王新新
渭南技师学院 机械工程系， 陕西渭南 714000
摘要：机床夹具设计与应用是一门专业性很强的学科，传统课堂教学中遇到了很多困难，限制了学生的空间想象力，教学效果差，本文通过在课堂教学中引用UG软件，将抽象的工件定位、定位元件选择及典型夹具结构知识通过移动组件命令，三维建模及爆炸显示的方式辅助教学，降低了教学难度，调动了学生课堂的主动性和参与率，为同类课程的教学提供一定借鉴。
关键词：机床夹具 UG 自由度 定位元件
中国图类分号：G 642.0 文献标志码: A
机床夹具设计与应用是一门综合性的学科，要求专业理论知识很强，包括零件的定位、零件的夹紧，专用夹具的设计，具体专用夹具的设计，要求学生开设课程之前具有机械制图、金属材料、公差配合、机械设计、刀具以及机床等方面的知识。该课程是高职院校机械类专业开设的课程，我校培养的是三二分段大专生，该课程开设的时间段是中职第三学期，学生知识储备未到高中阶段，学生学习起来很吃力，为了降低学生学习的难度，本课程在授课过程中选用三维绘图软件UG进行教学，将教学内容与三维空间想象力有关的知识点，如定位元件对工件自由度的限制、零件工序图定位元件选择、复杂的二位夹具装配图等知识点，借助三维绘图软件UG转化成三维模型、装配图、爆炸图辅助学生理解，增加学生的想象力。
1定位元件对工件自由度的限制
1.1定位元件传统的教学方式
传动教学中在定位元件的定位方式、限制工件自由度的讲述时，一般都是通过绘制静态的定位图，如图1所示，借助教室笔、粉笔盒、黑板擦、书本等工具模拟图中工件和定位元件接触时对移动和旋转自由度的限制，讲述缺乏直观性，学生全凭个人的空间想象力，教学效果差。
如图1(a)为圆柱在长V形块上的定位，限制了四个自由度（X移动、Z移动、X转动、Z转动）；(b) 为圆柱在短V形块定位，限制了两个自由度（X移动、Z移动），图例中移动自由度的限制好理解，较为直观，(a)图中2个旋转自由度的限制较为抽象，学生难以理解，对于抽象难以理解的知识点，若不改变教学方法，增加教学直观性，学生会对课堂逐渐失去兴趣，达不到理想的教学效果。
(a) 长V形块定位 (b) 短V形块定位
图1 工件在V形块上定位
1.2 UG软件在定位元件自由度限制中的应用
利用UG软件的装配模块将图例中的V形块和圆柱进行装配，使外圆柱面与V形块的两个斜面接触，通过显示自由度命令可以显示工件剩余的自由度，并通过移动组件命令可以模拟剩余的活动自由度，增加教学的直观性。
如圆柱在长V形块上定位时，剩余沿Y轴的移动和绕Y轴转动自由度未被限制，可以通过装配模块的移动组件命令将圆柱移动和转动过程展示给学生，如下图2所示；圆柱在短V形块上定位时，剩余沿Y轴的移动、绕Y轴转动自由度、绕Z轴转动自由度和绕X轴转动自由度未被限制，同样可以将绕X轴和Z轴的转动展示给学生如图3。
图2 圆柱长V形块的活动自由度
图3 圆柱短V形块的活动自由度
2零件工序图定位元件选择
“零件工序图对定位元件选择”知识点要求学生会根据零件的加工简图，分析出满足加工技术要求所应限制的自由度，通过自由度及工件结构特点，分析出可以选用的定位元件。该知识点的讲授中为达到加工要求需要限制的自由度为难点，学生难以想象若某个自由度不限制会影响哪个尺寸，因此借助UG三维绘图软件，运用强大的三维建模功能，通过反向思维，当某个自由度不约束时，绘制出加工尺寸的零件图与原工序样图比较，增加学生空间想象力，辅助学生对自由度约束的理解。
图4为加工键槽的工序图，由图分析出键槽的加工技术要求所限制的自由度：加工尺寸L和槽宽b，应限制Y轴和Z轴移动；槽底与圆柱轴线平行，应限制X和Z轴转动；槽侧面与圆柱轴线对称，应限制X轴移动和Z轴转动。当图4分析的三个自由度（沿X移动、绕X转动、绕Z转动）不限制时，绘制的三维模型如图5所示，通过让学生观察两图的区别，达到对自由度限制的掌握，通过工件结构特点（轴类工件）分析出应限制的定位元件为V形块，又因分析工序图应限制了五个自由度，所以应选择长V形块对工件进行定位加工。
图4 加工键槽的工序简图
(a) (b) (c)
图5 自由度未限制加工键槽图
3.典型机床夹具
典型机床夹具的讲述过程中，首先需要学生看懂装配图，而学生先前掌握的机械制图课程装配图涉及不多，包括的零件少也比较简单，且学生初中阶段掌握的知识有限，缺乏空间想象力，因此在机床典型夹具复杂的装配图讲述时，仅通过二维的三视图讲述夹具，学生很难想象多个零件的具体装配位置、固定方式。如杠杆臂钻削两孔?10 mm和?13mm夹具图6，学生难以从二维图看出杠杆臂在夹具体上的定位方式，辅助的定位方式，夹紧方式，钻模板在夹具体的固定方式。
图6 杠杆臂夹具三视图
因此借助UG软件三维建模和装配模块辅助学生各个角度、全方位的了解各零件的位置关系，以及运用装配模块的爆炸命令，使学生更加清楚了解典型夹具包括的零件，以及它们的装配关系，有助于学生后期机床夹具的设计。
如图7杠杆臂夹具，运用UG软件将各零件建立三维模型，并进行装配，运用爆炸命令，将各组件爆炸显示，使学生清楚了解夹具所包括的零件以及各零件装配关系：定位（连杆臂大端采用圆柱销及端面定位限制五个自由度；连杆臂小端采用辅助支撑不限制自由度，仅为提高刚性；小端后方采用支撑钉定位防止连杆臂转动），夹紧（在连杆臂大端采用螺旋夹紧机构进行夹紧），两个钻模板（通过圆锥销和螺钉与夹具体进行定位和固定，钻套固定在钻模板上引导刀具进行孔加工）。
图7杠杆臂夹具爆炸图
在机床夹具设计与应用课程中运用UG软件，避免了传统教学的不足，通过UG软件各模块特殊功能，将复杂的知识得到了简化，降低了学生学习的难度，提升了学生识图和空间想象能力，调动了学生学习的积极性，提高了学生在课程的参与率，为后续专业知识的学习奠定了基础。
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作者简介：王新新（1983-），女（汉族），陕西省渭南市，渭南技师学院（讲师），硕士（研究生），机械设计与制造。