存在的这种潜在情怀，所以教师在设置教学环节中，一定要在关键教学点处尽可能的设置学生之间互相展示点评的机会。以本案为例，学生通过给出的图纸及工艺单，在教师的组织下，各小组积极探讨论证，对本零件形成了如下的工艺分析：零件到达本工序时外形轮廓尺寸及基准面A、B、C已经完成加工或进行了粗加工。换刀臂的加工误差主要集中在以下几个方面（见下图）：①两个Φ16H7mm孔的同轴度超差，且很难保证该孔与A基准面的12±0.05mm尺寸公差。②两个Φ16H7mm孔与Φ18H7mm孔的平行度和孔距超差，使得换刀时刀柄与主轴不同心，影响换刀的可靠性。③梯形凸起的中心与两个Φ16H7mm孔中心的12±0.05mm的尺寸很难保证，且目前没有可靠的检测装置。学生们在进行工艺分析时，在讨论中不断的延伸问题的深度与广度，不仅对零件进行了工艺分析，阐述了在加工中产生误差的可能性，还对由于加工不良可能对零件使用造成的危害进行了说明。例如：“可造成刀柄在夹刀位置时的位置不正，装入主轴时，与主轴轴线存在角度偏差，易造成主轴锥孔的过早磨损。另外，装刀过程中附加的外力使换刀臂寿命缩短。”这些已经超过了一个单纯的加工者的思考范畴，而是从一个使用者或设计者的角度出发，去考虑加工不良对使用者的影响。这种负责任的态度正是通过同学间反复的探讨，不断的激发灵感的火花逐步培养出来的，是一种自觉发自内心的认识。这恰恰是教师“灌输式”教育及学生被动接受所不能达到的教育效果。（2）各小组自行确立加工基准。机械加工要奉行基准先行的原则，所以在加工时第一件事就是确立零件的定位基准。较之规则形状的四平八稳的定位基准而言，异形件定位基准的选择就要复杂多了，因此教师首先抛出最简单的基准选择方法和确立原则，然后布置给学生的任务就是分析零件的各型面作为定位基准和加工基准的可行性。这是一个跨度非常大的问题，看似简单粗暴，但这是使学生能够深入思考，给他们最大发挥空间和学习自由度的一个方法。

三、通过“举三反一”的项目实施，实现“举一反三”的教学效果

学生完成项目不是该项目的学习结束，因为学习的目的是为了胜任未来未知的工作，能完成该项目只能表明具备完成该任务的能力，当条件改变了，面对同类型工作是否能有行之有效的方案还不能确定，因此在此基础上需要引导学生总结同类型工作的特点、原理、关键技术等，进一步需要给出其他同类型工作检验学员的适应能力，这才完成了该项目的教学过程。

1.教师提供其他支架零件夹具设计项目，学生独立制订方案。在本项目教学中，技师学员完成夹具设计制作后，在设计加工中验证是否满足技术要求，并要求学生每人选取一个项目独立设计夹具方案。

2.由部分学生担任“技术专家”，逐一审核答辩各个方案。每名学生对立完成方案后，还不能对其他类型的夹具设计方案做深入学习，往往教学时间也不允许每个学生对每种类型零件的夹具设计做方案和学习，笔者采用“专家答辩”的方式实现全面深入的学习效果。通过“专家”答辩方式可以有效培养学生提出问题、分析问题的能力及应变能力。要点如下：（1）教师组织答辩仪式，预先布置每名学生要对自己的方案做规定时间及规定内容陈述，“专家”在规定时间内提出限定数量的问题，被答辩人需作答，征得“专家”的一致同意。（2）“专家”由不固定的4名以上的学生组成，每名学生至少要做3次专家，答辩的方案必须有2个与本人的方案项目类型不同，并对被答辩学生的方案预先研读。（3）在答辩过程中，教师只控制节奏和时间，不参与具体答辩内容，最后做总结，同时要布置2名学生对典型问题及回答做记录并在展板展示。

3.以工作页为引导，激发和收敛学生思维的发散性，保证实现学习成果。工作页是一体化教学中不可或缺的重要工具，它是引导学生自主学习的工具。教学中的工作页要基于教学目标出发，再根据教学现场的条件编写。工作页不仅可以辅助教师引导学生完成教学任务，还可以在学生的学习过程中起到激发学生发散思维，使设计具有多样性和创新性，又能让学生在其引导下使结果更具可行性和唯一性，保证学习成果。

笔者在《工装设计与制作》教学实施中，始终按照行动导向的教学模式引导学生自主负责任的学习，通过项目实践培养分析问题、发现问题及解决问题的能力，同时兼顾知识的系统性，有意识的提升小组合作、倾听、结构性思维、总结等非专业能力。笔者也从学习任务选取、教学活动组织、教学总结与拓展等方面得到了些许收获。