三维虚拟设计技术在机床夹具设计课程中应用

彭贤峰

（台州科技职业学院，浙江 台州 318020）

引言

机床夹具设计是机械类及近机械类专业中一门重要的核心课程，主要内容包括夹具基础知识、定位原理与误差计算、工件的夹紧、典型夹具结构实例等知识。该课程大多数院校采用传统理论教学，对学生要求是经历过车工、钳工、铣工的实训课程；对机床的结构、原理、工件的定位等有初步的认识，有一定的机床操作技能，同时也有CAD/CAM 软件制图的基础。本课程采用三维建模软件Solidworks，在机床夹具教学与课程设计过程中参与夹具的机构设计与装配演示，并在此基础上开发相关教学资源，希望对机械类其他相关课程有一定的借鉴作用。

一、传统教学模式存在的问题

机床夹具设计作为一门专业核心课，该课程比较偏理论，大多数院校采用传统的教学模式，在教学过程中存在的主要问题有以下两点：

（一）缺乏机械加工经验

虽然在大一阶段安排有金工实训和机械加工实习，但大多数学生对机械类产品的制造过程没有深刻体会，相关的机械加工参数不会查阅和应用，机床和加工工艺不太了解，普通的实习只是起到一个导入作用，在机械加工经验方面，还是相当缺乏。

（二）计算机绘图能力不足

在机床夹具结构设计过程中，由于夹具原理和定位误差部分偏理论，部分学生对常见的二维和三维软件设计能力不足。尤其在机床夹具结构设计和装配方面，工程数据计算较为繁琐，学生容易产生厌学情绪；在传统教学过程中，师生之间互动程度少，学生容易把兴趣转移到课堂玩手机方面。

二、机床夹具设计教学资源开发

机床夹具设计课程实践性较强，理论只有32课时，但内容偏理论和繁杂，传统教学灌输模式很难调动学生积极性，本课程案例以工程实践为基础，以机床分类为参考，通过结构简单的夹具设计来提高学生解决工程问题的能力，相应的案例教学设置如表所示。

（一）常见定位元设计与建模

机床夹具常见定位元件主要包括平面定位类、圆柱孔定位类、外圆柱面定位类、特殊表面定位类零件，利用三维建模软件的进行设计。

（二）夹具体设计

机床夹具是机械加工过程中一种不可缺少的工艺装备，按用途可分为通用夹具和专用夹具。夹具体是夹具的基础元件，基面与机床连接，其他工作表面装备各种元件和装置，以组成夹具总体，对夹具体的设计也有一定的要求和规定。

（三）机床夹具虚拟装配、爆炸图和运动仿真

以某钻床夹具设计为例，该工序要求在右支架零件上实现钻孔和扩孔两个工步，该夹具采用整体式固定钻模结构，具有低成本、精度高等优点。利用三维建模设计软件solidworks 进行虚拟设计和装配，按照图纸要求和实际情况依次插入钻模、夹具体、定位元件、夹紧元件等，然后对各零件添加重合、同轴等配合关系，最后生成装配体如图1 所示，利用软件的设计功能，可将钻模夹具进行爆炸拆装和虚拟仿真加工，如图所示。

图1 齿轮泵总装配图

图2 爆炸图

图3 虚拟仿真加工

三、总结

在机床夹具设计课程的教学中，传统教学存在上述缺点，教学效果不够理想。本项目采用三维建模软件参与课程设计与演示，经教学证明，该方法可以立体直观的将复杂是机床夹具结构显示出来，不仅激发了学生的兴趣，提高了学习积极性，而且利于学生理解和掌握夹具的设计，为下一设计更加复杂的夹具奠定了基础。