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摘要：根据机床夹具设计课程的特点，遵循教学目的和要求，利用现有教学条件，针对课程教学中存在的不足，探索《机床夹具设计》课程的案例式教学新方法。以工程案例为切入点，引导学生学习与思考，通过典型案例吸引学生参与夹具结构设计、培养学生的工程实践能力、团队协作能力、分析解决问题能力，提高学生综合素质。
关键词：案例式教学；夹具设计；工程实践；教学改革
本文引用格式：朱凤霞.案例式教学方法在《机床夹具设计》课程中的应用[J].教育现代化，2019，6（31）：153-155.
《机床夹具设计》课程是我校机械设计制造及其自动化专业的一门重要专业课程，为了锻炼学生的学习思维，提高机械创新和实践能力，实现我校以应用型本科专业人才培养为目标的教学理念，对《机床夹具设计》课程引入案例式教学新方法。采用案例式教学方法，有助于同学们加深知识的理解，培养动手能力。案例式教学，以典型的工程案例为切入点，引导学生主动学习与思考，吸引学生参与夹具的结构设计，并对案例进行全面分析，领会案例涉及的基本原理及方法，使学生能将课堂上学到的基本理论与工程案例中的实际应用相联系，保证理论教学与工程实际的有机结合[1]。案例式教学方法引导学生针对具体案例进行深入讨论与分析，培养学生理论联系实际的自觉性和创新思维意识。通过实际工程案例的学习还可将先修的多门课程有机结合，完善学生的知识体系。
一 实施案例式教学改革的内容设计
《机床夹具设计》课程实践性强，在该课程计划授课总课时数中，理论教学只有32课时，但课程内容非常繁多，如果按照传统的灌输式教学方法，课时显然不够，而且很难调动学生的积极性，而案例式教学方法的构建则可以有效弥补这些方面的不足。案例式教学方法在教师根据教材整体内容授课的同时，将实际教学案例分散应用到对应章节的教学环节中，以工程实际案例为基础，用启发式教学方法，引导学生解决给出的技术问题，激发学生的学习兴趣，提高学生解决实际工程问题的能力，为以后走上工作岗位打下基础[2]。
（一）案例选取
对于案例式教学方法案例选择非常重要，将直接影响课程教学效果，所选案例要与课程内容紧密贴合，也要考虑到学生的实际接受能力，适应课程培养目标的要求。选择的基本原则是：①明确教学内容。应用案例式教学方法，教师应根据课程教学内容和本校学生实际情况，选择合适的案例进行教学，即贴合教材和课程培养目标，又较生动有趣，能够激发学生的学习兴趣和积极性，让学生主动参与到设计中来，达到良好的教学效果。②合理运用。教学过程中引入案例要及时，在讲授了基础理论知识后引入相关案例，让学生充分理解所学知识并运用到实际设计当中[3]。总之，案例的引入时机、主题选择和应用方法要密切结合学生学习情况和教学进度[4]。教学案例设置如表1所示。
（二）具体实施
下面选取案例一来分析夹具设计的流程与要点。案例一，套筒钻孔夹具设计：以套筒零件加工工艺中的钻孔工序所需要设计的钻模为例，具体讲解专用夹具的设计方法，设计内容包括：①定位方案、定位元件及定位装置；②夹紧方案与夹紧装置；③导向装置；④对刀元件及定向元件；⑤夹具体。通过具体设计过程的讲解及演示，引导学生学习与思考，使学生对实际的零件的加工过程及装备有感性认识[1]。在此过程中，给出学生任务，学生分小组进行夹具设计。学生通过案例式教学对套筒零件钻孔工序夹具进行设计定位误差分析：①孔的轴向位置尺寸26±0.15mm和与左端面平行度（//）公差0.15mm。尺寸26±0.15mm和平行度（//）的工序基准为工件的左端面，工件的定位基准也为左端面，属于基准重合，但左端面为第二定位基准，故可能有基准位置误差和基准角度误差。对于尺寸26±0.15mm和平行度来说，只是基准位置误差对其有影响，δ定位=δ位置=d工tan∆α工+d夹tan∆α夹
= =0.055mm，定位误差值远小于公差值0.3mm和0.1mm。②孔相对于中心孔 20H7的垂直度（⊥）公差0.15mm。孔相对于中心孔20H7的垂直度，工序基准为中心孔中心轴线，定位基准与工序基准重合，故无基准不重合误差，但由于有配合间隙，故仍存在基准位置误差，δ定位=δ位置=TD+Td1+∆min=0.021+0.013+0.007=0.041mm，定位误差值远远小于公差值0.15mm。由于定位误差远小于本工序的公差，所以定位方案可行[5.6]。
1.明确设计任务
设计加工套筒零件上孔的钻模，如图1所示。
2.定位方案与定位元件
定位方案：通过工艺分析能够得出，为了保证加工孔的尺寸和位置精度，应选择中心孔和零件左端面为定位基准，定位方案有两种，如图2所示。
方案一，大面配短销，大面限制沿x轴方向的平移自由度和绕y、z轴转动自由度，短销限制沿y、z轴方向的平移自由度；方案二，小面配长销，小面限制沿x轴方向的平移自由度，长销限制沿y、z轴方向的平移自由度和绕y、z轴转动自由度。[3]
定位元件：选择第二种定位方案来进行夹具设计，定位元件为定位销轴，结构如图3所示。左侧轴段为销轴与夹具体连接部分，中间轴段为定位部分，右侧轴段为安装夹紧装置部分。
3.夹紧方案
本设计采用快速螺旋夹紧装置，此装置由开口垫圈和压紧螺母组成，螺母尺寸小于零件中心孔尺寸，通过旋转螺母，拆装开口垫圈，可实现零件的快速装夹与拆卸，如图4所示。
4.导向装置
钻套：钻套是钻床夹具上的刀具引导装置，被加工孔的精度要求钻、铰工序加工，为适应不同刀具，加工过程中需要频繁拆卸钻套，本次设计采用快换钻套。快换钻套拆装过程中为了避免引起钻模板钻套孔的磨损，在钻模板上先以过渡配合安装衬套，在衬套孔中在以间隙配合安装快换钻套，为了防止钻头加工和退刀时带动钻套转动和抬起，钻套需用钻套螺钉进行压紧。快换钻套在其凸缘上铣有台肩以供钻套螺钉压紧，铣出一削边平面，在这平面转至钻套螺钉位置时，便可向上快速取出钻套[5.6]，如图5所示。
套筒钻孔夹具包括定位元件、夹紧装置、导向装置、夹具体等几部分，将各部分结构进行装配，即可得到夹具总装图，如图6所示。
三 案例式教学的具体实施方法
课程教学案例确定后，教师要重点考虑案例的具体运用过程。案例式教学过程一般分四个步骤：①设置任务目标：将学生分成几个小组，按能力选出组长，明确给出任务目标，学生搜集资料，为完成设计任务做好充分的前期准备工作。②任务实施阶段：学生分小组对设计案例进行分析与讨论，从夹具工作原理、设计流程、设计难点、夹具结构和元件的选择等角度入手，拓展解题思路，将所学知识融汇贯通。③成果检查阶段：完成夹具设计方案后，各小组要画出夹具三维图进行答辩，讲解设计流程，夹具结构及设计过程中遇到的问题，老师当场进行点评，让学生及时了解不足之处，加以改善[1]。④课后总结：经过夹具设计的整个流程之后，要求每位同学针对自己在任务中的表现进行总结，查找不足，以期在后续的课程学习过程中进行弥补。这种小组讨论式实施方法可以引导学生对《机床夹具设计》课程重点、难点进行深入分析，从而准确把握课程的关键知识并能灵活运用到工程实践中。
四 课程教学改革的实践与成效
案例式教学方法优点突出，学生分组完成具体设计任务，强化团队协作意识，使小组内每个学生都有参与到任务中的机会；设计过程中，学生的工程实践能力得到提高；夹具设计完成后，组员对设计作品进行讲解，锻炼了学生的文字组织能力和语言表达能力。
为了探索《机床夹具设计》课程的案例式教学方法，从我校机电工程学院机械设计制造及自动化专业选出3个班作为教学改革试点班，取得了较好的教学效果，形成了特有的案例式课程教学特色。通过案例式教改实践，使同学们积极参与到一个个实际典型夹具的设计构思和具体装配图及零件图的设计中，学生工程意识、创新意识得到了不断强化，工程实践能力也得到了显著提高。
参考文献
[1]杨继荣，肖伟跃，李玲芳.《机械制造装备设计》课程的案例式教学方法探讨[J].教育现代化,2015,17(63):155-156.
[2]张美娜.工业分析技术教学中案例式教学的应用[J].广东蚕业,2018,12(52):96-97.
[3]周枫林，廖海洋等.面向应用能力培养的《机械优化设计》教学探讨[J].机电产品开发与创新化,2018,11(6):95-96.
[4]王喜斌，王俊红等.基于案例教学的《现代测试技术》课程教学改革探索[J].北华航天工业学院学报,2018,12(6):37-39.
[5]吴拓.现代机床夹具设计[M].北京：化学工业出版社,2009.
[6]王启平.机床夹具设计[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2010.
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