談談公差教學的重要性和教學改革

徐旭松

摘要：公差課是機械工程專業一門應用性很強的技術基礎課程，是連接設計類課程和制造類課程的橋梁，在機械類專業學生的知識結構中占有重要的位置。本文首先介紹了公差的產生及其重要性；隨后分析了公差課程教學與公差標準的關系；最后分析了教學中存在的問題，提出了本課程教學改革方面的建議。

關鍵詞：公差課；教學內容；教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）40-0246-02

在機械專業的課程中，公差課程（即《機械精度設計與檢測》、《互換性與技術測量》）是極其重要的。因為公差問題貫穿于產品設計、制造和檢測的整個生命周期，可以說機械設計與制造的每一步都繞不開公差問題。但目前一些學校對公差課程的重要性認識不足，而公差課的特點是概念、術語多，需要記憶的內容多，學生學習積極性不高、關注度不夠，以至于很多畢業生走上工作崗位后需要重新進行培訓與學習。下面就來談談公差教學與教育的重要性和教學改革問題。

一、公差的產生及其重要性

公差產生于19世紀末期，目的是為了保證零件的互換性。早期的公差只有正負公差，給定尺寸公差一般都比較大。這是由于當時的制造設備和工藝能力不能加工制造高精度的產品。隨著科技的進步，產品性能要求不斷提高，產品的批量越來越大、越來越多變，對零部件的公差要求也越來越高，因此設定的公差也在逐步縮小，這導致了零部件的可裝配性逐漸成了問題。由此，泰勒提出了滿足裝配要求和功能要求的“泰勒原則”，也就是現行公差標準中的包容原則，它能有效地處理零件尺寸誤差和幾何形狀誤差的關系，從而保證了產品的可裝配性。而到了第二次世界大戰，零件的制造逐漸分包給供應商，設計部門和制造部門越來越遠，設計與制造部門之間的隨時交流就不太可能了。為了解決零件的幾何參數互換性，保證幾何功能和可裝配性，出現了形位公差，即幾何公差。隨著兵器、汽車和航空航天工業的發展，幾何公差在產品中的應用越來越廣泛，幾何公差標準已獲行業廣泛認可。

學生學習公差課程的關鍵是清楚掌握關鍵詞、關鍵概念，理解術語含義和公差計量評定常用方法。因此對圖紙上標注的尺寸與公差不能是模模糊糊的印象，而應是“一是一、二是二”的理解。學生將來從事機械設計與制造工作，無論是讀圖，還是設計應用公差，都應具備扎實的理論基礎；若將來從事質量控制、計量檢測工作，更應該讀懂圖樣上的公差標注所表達的確切含義，并采用恰當的檢測計量設備、軟件等進行測量、評定。只有對公差有了嚴謹而邏輯地理解后，才有了“地基”，才能積累起很扎實的專業基本功。總之，學生只有學會、學懂了公差課，打下了良好的基礎，才可能蓋工程應用的“大樓”。

二、公差標準與教學內容

公差主要有兩大標準，美國ASME Y14.5-2009和歐洲標準ISO1101-2012，即GPS標準。兩大標準在基本原理上是一致的，內容包括尺寸極限、角度公差、幾何公差、表面粗糙度及檢測計量等。GPS標準是一種廣泛使用、能精確描述產品幾何技術規范的國際工程語言。采用GPS標準標注的圖紙只有一種解釋，且精確地表達了產品的功能。我國的公差標準GB/T 1182-2008等同采用ISO 1101-2004標準，但最新的國際標準中先進的公差標注在我國標準中還沒有出現，比如復合輪廓度和復合位置度等。可見，我國的公差標準版本與國際標準相比，相對落后。

目前高校采用的各種版本的公差教材有幾十種，書名有《機械精度設計與檢測》、《公差與配合》、《互換性與技術測量》、《幾何量公差與檢測》、《產品幾何技術規范與認證》等，內容主要分為互換性與標準化、測量技術基礎、尺寸精度設計、幾何精度差設計、表面粗糙度輪廓設計、典型零部件精度設計等幾個部分。其中的絕大部分內容摘自GB/T 1182-2008產品幾何技術規范與認證（GPS）國家標準。教學內容與國標對應關系[1，2]：互換性與標準化GB/T20000.1-2014，尺寸公差設計GB/T1800.1-2009、GB/T1800.2-2009、GB/T1801-2009，幾何精度設計GB/T1182-2008、GB/T4249-2009、GB/T16671-2009，表面粗糙度輪廓設計GB/T3505-2009、GB/T1031-2009、GB/T131-2006。

三、公差教學存在問題和教學改革

我校作為應用型本科院校，在公差教學中主要講授公差的一些概念性的知識以及在機械設計、制造生產當中的常見應用。這門課程的教學特點是術語多、抽象，內容范圍廣、涉及面較寬，而在實際工程應用中實踐性很強，學生利用較少的課時難以理解和掌握；教學中往往被過多的強調理論學習，而實踐實驗教學不夠突出；學生普遍反映難學，教學效果不理想。筆者每年指導本科畢業設計學生若干名，就教學效果看，學生在利用三維CAD完成產品結構設計后，往往對結構的幾何尺寸與公差設計茫然。甚至有學生認為三維CAD創建了產品完整模型后，這些模型數據可以直接傳遞給制造工藝階段，而忽略了幾何變動（精度、公差）的設計。而事實上，制造總是有誤差的，在進行機械設計時必須考慮公差。這也迫使筆者思考課程教學中存在的問題：（1）學生專業知識薄弱，對機械專業術語接觸相對較少，對教材中提到的諸多概念、術語不能夠深刻領會。（2）教學內容著重于公差理論知識，忽視了零件公差設計內容的講解，導致學生無法將所學理論知識運用于具體實例中。（3）本課程總學時一般為40/32學時（含實驗8學時），設置孔/軸直徑測量、幾何誤差、表面粗糙度檢測以及螺紋齒輪測量等實驗環節，由于學生沒有預習習慣，且學時有限，實驗課效果不理想，實踐動手能力不夠。（4）考試內容多重理論輕應用，學生為了取得高分通常是死記硬背，忽略了對知識的應用。（5）學生學習興趣不高，加之自主學習能力較差，導致對知識的掌握不牢固。

針對教學效果不理想的現狀，迫切需要從以下幾個方面進行教學改革[3]：（1）從學生思想上入手，讓學生充分了解這門課程的重要性，調動學生的學習積極性，發揮其主體作用。具體做法是：針對不同的教學模塊采取不同教學方法，包括啟發式教學、項目式驅動式教學，在課堂上積極提問討論，課后預留問題。例如，講授極限與配合公差的選用，幾何公差項目選取等內容采取項目式、分組討論。將學生進行分組，每個小組分配一個模型，要求學生先畫出零件的結構、分析工作原理，后討論針對特定功能如何選取公差技術要求，最后教師進行點評分析。（2）根據我校學生特點選擇優秀教材、自編實驗教材：經課程組討論研究，選擇哈工大劉品教授主編的《機械精度設計與檢測》教材，該教材內容與最新國家標準一致，教材后半部分有詳細的典型零部件的公差設計實例和分析，并配有光盤課件；根據我校公差實驗現有的設備情況，編制了公差實驗教材。（3）將教學內容劃分為三個模塊：第一塊是公差基礎理論，包括互換性與標準化、尺寸公差及設計、幾何公差及設計、表面粗糙度；第二塊是典型零部件公差設計，包括齒輪、螺紋等零件公差設計案例；第三塊是實驗與綜合實訓，該環節除了開設的實驗項目外，還要求學生綜合運用所學制圖、公差與測量的知識對給定箱體、連桿等進行測量、測繪、繪制零件圖，并標注尺寸與公差。（4）機械零件進課堂，購置一些金屬零件，包括齒輪、螺紋、軸承、箱體等，將零件帶至課堂，在講課過程中以實物零件及圖紙為例進行舉例分析，理論聯系實際。（5）提高綜合運用所學知識的教學內容的比重：增加機械精度設計大作業，要求學生對某零部件的工作原理、使用要求和功能進行分析，對零部件的關鍵特征進行公差設計。（6）申請對公差與檢測實驗室進行升級，購置多臺套設備和關節臂坐標測量儀。在實驗教學中引入坐標測量的知識，了解坐標測量的設備使用和軟件檢測評定。讓學生學習三維檢測、測量數據分析等方面的專業知識和實踐知識，使學生在教學過程中發揮積極主動性，把所學知識與設計、加工工藝、檢測計量融合，拓寬學生應用所學理論知識的視野。（7）聘請校外資深工程師到課堂授課，并組織安排學生下廠參觀實習，加強實踐教學。

四、結語

公差課程對學生專業知識、綜合素質和能力培養具有關鍵性作用。公差課程的教學改革應以本科人才培養為目標，以提高學生的學習主動性和綜合運用知識的能力為出發點，將先進的教學方法和理念引入教學中，結合實驗實訓、強化課程教學與工程實際的銜接，才能激發學生的興趣，達到良好的教學效果，并符合應用型高校的育人特色。

參考文獻：

[1]劉品，張也晗.機械精度設計與檢測基礎[M].哈爾濱工業大學出版社，2016.

[2]范真，張興國，朱雅萍，等.互換性與測量技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2012.

[3]葉紅仙，胡小平，紀華偉，等.基于項目式教學的《互換性與測量技術基礎》課程教學改革初探[J].教育教學論壇，2011，（20）：44-45.endprint