趙文輝

摘要：《幾何量精度設(shè)計(jì)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(duì)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(shí)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(xiàng)幾何量精度測量的基礎(chǔ)上，增設(shè)開放性綜合實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過3輪的改革，取得了一定的成效。學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握更加牢固，能夠綜合分析并具備一定的實(shí)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(shí)驗(yàn)

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

《幾何量精度設(shè)計(jì)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(shí)，掌握機(jī)械產(chǎn)品的幾何精度設(shè)計(jì)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(jì)、制造、生產(chǎn)管理及科學(xué)研究工作打下堅(jiān)實(shí)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(dòng)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(duì)《幾何量精度設(shè)計(jì)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(jì)與制造

一個(gè)機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，在方案設(shè)計(jì)階段，通過運(yùn)動(dòng)分析確定正確的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，通過強(qiáng)度和剛度等計(jì)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(jì)幾何量精度（尺寸精度、幾何精度、表面質(zhì)量），因?yàn)槠渲苯佑绊懝ぷ餍阅?、振?dòng)、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(shí)，使學(xué)生掌握幾何量精度設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)，使學(xué)生具有運(yùn)用幾何量精度設(shè)計(jì)的基本理論知識(shí)解決機(jī)械精度設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(yàn)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(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)的反饋，普遍存在以下問題。

2.1 設(shè)計(jì)與檢測脫節(jié)

幾何量精度的設(shè)計(jì)與檢測是一個(gè)整體，精度設(shè)計(jì)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(jì)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(xiàng)目、公差值、基準(zhǔn)和公差原則的選擇時(shí)，沒有考慮測量的因素。測量時(shí)僅僅按照實(shí)驗(yàn)步驟測量，沒有從幾何公差帶的特征出發(fā)，合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)器具。

2.2 理論與實(shí)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(shí)，圖上只有一個(gè)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(xiàng)目，有些不符合工程實(shí)際，相互重復(fù)甚至矛盾。學(xué)生在做這樣的練習(xí)時(shí)，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(shí)，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(jì)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(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，不能很好地應(yīng)用幾何量精度的知識(shí)去解決問題。

3 改革對(duì)策

3.1 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)鍛煉

國際工程教育認(rèn)證非常注重實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，必須加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練。在單項(xiàng)幾何量精度測量的基礎(chǔ)上，增設(shè)開放性綜合實(shí)驗(yàn)。學(xué)生分組討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、自由選取測量工具。綜合實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)，課外進(jìn)行，分為小組討論、方案設(shè)計(jì)、實(shí)際測量、數(shù)據(jù)處理和教師點(diǎn)評(píng)等5個(gè)環(huán)節(jié)。

綜合設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)由幾何精度設(shè)計(jì)和相應(yīng)幾何量檢測實(shí)驗(yàn)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(jì)的零件中選擇幾個(gè)典型零件（如軸、齒輪、箱體）作為綜合實(shí)驗(yàn)的對(duì)象。根據(jù)零件圖樣上規(guī)定的技術(shù)要求，分別設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，確定測量方法，然后進(jìn)行測量，以通曉整個(gè)零件的全部測量過程。綜合實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容包括下列幾項(xiàng)：

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

按幾何公差要求，選擇不同的計(jì)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(dòng)、軸鍵槽的對(duì)稱度、齒輪及箱體的有關(guān)幾何誤差。

對(duì)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(dòng)輪廓儀進(jìn)行測量。

根據(jù)齒輪精度設(shè)計(jì)要求，按設(shè)計(jì)給定的檢驗(yàn)項(xiàng)目，選擇不同的計(jì)量器具進(jìn)行測量。

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

3.2 加強(qiáng)工程實(shí)際教育

在講解和聯(lián)系環(huán)節(jié)，大量使用實(shí)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(tái)階塊、箱體類等典型零件的工程圖紙。圖2所示為實(shí)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(jì)和檢測的知識(shí)。通過這些實(shí)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(shí)點(diǎn)，而是完整的符合工程實(shí)際的體系。

圖2 實(shí)際軸類零件工程圖

3.3 加強(qiáng)應(yīng)用訓(xùn)練

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

4 結(jié)語

經(jīng)過3輪學(xué)生的改革試驗(yàn)，通過綜合實(shí)驗(yàn)等手段，以工程實(shí)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(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握更加牢固，能夠綜合分析、具備一定的實(shí)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(jì)制造及其自動(dòng)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(jiān)民， 丁曉紅. 卓越工程師培養(yǎng)中存在的問題及對(duì)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(jì)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(shí)踐環(huán)節(jié)的改革[J].中國科技信息，2005（12）：113