“机械制造工艺与夹具设计”课程教学设计及应用实践

张勇明　李永松　曹佩红

摘要：“机械制造工艺与夹具设计”是高职院校数控、模具等机械类专业的核心职业能力课程，是培养学生机械加工工艺文件识读与编制能力、夹具设计能力的重要环节。本文针对此课程的教学内容及其特点，结合学校机械类专业办学实际，从整合优化教学内容、创新教学组织模式、改革课程考核评价等方面，对高职“机械制造工艺与夹具设计”课程进行教学设计创新，并应用于具体的教学应用实践，取得了较好的教学效果。

关键词：机械制造工艺与夹具设计；教学设计；应用实践

中图分类号：G718 文献标识码：A 文章编号：1672-5727（2019）02-0063-05

“机械制造工艺与夹具设计”是一门以工学结合人才培养模式为基础开发的一门课程，是面向高等职业教育机械类各专业（机械、数控、模具、机电、汽车制造等）开设的一门专业技术主干课程。其前导课程主要为“机械制图与识图”“机械设计及应用”等课程，后续课程主要有“数控车削编程与仿真加工”“数控铣削编程与仿真加工”等课程，在机械类专业课程体系中发挥着承上启下的连接作用。

该课程的核心内容是研究典型机械零件从毛坯到加工出合格零件整个加工制造过程的工艺规程编制及相应专用夹具设计，重点在于培养学生选用和编制典型机械零件加工工艺规程编制的能力，夹具选用与设计的初步能力，并为学习其他有关课程及以后从事机械设计和制造工作奠定坚实的基础。

面对该课程内容涉及知识面广、理论性较深、实践性很强等特点，江西交通职业技术学院“机械制造工艺与夹具设计”课程教学团队为提高课程教学质量，在授课过程中十分注重教学内容的优化、教学组织的设计、教学方法手段的改进，大力推进课程教学改革，经过多年实践，有力促进了机械类专业学生加工工艺和夹具工装设计能力的提高。

一、教学内容改革

（一）课程内容整合优化思路

“机械制造工艺与夹具设计”主要是整合优化了普通高等学校“机械制造工艺学”和“机床夹具设计”课程的主要内容，整合后的教学内容主要有：机械加工工艺规程的制定、典型零件加工工艺规程及夹具设计、装配工艺规程的制定等。

“机械加工工艺规程的制定”是把“机床夹具设计”中“工件的定位与夹具的夹紧”等内容融入到“机械制造工艺学”中的“机械加工工艺规程制定”里。这样整合的意义主要有以下几点：第一，可使学生在课程学习伊始，就在脑海中树立“工艺与夹具是不可分割的整体”这样一个概念[1]，在进行工艺路线和工序内容拟定的时候，就会仔细思考相应的定位基准和元件的选择等问题。第二，在讲解工艺尺寸链的建立与计算时，可以结合定位误差和工艺尺寸链之间的内在联系以及基准选择原则来进行讲授，这样更容易使学生理解和掌握。“夹具的夹紧”这部分内容能让学生意识到夹具的结构设计的合理性与零件表面加工质量存在着很大的关联，从而可以很好的引导学生合理地進行夹具设计。

“典型零件加工工艺规程及夹具设计”是将夹具结构设计等有关内容渗透到“具体典型零件加工工艺规程制定”讲授过程中。这样渗透结合的优点就在于，当讲授典型零件加工工艺规程编制时，可使学生针对加工所用的设备及刀具自然引申出常用典型机床夹具的定位元件、导向元件、夹紧元件、紧固元件等夹具基本元件的设计内容，促使学生进一步加深对专用夹具设计知识的理解与掌握。

“零部件装配工艺规程的制定”是将夹具设计制造与装配等内容融入到了“装配工艺规程制定”讲授过程中，实现了二者的有机结合。使学生可运用装配工艺规程知识来检验夹具设计的合理性，反之，又可把夹具结构设计当作是装配工艺规程制定的具体实例，互为补充，相互促进。

（二）内容整合后的教学优势

一是将夹具设计相应内容分散地增添在原来“机械制造工艺学”课程当中，使加工工艺学的讲授内容更加完整，确保了原来“机械制造工艺学”课程知识体系的完整性和逻辑性，学生也更容易理解和接受。二是可以在学习过程中综合考虑工艺与夹具之间的联系，有效避免了单独教学时造成的工艺编制、夹具设计的知识割裂，学生编制的加工工艺与设计的夹具结构不协调等弊端，使学生的设计思路更加清晰，能更合理地设计加工工艺规程[2]。三是在课程教学过程中，可以用同一教学载体零件为实例，来综合讲授工艺编制与夹具设计的知识，进一步加深了二者之间的结合联系，提升了学生的学习效率和分析解决设计问题的能力[3]。

（三）学习情境及其任务设计

为进一步做好课程教学改革工作，教学团队在前期深入江西佳时特数控技术有限公司、江铃汽车股份有限公司、格特拉克（江西）传动系统有限公司等多家制造类企业开展了深入调研，并在此基础上归纳总结了机械类专业的就业岗位群、岗位典型工作任务及职业岗位能力要求，依据机械行业相关的国家职业标准、学生的学情分析和职业成长规律，进行了课程内容的整合优化工作[4]。以知识点和能力结构设计了7个学习情境，并从企业实际生产项目选取了轴类、套类、箱体类、齿轮类和异形类等常见典型机械零件作为学习情境教学载体，从对接职业岗位实际工作需求的角度来确定具体的教学内容，使之能更有效地训练学生专业技能、提高工作岗位适应能力。

“学习情境一：机械加工工艺规程的制定”的主要任务有机械加工工艺规程的认知、零件加工工艺分析及计算、零件毛坯和工序基准的选择、工艺路线和工序内容的拟订、机械加工质量的分析，教学载体选用阶梯轴、齿轮轴、偏心轴等简单零件，使学生初步理解掌握机制工艺和夹具设计的相关概念、基础理论知识及应用知识。

“学习情境二：轴类零件加工工艺规程及夹具设计”是以减速器传动轴、普通车床传动轴等轴类零件为教学载体，让学生独立或合作完成工艺规程的编制和专有夹具的设计，并与实际生产文件对照。

“学习情境三：套类零件加工工艺规程及夹具设计”是以轴承套、气缸套等套类零件为教学载体，让学生独立或合作完成工艺规程的编制和专有夹具的设计，并与实际生产文件对照。

“学习情境四：箱体类零件加工工艺规程编制及夹具设计”是以角形轴承箱、减速器箱体为教学载体，让学生独立或合作完成工艺规程的编制和专有夹具的设计，并与实际生产文件对照。

“学习情境五：齿轮类零件加工工艺规程编制及夹具设计”是以直齿圆柱齿轮、减速器变速齿轮为教学载体，让学生独立或合作完成工艺规程的编制和专有夹具的设计，并与实际生产文件对照。

“学习情境六：异形类零件加工工艺规程编制及夹具设计”是以法兰、减速器拨叉为教学载体，让学生独立或合作完成工艺规程的编制和专有夹具的设计，并与实际生产文件对照。

“学习情境七：零部件装配工艺规程的制定”的主要任务是将前面六个学习情境的教学载体零部件进行装配，让学生独立或合作完成装配工艺规程的制定、装配尺寸链的建立与计算，并与实际生产文件对照。学习情境及学习任务设计的具体内容见下页表1所示。

二、教学组织设计

教学活动的组织设计是以具体的学习任务贯穿整个课程教学过程，按照任务引入和任务分析、工艺过程设计、工序内容设计、夹具结构设计以及加工质量分析等环节来逐步进行，如图1所示。

（一）引入学习任务，获取必备知识

教师引入学习任务，将学生分成若干个工作小组，下发任务工单，工作小组获取学习任务以后，首先要熟悉掌握零件加工所需的机床、刀具等设备的选用知识，不同结构零件的合适加工方法等必备的课程基础理论知识。

（二）开展任务分析，设计工艺过程

在上述基础上，教师引导学生运用所学的理论知识融入到项目任务完成过程中，学会分析和解决工艺规程编制等问题。要求工作小组认真分析任务载体零件的组成结构和表面特征，确定零件各相关表面的加工方法，进行零件的加工工艺性分析，填写工艺过程卡片，为避免工作任务雷同，规定同一工作小组成员要分单件小批生产和大批大量生产两种生产类型编制零件加工工艺。学生编制的加工工艺过程经指导教师批改后，教师再指定每一小组成员需要设计的工序内容。

（三）设计工序内容，填写工序卡片

教师先讲授工序内容设计等理论知识，然后要求学生根据上一阶段制定的工序内容设计任务，通过查表确定加工机床的规格型号、切削加工用量、加工余量、工时定额等内容，最后要求学生填写完成工序卡片。

（四）设计夹具结构，分析加工质量

教师先讲授夹具结构设计、产品加工质量检测及分析方法等理论知识，然后要求学生拟定夹具结构设计方案，经教师审阅批准后，要求学生各自进行相应加工工序的夹具结构三维图模型绘制工作。最后，教师指导学生进一步修正完善设计方案，并把设计方案转变为现实生产中正规的加工工艺文件、加工图纸，在学校现代制造技术中心进行零件加工生产以及加工质量的检测与分析。

三、教学评价改革

建立合理有效的課程教学考核评价体系，采用多元化的课程教学考核方式，充分发挥考核评价的导向作用，是提升课程教学质量的关键，也是“机械制造工艺与夹具设计”课程教学改革的重要内容[5]。课程教学团队依据学校数控技术、模具设计与制造等专业的人才培养目标以及现行课程考核方式所存在的弊端，提出了以“方式多元、注重过程、严考技能”为课程考核原则，以学生专业技能的掌握程度为考核重点，提高其在总考核成绩中的比重，同时注重学生创新思维能力的考核，采用形成性考核和终结性考核相结合，参照学生完成学习任务的表现，进行综合评定[6]。“机械制造工艺与夹具设计”课程考核具体评定办法见表2所示。

课程的总考核成绩包括两大部分：

一是形成性考核，即平时学生完成项目工作任务的过程考核，其在总考核成绩中占比80%。根据各学习情境的主要知识点和核心技能点的重要性，以及所包含的学习任务数量，确定“机械加工工艺规程的制订”在总考核成绩中占比为12%，“轴类零件加工工艺规程及夹具设计”占比为10%，“套类零件加工工艺规程编制及夹具设计”占比为12%，“箱体类零件加工工艺规程编制及夹具设计”占比为12%，“齿轮类零件加工工艺规程编制及夹具设计”占比为12%，“异形类零件加工工艺规程编制及夹具设计”占比为12%，“零部件装配工艺规程的制定”占比为10%，其中，各学习情境的具体考核方式又主要包括学生考勤情况（占比8%）、教师评价（占比14%）、小组评价（占比10%）、自我评价（占比8%）、项目工作任务完成质量（占比60%）。

二是终结性考核，就是期末综合测验考核，在总考核成绩中占比20%。

实践证明，通过以上的教学改革措施，显著提高了学生对“机械制造工艺与夹具设计”课程的学习兴趣、学习的主动性和积极性，取得了较好的教学效果，使学生在完成项目工作任务的过程中，强化加深了对课程的主要学习点和核心技能点的认知与掌握，提升了学生的工艺规程编制和夹具结构设计能力。后续，课程教学团队将进一步优化完善课程教学改革方案，进一步提高课程教学质量。

参考文献：

[1]汪晓云.基于“项目驱动”的“机械制造工艺与夹具设计”课程教学改革[J].武汉船舶职业技术学院学报，2013（3）：78-79.

[2]孙莹.高职院校机械制造技术课程项目教学改革的探索[J].包头职业技术学院学报，2015（16）：85-88.

[3]张春燕.《机械制造技术基础》课程教学改革探讨[J].教学园地，2011（30）：44-45.

[4]关月华.浅谈《机械制造工艺与夹具设计》课程教改[J].教改创新，2013（34）：19-21.

[5]许中明.以能力为本位构建高职机械专业基础课程群教学体系[J].职教论坛，2010（3）：53-56.

[6]肖笃飞，祝建孙.高职院校《机械制造技术》课程的教学实践分析[J].科技风，2018（1）：158.

（责任编辑：张宇平）