《幾何量精度設(shè)計與檢測》課程改革與對策

趙文輝

摘要：《幾何量精度設(shè)計與檢測》是一門綜合性的機(jī)械類應(yīng)用技術(shù)學(xué)科。針對該課程教學(xué)中存在的問題，進(jìn)行課程改革。以學(xué)生為本，以應(yīng)用為目的，適應(yīng)國際工程教育認(rèn)證的要求。以實際機(jī)械零部件工程圖紙為例子，使學(xué)生潛移默化地接受工程教育。在單項幾何量精度測量的基礎(chǔ)上，增設(shè)開放性綜合實驗。經(jīng)過3輪的改革，取得了一定的成效。學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握更加牢固，能夠綜合分析并具備一定的實際應(yīng)用能力。所在的專業(yè)順利通過國際工程教育（華盛頓協(xié)議）認(rèn)證。

關(guān)鍵詞：工程教育認(rèn)證；幾何量精度；課程改革；綜合實驗

中圖分類號：TH161文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（B）-00

《幾何量精度設(shè)計與檢測》（互換性與技術(shù)測量）是一門綜合性的應(yīng)用技術(shù)學(xué)科，是機(jī)械類及近機(jī)類專業(yè)一門重要的主干學(xué)科基礎(chǔ)課。本課程使學(xué)生獲得互換性、標(biāo)準(zhǔn)化、測量技術(shù)的基礎(chǔ)知識，掌握機(jī)械產(chǎn)品的幾何精度設(shè)計技能和產(chǎn)品質(zhì)量檢測的基本技能，并具有一定的工程能力，為從事機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計、制造、生產(chǎn)管理及科學(xué)研究工作打下堅實的基礎(chǔ)。

我國工程教育正以加入《華盛頓協(xié)議》為契機(jī)，積極采用國際化標(biāo)準(zhǔn)，引領(lǐng)和推動工程教育改革發(fā)展，進(jìn)一步提高我國高等工程教育國際化水平和高等工程教育人才培養(yǎng)質(zhì)量[1]。本文針對《幾何量精度設(shè)計與檢測》課程存在的問題，進(jìn)行課程改革，以適應(yīng)國際工程教育認(rèn)證的要求。

1 課程特點(diǎn)

1.1 銜接設(shè)計與制造

一個機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計，在方案設(shè)計階段，通過運(yùn)動分析確定正確的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，通過強(qiáng)度和剛度等計算，確定具體尺寸。為了處理好使用要求與制造工藝的矛盾，還必須設(shè)計幾何量精度（尺寸精度、幾何精度、表面質(zhì)量），因為其直接影響工作性能、振動、噪聲、壽命和可靠性[2]。通過學(xué)習(xí)孔軸公差與配合、幾何精度和表面粗糙度等基礎(chǔ)知識，使學(xué)生掌握幾何量精度設(shè)計的基本原理和基本方法，熟悉幾何量精度相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 銜接課堂與工程

通過學(xué)習(xí)滾動軸承、普通螺紋、鍵和花鍵、圓柱齒輪等典型件的幾何量精度設(shè)計，使學(xué)生具有運(yùn)用幾何量精度設(shè)計的基本理論知識解決機(jī)械精度設(shè)計等方面的工程問題的能力。培養(yǎng)學(xué)生讀懂工程圖紙，查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并正確標(biāo)注的能力。

1.3 銜接標(biāo)準(zhǔn)與檢測

通過實驗教學(xué)使學(xué)生掌握幾何量參數(shù)測量的基本原理、基本方法，了解測量誤差的構(gòu)成及實驗數(shù)據(jù)處理分析基本方法，具有產(chǎn)品質(zhì)量測量和檢驗的基本技能以及自學(xué)與擴(kuò)展的能力。培養(yǎng)學(xué)生利用現(xiàn)代測量方法和技術(shù)解決較復(fù)雜測量問題的能力。

2 存在問題

通過課堂提問、作業(yè)、考試分析、后續(xù)課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計等教學(xué)環(huán)節(jié)的反饋，普遍存在以下問題。

2.1 設(shè)計與檢測脫節(jié)

幾何量精度的設(shè)計與檢測是一個整體，精度設(shè)計是加工的依據(jù)，加工后的零件必須經(jīng)過檢測才能確定是否符合設(shè)計要求[3]。而目前的教學(xué)中，二者存在脫節(jié)，比如理解和掌握公差原則、公差帶特征，在公差項目、公差值、基準(zhǔn)和公差原則的選擇時，沒有考慮測量的因素。測量時僅僅按照實驗步驟測量，沒有從幾何公差帶的特征出發(fā)，合理設(shè)計實驗方案、選擇實驗器具。

2.2 理論與實際脫節(jié)

在理論學(xué)習(xí)階段，目前的教材和練習(xí)，為了突出局部章節(jié)內(nèi)容，往往只集中標(biāo)注該部分的精度要求。比如講解尺寸公差時，圖上只有一個尺寸的公差。圖1所示為常見的幾何公差習(xí)題，圖上有一大堆幾何特征項目，有些不符合工程實際，相互重復(fù)甚至矛盾。學(xué)生在做這樣的練習(xí)時，很有可能被誤導(dǎo)。

圖1 幾何公差習(xí)題

2.3 學(xué)習(xí)與應(yīng)用脫節(jié)

學(xué)生掌握了基礎(chǔ)知識，平均成績、成績分布達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，但在綜合分析、測量方案設(shè)計等方面存在不足。在后續(xù)的機(jī)械制造技術(shù)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)，不能很好地應(yīng)用幾何量精度的知識去解決問題。

3 改革對策

3.1 加強(qiáng)實驗鍛煉

國際工程教育認(rèn)證非常注重實驗環(huán)節(jié)，必須加強(qiáng)實驗訓(xùn)練。在單項幾何量精度測量的基礎(chǔ)上，增設(shè)開放性綜合實驗。學(xué)生分組討論、設(shè)計實驗方案、自由選取測量工具。綜合實驗8學(xué)時，課外進(jìn)行，分為小組討論、方案設(shè)計、實際測量、數(shù)據(jù)處理和教師點(diǎn)評等5個環(huán)節(jié)。

綜合設(shè)計與實驗由幾何精度設(shè)計和相應(yīng)幾何量檢測實驗兩部分組成，采用圓柱齒輪減速器為例子。在進(jìn)行幾何精度設(shè)計的零件中選擇幾個典型零件（如軸、齒輪、箱體）作為綜合實驗的對象。根據(jù)零件圖樣上規(guī)定的技術(shù)要求，分別設(shè)計實驗內(nèi)容，確定測量方法，然后進(jìn)行測量，以通曉整個零件的全部測量過程。綜合實驗的內(nèi)容包括下列幾項：

按尺寸公差的大小，確定驗收極限，選擇相應(yīng)的計量器具進(jìn)行測量，檢測實際尺寸是否在規(guī)定的兩個驗收極限尺寸范圍內(nèi)。

按幾何公差要求，選擇不同的計量器具與不同的測量方法，檢測幾何誤差，如軸的徑向圓跳動、軸鍵槽的對稱度、齒輪及箱體的有關(guān)幾何誤差。

對不同的表面及表面粗糙度參數(shù)值，分別采用標(biāo)準(zhǔn)樣塊比較、雙管顯微鏡及電動輪廓儀進(jìn)行測量。

根據(jù)齒輪精度設(shè)計要求，按設(shè)計給定的檢驗項目，選擇不同的計量器具進(jìn)行測量。

如在零件幾何精度設(shè)計中，涉及螺紋的幾何精度設(shè)計，還應(yīng)對螺紋誤差進(jìn)行檢測。

3.2 加強(qiáng)工程實際教育

在講解和聯(lián)系環(huán)節(jié)，大量使用實際工程圖紙，除了軸承、齒輪、螺紋等零件，還要使用軸類、盤類、平面孔系、臺階塊、箱體類等典型零件的工程圖紙。圖2所示為實際的軸類零件工程圖，包含了尺寸公差、幾何公差、公差原則、表面粗糙度等幾何量精度設(shè)計和檢測的知識。通過這些實際工程圖的熏陶，使學(xué)生潛移默化地接受工程教育，不再是分散的知識點(diǎn)，而是完整的符合工程實際的體系。

圖2 實際軸類零件工程圖

3.3 加強(qiáng)應(yīng)用訓(xùn)練

結(jié)合實際工程案例，加強(qiáng)綜合分析、知識應(yīng)用的訓(xùn)練。在后續(xù)的課程設(shè)計（圓柱齒輪減速機(jī)設(shè)計、零件加工夾具設(shè)計等）和畢業(yè)設(shè)計等環(huán)節(jié)，積極引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用幾何量精度的知識去解決問題。

4 結(jié)語

經(jīng)過3輪學(xué)生的改革試驗，通過綜合實驗等手段，以工程實際零部件為例，加強(qiáng)工程應(yīng)用訓(xùn)練，本課程的改革取得了一定的成效。學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握更加牢固，能夠綜合分析、具備一定的實際應(yīng)用能力。課程組所編教材成功入選“十二五”規(guī)劃教材，本課程也成功入選遼寧省精品課建設(shè)。所在的機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)順利通過國際工程教育（華盛頓協(xié)議）認(rèn)證。

參考文獻(xiàn)

[1]錢煒， 朱堅民， 丁曉紅. 卓越工程師培養(yǎng)中存在的問題及對策[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2013（26）：13-15

[2]金嘉琦，等.幾何量精度設(shè)計與檢測[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2012.

[3]張瑩.淺談《幾何量公差與檢測》教學(xué)和實踐環(huán)節(jié)的改革[J].中國科技信息，2005（12）：113