《互換性與測量技術》課程中緒論部分的教學實踐

袁根華

廣州工程技術職業學院機電工程系，廣州 510075

《互換性與測量技術》課程中緒論部分的教學實踐

袁根華

廣州工程技術職業學院機電工程系，廣州 510075

從機械工程一個簡單的實例設計中引出互換性與測量技術課程的核心概念，從而讓學生明確該課程的作用與今后工作的關聯，并將緒論中各概念用邏輯關系串聯起來，激發了學生學習興趣，提高學生學習效率。

互換性；緒論；實例；概念邏輯關系

前言

互換性與測量技術課程是機械類工科學生的技術基礎平臺課程，是大規模工業設計與制造的重要基礎技術[1]。緒論的內容一般只有幾頁，課時只有1～2節，但都要涉及課程講解的主要概念、課程的性質任務等，由于本門課程用理論來講解實踐性很強的知識，因此本課程緒論的講解就更加困難，體現在概念多，概念的行業背景深，與生活中的具體聯系不多，要讓學生正確理解這些概念與該課程的作用，建立起學習本課程的強烈興趣，我進行了以下的一些實踐。

1 從具體零件的設計流程中了解互換性概念與作用、把握全書結構

在互換性與測量技術這門課程中，測量概念幾乎不用解釋，與日常生活的感性認識聯系很多，無非是生活中的測量與工業中的測量在技術手段、測量要求上、結果判斷等有不同。但互換性這個概念卻是讓人難從字面上得到直觀的理解，大多數出版的同類教材都是選用一些日常生活中的常見用品需要更換使用零件這個角度來解釋并最終下定義-零件相互之間可以代換并能夠保證使用要求的一種特性。概念包括了設計制造使用維護的各個方面的要求，但是對于剛剛接觸，缺少感性認識、對于全書內容完全不知、且理解概念不強的高職生，這句話基本上不能幫助理解，縱使有的書再對于這個概念從設計、制造、使用維護上展開來作進一步解釋，也依然從概念到概念，作用不大。另一方面，學生一知半解理解了了這個概念，但對于學習這門課程的作用-與今后從事工作崗位的聯系也很難建立。在概念間的重疊中，多數學生就算學完緒論也不知全書講什么，更不知與自己專業和今后工作有多少幫助[2]。

本課程一般安排在機械制圖和機械設計課程后，針對以上情況及前后課程的安排，我安排了一個簡單零件的設計例子來講解互換性及全書要介紹的知識技能體系，特別強調了這本書上的知識技能對于機械類專業學生就業崗位的作用，從而一開始就從培養技能入手，引起學生的學習興趣和激發學習的動機，對于全書結構有一個總體把握。

1.1 互換性概念的引出

以下是一個簡單的軸類零件及與之有配合關系的簡單孔類零件的設計結果示意圖。

圖1 有裝配關系的軸孔零件示意圖

要完成這一設計，形成能夠制造的工程圖紙，首先要求先畫零件形狀圖形，這部分內容在機械制圖課程中已經解決。再是解決基本尺寸，一般基本尺寸照經驗給出，而重要的基本尺寸，比如零件相互間有配合關系或零件間受力較大，例中如軸上直徑尺寸25，要根據受力大小、零件壽命等按照機械零件設計的力學公式確定（實際設計時往往按照經驗先給定，再按公式校核），這部分設計內容全交給機械設計課程解決。再后就是本課程的內容，主要三方面：一是重要尺寸后面的“尾巴”-給定一個尺寸的允許變動范圍，二是表面的粗糙度，還有一方面是形狀與位置關系等。

回答為什么要在主要尺寸后面加上“尾巴”問題才正式引入互換性的概念。尺寸的保證因為制造無法達到絕對準確，只能給定一個變動的范圍，這樣直徑25尺寸的軸和孔裝配在一起后，間隙也就相應確保在一定的變動范圍。設計上這樣完成后，制造和檢測環節只要能夠保證每根軸和孔的相應尺寸都在這個變動范圍內，不論是在產品裝配現場、還是在使用維修環節上，甚至不論是那個企業生產的產品，只要按照同圖紙關鍵是同標準生產，任意取出的軸和孔裝配在一起都能保證裝配后的間隙變動范圍是一樣的，也就是這樣的軸和孔完全有互換性，任意互換后能夠保證間隙范圍變動處在允許范圍中。當然互換性不僅指尺寸有互換、也包括形狀位置、粗糙度、材料一致性、熱處理后性能一致性等都在允許的變動范圍內。

1.2 互換性在實際工作中的作用

通過實例引出互換性概念的同時，這些知識轉化出來的技能對于今后在機械企業就業從事設計與制造崗位的用處實際上也就十分清楚了。如果你在設計好機械零件，不知道對于配合尺寸按照標準給出一個正確合理的尺寸的變動范圍，這種設計成果就不能投入生產，投入生產也將因為沒有互換性而無法裝配出或達到裝配要求。同樣在生產制造時，如果不能按圖紙給定的尺寸變動范圍去生產，檢測環節上如果不能把圖紙上要求的尺寸變動范圍內的零件確認為合格件，這都將造成最終這個配合尺寸將沒有互換性；從另一角度來說，要保證互換性實現，制造時要防止超出尺寸范圍，檢測時一定要挑出不在范圍中的產品作為不合格品，才能實現互換。因此在機械企業內，無論是處于機械設計與制造的那個環節、那個流程都是必須懂得互換性，知道為了保證互換性自己該如何做。尤其是設計人員要將互換性知識轉化為技能，在設計互換性流程環節時，正確按照標準和零件使用的實際情況選擇出合理的變動范圍來。

1.3 全書的結構

理解了本課程要學會掌握什么技能后，實際上全書的結構也就可以想象得出來。首先必須有檢測測量的知識與檢測工具的知識，這是在制造與檢測環節上保證互換性所必須的；其次必須有全社會統一的尺寸、形狀位置、粗糙度等允許的變動范圍-公差標準，才能在設計環節上就開始保證設計成果在全社會都能夠實現互換性，這就要求制定并系統介紹這些不同種類的互換性公差標準——尺寸的互換性標準、形狀位置的互換性標準、粗糙度的互換性標準等；針對特定的典型結構的通用標準零件，為保證在全社會不同專業化企業共同生產，其它企業選擇標準件與自己設計制造的非標準件間有互換性，還必須制定如軸承、鍵與花鍵、螺紋、齒輪等零件的互換性專門標準。

2 緒論各概念間的邏輯

緒論有眾多的概念，首次接觸很不容易記住，如果能夠找到一根紅線把它們串聯起來，這有助于學生更有效地理解這部分內容，從而產生更大的學習興趣。我在這門課程中找到的紅線實際上是貫穿全書的一個邏輯關系。互換性是核心，是頂層的內容，實現互換性的手段或者說是第一支撐性基礎的是公差（互換性要求的尺寸、形狀位置、粗糙度等的變動范圍）和檢測（按給定公差剔除不合格品），再下一個底層的支撐基礎就是在全社會制定并強制實施公差與檢測的標準，讓所有設計制造檢測使用環節都實行標準化。最后一個支撐基礎就是，所有能夠數值化的標準都要按一定方法選出優先數，這種選出優先數的規則方法就是優先數系標準。

[1]周玉鳳.互換性與測量技術[M].清華大學出版社,2006

[2]劉桂珍，殷寶麟.互換性與測量技術基礎課程教學改革與實踐 [J].黑龍江高教研究，2010.8

袁根華，男，江西宜春人，1963年出生，高級工程師，廣東工業大學在職碩士研究生。主要研究方向為模具CAD/CAM/CAE，特種加工技術應用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.136