公差配合與測量技術實驗教學的改革與研究

◆韓鳳霞

作者：韓鳳霞，北京信息科技大學機電實習中心講師，研究方向為機械設計及理論（100192）。

公差配合與測量技術課程是機械制造類應用性和操作性很強的一門技術專業課，是從基礎課到專業課學習的橋梁，課程的特點是互換性標準定義多，內容抽象、枯燥，課時少。北京信息科技大學現在理論課為18學時，實驗課為8學時。筆者通過對在校學生在金工實習、開放實驗、課程設計以及畢業設計的過程中對公差知識運用情況進行調研發現：學生對設計的圖紙，不知道如何選定公差，更不會根據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也是含糊不清。

1 現行的實驗教學中存在的問題

教學組織形式墨守成規，一成不變，不能培養學生的工程意識和質量意識，不能充分調動學生的積極性和探索精神，所涉及的實驗內容都采用傳統的檢測方法，不能與現代企業常用的先進檢測設備接軌。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，包括導軌直線度的測量、螺紋參數的測量、齒輪參數的測量、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聯，沒有產品的整體的產品意識和質量意識。在實驗的過程中，學生只是按照實驗教師的講解，循規蹈矩地完成測量，只要是實驗數據合理，就能得到一個不錯的分數，這個實驗就算是完成了。很多學生在實驗時投機取巧、走過場地應付完事。教師也沒有具體的過程考核，只是按照學生上交的實訓報告冊的質量打個分數，不能充分調動學生的積極性和創造性。

不能充分利用學校的教學資源，不能將最新科技發展動態融入教學中，使得教學遠遠落后于生產實際 北京信息科技大學的金工車間里面有40臺數控車床，具備開展機床幾何精度檢測的硬件條件，而這也是利用所學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，先進測量方式測量，利用光學實驗室的三坐標測量機進行相應的教學，能夠使校內的資源充分應用，達到校內資源共享的目的。

2 實驗教學的改革措施

開發綜合實訓項目 公差實驗和金工實訓中心合作，進行了四組合體設計與制造，該組合體涉及光滑圓柱的配合、圓錐的配合、螺紋連接、表面質量等檢測項目。在制造的過程中，專門設計一些尺寸超差的零件，并且提前已經告訴學生，每個實際零件上都刻有編號，教師提前已經對相應的零件進行過相應的檢測，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。隨機分配零件給學生，要求學生對零件進行檢測，對于合格零件測出其實際尺寸，并判斷是配合性質，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。任務的實施過程如圖2所示。

機床的精度檢測 開發此檢測項目，主要利用所學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控機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控機床精度的檢驗技能，達到“學中做，做種學”的目的。

要求學生按照機床精度的國家標準，對數控機床的精度進行檢測，主要包括：1）床身導軌在垂直平面內的直線度；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）三坐標測量機的檢測。

圖1 四組合件裝配及零件圖

圖2 任務的實施流程圖

學生在完成項目的過程中，完全按照一名檢驗員的標準來要求，檢測完畢后填寫機床的精度檢測報告單，如表1所示。

表1 機床精度檢測報告單

沖壓模具的三坐標檢測及質量分析 三坐標測量機是一種高效的新型精密測量設備，目前被廣泛應用于機械、電子、汽車、飛機等工業部門，它不僅用于測量各種機械零件、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。由于三坐標測量機具有高準確度、高效率、測量范圍大的優點，已成為幾何量測量儀器的一個主要發展方向。

公差實驗課打破了校內實驗室之間的界限，利用光電實驗室的三坐標測量機，開展項目教學，充分共享校內的資源，使更多學生接觸到先進的測量設備，為以后的工作奠定堅實的基礎。

前兩個實驗項目使用的是傳統的量具或量儀，這些工具需要一定的經驗，學生初次使用，測出的數據誤差較大，指導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。引入三坐標測量機后，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，讓學生充分了解測量的精度與所使用的設備和測量方法是息息相關的。

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，傳統的檢測方法采用打表法進行檢測。首先將工件用可調小千斤頂支撐在測量平臺上，再將被測實際表面的最遠三點調平（或兩對角線兩兩調平），然后在整個被測表面逐點打表，指示的最大與最小讀數之差就是平面度誤差。

從上面的步驟可以發現傳統的測量方法很容易出現偏差，如調平時容易因為操作的熟練程度出現誤差，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，它由以下參數定義：

1）構成該平面所有被測點的重心點的坐標值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。

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

3 結束語

通過以上實驗教學的改革，按照真實的工作情景開發綜合檢測項目，充分整合利用學校的現有資源，增強學生的團結協作能力，提高學生分析問題和解決問題的能力，為學生以后的學習和工作奠定一定的基礎。■

[1]林權.基于項目法與CAE技術公差實驗教學改革[J].宜賓學院學報,2013(6):113-114.

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

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