《幾何量精度設計與檢測》課程改革與對策

趙文輝

摘要：《幾何量精度設計與檢測》是一門綜合性的機械類應用技術學科。針對該課程教學中存在的問題，進行課程改革。以學生為本，以應用為目的，適應國際工程教育認證的要求。以實際機械零部件工程圖紙為例子，使學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上，增設開放性綜合實驗。經過3輪的改革，取得了一定的成效。學生對基礎知識的掌握更加牢固，能夠綜合分析并具備一定的實際應用能力。所在的專業順利通過國際工程教育（華盛頓協議）認證。

關鍵詞：工程教育認證；幾何量精度；課程改革；綜合實驗

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

《幾何量精度設計與檢測》（互換性與技術測量）是一門綜合性的應用技術學科，是機械類及近機類專業一門重要的主干學科基礎課。本課程使學生獲得互換性、標準化、測量技術的基礎知識，掌握機械產品的幾何精度設計技能和產品質量檢測的基本技能，并具有一定的工程能力，為從事機電產品的設計、制造、生產管理及科學研究工作打下堅實的基礎。

我國工程教育正以加入《華盛頓協議》為契機，積極采用國際化標準，引領和推動工程教育改革發展，進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質量[1]。本文針對《幾何量精度設計與檢測》課程存在的問題，進行課程改革，以適應國際工程教育認證的要求。

1 課程特點

1.1 銜接設計與制造

一個機電產品的設計，在方案設計階段，通過運動分析確定正確的運動機構，在結構設計階段，通過強度和剛度等計算，確定具體尺寸。為了處理好使用要求與制造工藝的矛盾，還必須設計幾何量精度（尺寸精度、幾何精度、表面質量），因為其直接影響工作性能、振動、噪聲、壽命和可靠性[2]。通過學習孔軸公差與配合、幾何精度和表面粗糙度等基礎知識，使學生掌握幾何量精度設計的基本原理和基本方法，熟悉幾何量精度相關的國家標準和行業標準。

1.2 銜接課堂與工程

通過學習滾動軸承、普通螺紋、鍵和花鍵、圓柱齒輪等典型件的幾何量精度設計，使學生具有運用幾何量精度設計的基本理論知識解決機械精度設計等方面的工程問題的能力。培養學生讀懂工程圖紙，查閱相關標準并正確標注的能力。

1.3 銜接標準與檢測

通過實驗教學使學生掌握幾何量參數測量的基本原理、基本方法，了解測量誤差的構成及實驗數據處理分析基本方法，具有產品質量測量和檢驗的基本技能以及自學與擴展的能力。培養學生利用現代測量方法和技術解決較復雜測量問題的能力。

2 存在問題

通過課堂提問、作業、考試分析、后續課程設計、畢業設計等教學環節的反饋，普遍存在以下問題。

2.1 設計與檢測脫節

幾何量精度的設計與檢測是一個整體，精度設計是加工的依據，加工后的零件必須經過檢測才能確定是否符合設計要求[3]。而目前的教學中，二者存在脫節，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，合理設計實驗方案、選擇實驗器具。

2.2 理論與實際脫節

在理論學習階段，目前的教材和練習，為了突出局部章節內容，往往只集中標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，相互重復甚至矛盾。學生在做這樣的練習時，很有可能被誤導。

圖1 幾何公差習題

2.3 學習與應用脫節

學生掌握了基礎知識，平均成績、成績分布達到預期目標，但在綜合分析、測量方案設計等方面存在不足。在后續的機械制造技術課程設計和畢業設計等環節，不能很好地應用幾何量精度的知識去解決問題。

3 改革對策

3.1 加強實驗鍛煉

國際工程教育認證非常注重實驗環節，必須加強實驗訓練。在單項幾何量精度測量的基礎上，增設開放性綜合實驗。學生分組討論、設計實驗方案、自由選取測量工具。綜合實驗8學時，課外進行，分為小組討論、方案設計、實際測量、數據處理和教師點評等5個環節。

綜合設計與實驗由幾何精度設計和相應幾何量檢測實驗兩部分組成，采用圓柱齒輪減速器為例子。在進行幾何精度設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。根據零件圖樣上規定的技術要求，分別設計實驗內容，確定測量方法，然后進行測量，以通曉整個零件的全部測量過程。綜合實驗的內容包括下列幾項：

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

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、齒輪及箱體的有關幾何誤差。

對不同的表面及表面粗糙度參數值，分別采用標準樣塊比較、雙管顯微鏡及電動輪廓儀進行測量。

根據齒輪精度設計要求，按設計給定的檢驗項目，選擇不同的計量器具進行測量。

如在零件幾何精度設計中，涉及螺紋的幾何精度設計，還應對螺紋誤差進行檢測。

3.2 加強工程實際教育

在講解和聯系環節，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計和檢測的知識。通過這些實際工程圖的熏陶，使學生潛移默化地接受工程教育，不再是分散的知識點，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 加強應用訓練

結合實際工程案例，加強綜合分析、知識應用的訓練。在后續的課程設計（圓柱齒輪減速機設計、零件加工夾具設計等）和畢業設計等環節，積極引導學生應用幾何量精度的知識去解決問題。

4 結語

經過3輪學生的改革試驗，通過綜合實驗等手段，以工程實際零部件為例，加強工程應用訓練，本課程的改革取得了一定的成效。學生對基礎知識的掌握更加牢固，能夠綜合分析、具備一定的實際應用能力。課程組所編教材成功入選“十二五”規劃教材，本課程也成功入選遼寧省精品課建設。所在的機械設計制造及其自動化專業順利通過國際工程教育（華盛頓協議）認證。

參考文獻

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

[2]金嘉琦，等.幾何量精度設計與檢測[M]，北京：機械工業出版社.2012.

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