◆韓鳳霞

作者：韓鳳霞，北京信息科技大學(xué)機(jī)電實習(xí)中心講師，研究方向為機(jī)械設(shè)計及理論（100192）。

公差配合與測量技術(shù)課程是機(jī)械制造類應(yīng)用性和操作性很強(qiáng)的一門技術(shù)專業(yè)課，是從基礎(chǔ)課到專業(yè)課學(xué)習(xí)的橋梁，課程的特點是互換性標(biāo)準(zhǔn)定義多，內(nèi)容抽象、枯燥，課時少。北京信息科技大學(xué)現(xiàn)在理論課為18學(xué)時，實驗課為8學(xué)時。筆者通過對在校學(xué)生在金工實習(xí)、開放實驗、課程設(shè)計以及畢業(yè)設(shè)計的過程中對公差知識運用情況進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)：學(xué)生對設(shè)計的圖紙，不知道如何選定公差，更不會根據(jù)零件的精度選擇合適的測量工具，有的連基本的測量工具的讀數(shù)也是含糊不清。

1 現(xiàn)行的實驗教學(xué)中存在的問題

教學(xué)組織形式墨守成規(guī)，一成不變，不能培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和質(zhì)量意識，不能充分調(diào)動學(xué)生的積極性和探索精神，所涉及的實驗內(nèi)容都采用傳統(tǒng)的檢測方法，不能與現(xiàn)代企業(yè)常用的先進(jìn)檢測設(shè)備接軌。問題可以歸納為以下幾方面。

實驗項目零散，沒有整體裝配的概念 完成的實驗主要是驗證性的實驗，包括導(dǎo)軌直線度的測量、螺紋參數(shù)的測量、齒輪參數(shù)的測量、箱體的測量、粗糙度的測量等。每個項目都是獨立的，各個項目之間沒有關(guān)聯(lián)，沒有產(chǎn)品的整體的產(chǎn)品意識和質(zhì)量意識。在實驗的過程中，學(xué)生只是按照實驗教師的講解，循規(guī)蹈矩地完成測量，只要是實驗數(shù)據(jù)合理，就能得到一個不錯的分?jǐn)?shù)，這個實驗就算是完成了。很多學(xué)生在實驗時投機(jī)取巧、走過場地應(yīng)付完事。教師也沒有具體的過程考核，只是按照學(xué)生上交的實訓(xùn)報告冊的質(zhì)量打個分?jǐn)?shù)，不能充分調(diào)動學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性。

不能充分利用學(xué)校的教學(xué)資源，不能將最新科技發(fā)展動態(tài)融入教學(xué)中，使得教學(xué)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于生產(chǎn)實際 北京信息科技大學(xué)的金工車間里面有40臺數(shù)控車床，具備開展機(jī)床幾何精度檢測的硬件條件，而這也是利用所學(xué)的形位公差的知識來解決實際問題的真實工作場景的項目；其次，先進(jìn)測量方式測量，利用光學(xué)實驗室的三坐標(biāo)測量機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的教學(xué)，能夠使校內(nèi)的資源充分應(yīng)用，達(dá)到校內(nèi)資源共享的目的。

2 實驗教學(xué)的改革措施

開發(fā)綜合實訓(xùn)項目 公差實驗和金工實訓(xùn)中心合作，進(jìn)行了四組合體設(shè)計與制造，該組合體涉及光滑圓柱的配合、圓錐的配合、螺紋連接、表面質(zhì)量等檢測項目。在制造的過程中，專門設(shè)計一些尺寸超差的零件，并且提前已經(jīng)告訴學(xué)生，每個實際零件上都刻有編號，教師提前已經(jīng)對相應(yīng)的零件進(jìn)行過相應(yīng)的檢測，并留有記錄。

每個班按30人來計算，提供35組組合件，這其中會有些零件是不合格的。隨機(jī)分配零件給學(xué)生，要求學(xué)生對零件進(jìn)行檢測，對于合格零件測出其實際尺寸，并判斷是配合性質(zhì)，繪制出尺寸公差帶圖和配合公差帶圖；對于不合格零件要做質(zhì)量分析，找出引起尺寸超差的原因。四組合件裝配圖及零件圖如圖1所示。任務(wù)的實施過程如圖2所示。

機(jī)床的精度檢測 開發(fā)此檢測項目，主要利用所學(xué)的形位公差的知識來解決比較綜合的實際問題。本實驗項目借助金工車間的數(shù)控機(jī)床和一些必備的檢測工具即可完成，與工作實際相符，能使學(xué)生置身于真實的工作場景中，不僅對形位公差有了深刻的理解，而且獲得了在以后工作中很實用的數(shù)控機(jī)床精度的檢驗技能，達(dá)到“學(xué)中做，做種學(xué)”的目的。

要求學(xué)生按照機(jī)床精度的國家標(biāo)準(zhǔn)，對數(shù)控機(jī)床的精度進(jìn)行檢測，主要包括：1）床身導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度；2）主軸錐孔中心線的徑向圓跳動；3）溜板移動對主軸中心線的不平行度；4）主軸定心軸頸的徑向跳動；5）主軸軸向支承面的跳動；6）三坐標(biāo)測量機(jī)的檢測。

圖1 四組合件裝配及零件圖

圖2 任務(wù)的實施流程圖

學(xué)生在完成項目的過程中，完全按照一名檢驗員的標(biāo)準(zhǔn)來要求，檢測完畢后填寫機(jī)床的精度檢測報告單，如表1所示。

表1 機(jī)床精度檢測報告單

沖壓模具的三坐標(biāo)檢測及質(zhì)量分析 三坐標(biāo)測量機(jī)是一種高效的新型精密測量設(shè)備，目前被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、汽車、飛機(jī)等工業(yè)部門，它不僅用于測量各種機(jī)械零件、模具等的形狀尺寸、孔位、孔中心距以及各種形狀的輪廓，特別適用于測量帶有空間曲面的工件。由于三坐標(biāo)測量機(jī)具有高準(zhǔn)確度、高效率、測量范圍大的優(yōu)點，已成為幾何量測量儀器的一個主要發(fā)展方向。

公差實驗課打破了校內(nèi)實驗室之間的界限，利用光電實驗室的三坐標(biāo)測量機(jī)，開展項目教學(xué)，充分共享校內(nèi)的資源，使更多學(xué)生接觸到先進(jìn)的測量設(shè)備，為以后的工作奠定堅實的基礎(chǔ)。

前兩個實驗項目使用的是傳統(tǒng)的量具或量儀，這些工具需要一定的經(jīng)驗，學(xué)生初次使用，測出的數(shù)據(jù)誤差較大，指導(dǎo)教師往往在講解儀器原理和使用方法時會占用大量的時間。引入三坐標(biāo)測量機(jī)后，對于同樣的尺寸公差或形位誤差采用不同的測量方法，這種測量更簡便、精度更高的檢測方法，讓學(xué)生充分了解測量的精度與所使用的設(shè)備和測量方法是息息相關(guān)的。

圖3 沖壓模具零件

以圖3所示被測模具的上面的平面度檢測為例，傳統(tǒng)的檢測方法采用打表法進(jìn)行檢測。首先將工件用可調(diào)小千斤頂支撐在測量平臺上，再將被測實際表面的最遠(yuǎn)三點調(diào)平（或兩對角線兩兩調(diào)平），然后在整個被測表面逐點打表，指示的最大與最小讀數(shù)之差就是平面度誤差。

從上面的步驟可以發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的測量方法很容易出現(xiàn)偏差，如調(diào)平時容易因為操作的熟練程度出現(xiàn)誤差，而且逐點打表并不能確定真正的最大值和最小值。

若用三坐標(biāo)來測量平面度，平面是被作為一種幾何元素來測量的，它由以下參數(shù)定義：

1）構(gòu)成該平面所有被測點的重心點的坐標(biāo)值X、Y、Z；

2）定義該平面方向的三個方向的余弦值I、J、K；

3）評定形位誤差F。

三坐標(biāo)測量人為因素造成的誤差較小，測量精度高。通過傳統(tǒng)測量方法和三坐標(biāo)測量方法分別進(jìn)行公差的檢測，不但更加容易理解公差的定義，記憶得更加深刻，同時也掌握了先進(jìn)的測量方法。

3 結(jié)束語

通過以上實驗教學(xué)的改革，按照真實的工作情景開發(fā)綜合檢測項目，充分整合利用學(xué)校的現(xiàn)有資源，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，為學(xué)生以后的學(xué)習(xí)和工作奠定一定的基礎(chǔ)。■

[1]林權(quán).基于項目法與CAE技術(shù)公差實驗教學(xué)改革[J].宜賓學(xué)院學(xué)報,2013(6):113-114.

[2]王慧琴,王曉玲.公差技術(shù)測量課實驗教學(xué)改革實踐[J]實驗技術(shù)與管理,2004(2):129-131.

[3]韓鳳霞.公差教學(xué)中引入機(jī)床幾何精度檢驗的研究與實施[J].職業(yè)教育研究,2012(7):105-106.