基于虛擬技術(shù)的機(jī)床夾具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討

1、    基于虛擬技術(shù)的機(jī)床夾具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討    龍向前何水龍鮑家定【摘要】機(jī)床夾具設(shè)計(jì)是機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程中重要的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。針對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足，本文提出基于虛擬仿真技術(shù)的機(jī)床夾具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案，期望通過(guò)引入新技術(shù)，豐富夾具設(shè)備庫(kù)、拓展學(xué)生眼界，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)機(jī)床夾具的綜合設(shè)計(jì)能力，改善教學(xué)效果。【關(guān)鍵詞】虛擬技術(shù)  夾具設(shè)計(jì)  實(shí)驗(yàn)教學(xué)  改革g642 a 2095-3089（2020）11-0218-011.引言機(jī)床夾具是機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程中非常重要的內(nèi)容之一，它是機(jī)床上用于裝夾工件（和引

2、導(dǎo)刀具）的一種裝置，是確保機(jī)床切削加工順利進(jìn)行以及質(zhì)量能夠達(dá)到要求標(biāo)準(zhǔn)的一項(xiàng)重要裝備。在目前柔性制造的背景下，機(jī)床夾具快速設(shè)計(jì)和制造是機(jī)械制造裝備柔性化的重點(diǎn)內(nèi)容，讓學(xué)生學(xué)好并掌握機(jī)床夾具的柔性化設(shè)計(jì)至關(guān)重要1。因此，機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程開(kāi)設(shè)了夾具拆裝和組合夾具的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程，促進(jìn)學(xué)生熟練掌握機(jī)床夾具設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)是學(xué)生將理論應(yīng)用于實(shí)踐，同時(shí)通過(guò)實(shí)際操作加深對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握，是一個(gè)相互提升的正循環(huán)相互促進(jìn)過(guò)程，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果將直接影響到學(xué)生利用基本理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力培養(yǎng)。2.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺點(diǎn)機(jī)床夾具實(shí)驗(yàn)課程就是調(diào)動(dòng)學(xué)生的思考和動(dòng)手能力，根據(jù)工件工序要求及

3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，自行設(shè)計(jì)夾具總裝方案，并進(jìn)行裝配及調(diào)整，以鞏固機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程中所學(xué)到的有關(guān)機(jī)床夾具的基本理論知識(shí)。但大多數(shù)高校的理論課教師和實(shí)驗(yàn)課教師不是同一個(gè)人，容易造成理論課教師和實(shí)驗(yàn)課教師缺乏溝通，導(dǎo)致理論與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)，理論課不能支撐實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)課不能驗(yàn)證理論教師講授的理論知識(shí)2。而且做實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生很少有機(jī)會(huì)和時(shí)間提前去實(shí)驗(yàn)室熟悉夾具設(shè)備，實(shí)驗(yàn)過(guò)程大多都是學(xué)生被動(dòng)的按照實(shí)驗(yàn)教師講授的實(shí)驗(yàn)步驟，機(jī)械地重復(fù)拆裝過(guò)程，容易把實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練當(dāng)成了任務(wù)。整個(gè)過(guò)程學(xué)生處于被動(dòng)狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練能力單一，缺乏思考、不理解實(shí)驗(yàn)的意義和目的，導(dǎo)致理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能相互促進(jìn)，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維能力和綜合能力的培養(yǎng)

4、。同時(shí)，機(jī)械方面的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)備還存在更新?lián)Q代較慢，一些學(xué)校甚至還使用著上個(gè)世紀(jì)七八十年代的夾具設(shè)備，與實(shí)際生產(chǎn)中的先進(jìn)設(shè)備脫節(jié)，降低了學(xué)生的興趣，教學(xué)效果不佳。3.虛擬仿真技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了另一類(lèi)試驗(yàn)研究的新技術(shù)，即虛擬仿真技術(shù)。虛擬仿真技術(shù)就是用一個(gè)虛擬的系統(tǒng)模仿另一個(gè)真實(shí)系統(tǒng)的技術(shù)，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與學(xué)科專(zhuān)業(yè)深度融合的產(chǎn)物，將其應(yīng)用在教學(xué)實(shí)踐的前景和潛力巨大。教育部辦公廳印發(fā)的2017年教育信息化工作要點(diǎn)提出要深化數(shù)字教育資源開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，開(kāi)展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)共享平臺(tái)建設(shè)。2018年教育部下發(fā)了開(kāi)展國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目建設(shè)工作的通知，并公布105個(gè)首批國(guó)家虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目

5、3。地方各大高校也都跟著時(shí)代發(fā)展的步伐，建立了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)転閷W(xué)生提供具有良好沉浸感、獲得感和逼真感的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生多學(xué)科、多專(zhuān)業(yè)知識(shí)點(diǎn)融會(huì)貫通的能力4。但是其缺點(diǎn)也很明顯，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的組建投入大，一個(gè)學(xué)校的虛擬實(shí)驗(yàn)室數(shù)量有限，不能滿(mǎn)足所有專(zhuān)業(yè)的開(kāi)班需求。同時(shí)，國(guó)家也沒(méi)有統(tǒng)編的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教程，目前基本以軟件供應(yīng)商提供的設(shè)備手冊(cè)作為實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，操作手冊(cè)不能完全滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，學(xué)校應(yīng)根據(jù)不同專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，編寫(xiě)貼合教學(xué)實(shí)踐的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)5。因此，完全采用全虛擬仿真技術(shù)進(jìn)行夾具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有一定的局限性。4.實(shí)驗(yàn)改革鑒于虛擬仿真技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和

6、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的不足，我們擇優(yōu)避缺將部分虛擬仿真技術(shù)引入機(jī)床夾具實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，對(duì)機(jī)床夾具的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革。改革后整個(gè)夾具設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)主要包括虛擬仿真和實(shí)際實(shí)踐兩個(gè)部分。（1）虛擬仿真部分利用3d軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建機(jī)床夾具設(shè)備的數(shù)據(jù)庫(kù)，補(bǔ)充和完善實(shí)驗(yàn)室中實(shí)體機(jī)床夾具的不足，彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備更新慢的缺陷，實(shí)現(xiàn)各類(lèi)機(jī)床夾具的全覆蓋，擴(kuò)大學(xué)生對(duì)機(jī)床夾具的認(rèn)知，擴(kuò)寬學(xué)生的視野，跟上柔性制造步伐。有了完善的夾具數(shù)據(jù)庫(kù)，理論教師上機(jī)床夾具理論知識(shí)部分時(shí)也可以輕易的將其通過(guò)多媒體展示出來(lái)，增加學(xué)生的認(rèn)知度，從而打通理論與實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)實(shí)踐過(guò)程前學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)上對(duì)本實(shí)驗(yàn)的拆裝對(duì)象夾具進(jìn)行主觀認(rèn)知和詳細(xì)分解

7、，了解各類(lèi)機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)、原理和特點(diǎn)，了解組合夾具的元件種類(lèi)、結(jié)構(gòu)與功用。通過(guò)三維模型熟悉典型夾具結(jié)構(gòu)與分類(lèi)、組合夾具的特點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)六點(diǎn)定位原理的認(rèn)識(shí)，提高分析應(yīng)用能力。同時(shí)也可以按加工要求利用數(shù)據(jù)庫(kù)的夾具零部件設(shè)計(jì)各種夾具總裝方案，完成裝配和調(diào)整，培養(yǎng)學(xué)生的綜合分析和設(shè)計(jì)能力。（2）實(shí)驗(yàn)實(shí)踐部分實(shí)驗(yàn)實(shí)踐部分是繼承實(shí)驗(yàn)課程的精髓，它是鍛煉學(xué)生實(shí)際操作的部分，具有提升學(xué)生動(dòng)手能力、思維邏輯能力、創(chuàng)新能力和其它綜合性管理能力的作用，是其它教學(xué)方式不可替代的。因此，學(xué)生在前面虛擬仿真認(rèn)知的基礎(chǔ)上，理清夾具中的基礎(chǔ)件、支承件、定位元件、夾緊元件、對(duì)刀元件及導(dǎo)向元件和各元件之間的連接及定位關(guān)系?；谔摂M

8、技術(shù)構(gòu)思和設(shè)計(jì)出整個(gè)夾具的總體結(jié)構(gòu)方案，并對(duì)機(jī)床夾具進(jìn)行拆裝、試裝、調(diào)整、裝配和檢測(cè)，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力。采取“虛”“實(shí)”結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略的教學(xué)改革實(shí)施后，使學(xué)生能夠?qū)⒗碚撜n堂中學(xué)習(xí)到的機(jī)床夾具專(zhuān)業(yè)知識(shí)應(yīng)用于虛擬實(shí)驗(yàn)中，提供實(shí)驗(yàn)實(shí)踐操作前熟悉夾具設(shè)備的機(jī)會(huì)，并通過(guò)虛擬分析過(guò)程和結(jié)果總結(jié)出實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，然后再將這些實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于實(shí)際操作中，從而達(dá)到“虛”“實(shí)”結(jié)合，提高利用知識(shí)的實(shí)踐能力。5.結(jié)論將虛擬仿真技術(shù)引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)機(jī)械類(lèi)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中設(shè)備更新慢、理論和實(shí)踐課程脫節(jié)的缺陷。與時(shí)俱進(jìn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，提升學(xué)生對(duì)新事物的認(rèn)知、增強(qiáng)學(xué)生自主探索精神，改善教學(xué)效果。參考文獻(xiàn)：1梅雪峰.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)方法探究j.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備， 2019（3）：77-78.2萬(wàn)林林，伍俏平，鄧朝暉.工程教育專(zhuān)業(yè)認(rèn)證下機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程改革j.當(dāng)代教育理論與實(shí)踐， 2015（4）： 40-42.3李磊.虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性、存在問(wèn)題及其可持續(xù)發(fā)展機(jī)制j.湖北開(kāi)放職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，