公差配合与测量技术实验教学的改革与研究

◆韩凤霞

作者：韩凤霞，北京信息科技大学机电实习中心讲师，研究方向为机械设计及理论（100192）。

公差配合与测量技术课程是机械制造类应用性和操作性很强的一门技术专业课，是从基础课到专业课学习的桥梁，课程的特点是互换性标准定义多，内容抽象、枯燥，课时少。北京信息科技大学现在理论课为18学时，实验课为8学时。笔者通过对在校学生在金工实习、开放实验、课程设计以及毕业设计的过程中对公差知识运用情况进行调研发现：学生对设计的图纸，不知道如何选定公差，更不会根据零件的精度选择合适的测量工具，有的连基本的测量工具的读数也是含糊不清。

1 现行的实验教学中存在的问题

教学组织形式墨守成规，一成不变，不能培养学生的工程意识和质量意识，不能充分调动学生的积极性和探索精神，所涉及的实验内容都采用传统的检测方法，不能与现代企业常用的先进检测设备接轨。问题可以归纳为以下几方面。

实验项目零散，没有整体装配的概念 完成的实验主要是验证性的实验，包括导轨直线度的测量、螺纹参数的测量、齿轮参数的测量、箱体的测量、粗糙度的测量等。每个项目都是独立的，各个项目之间没有关联，没有产品的整体的产品意识和质量意识。在实验的过程中，学生只是按照实验教师的讲解，循规蹈矩地完成测量，只要是实验数据合理，就能得到一个不错的分数，这个实验就算是完成了。很多学生在实验时投机取巧、走过场地应付完事。教师也没有具体的过程考核，只是按照学生上交的实训报告册的质量打个分数，不能充分调动学生的积极性和创造性。

不能充分利用学校的教学资源，不能将最新科技发展动态融入教学中，使得教学远远落后于生产实际 北京信息科技大学的金工车间里面有40台数控车床，具备开展机床几何精度检测的硬件条件，而这也是利用所学的形位公差的知识来解决实际问题的真实工作场景的项目；其次，先进测量方式测量，利用光学实验室的三坐标测量机进行相应的教学，能够使校内的资源充分应用，达到校内资源共享的目的。

2 实验教学的改革措施

开发综合实训项目 公差实验和金工实训中心合作，进行了四组合体设计与制造，该组合体涉及光滑圆柱的配合、圆锥的配合、螺纹连接、表面质量等检测项目。在制造的过程中，专门设计一些尺寸超差的零件，并且提前已经告诉学生，每个实际零件上都刻有编号，教师提前已经对相应的零件进行过相应的检测，并留有记录。

每个班按30人来计算，提供35组组合件，这其中会有些零件是不合格的。随机分配零件给学生，要求学生对零件进行检测，对于合格零件测出其实际尺寸，并判断是配合性质，绘制出尺寸公差带图和配合公差带图；对于不合格零件要做质量分析，找出引起尺寸超差的原因。四组合件装配图及零件图如图1所示。任务的实施过程如图2所示。

机床的精度检测 开发此检测项目，主要利用所学的形位公差的知识来解决比较综合的实际问题。本实验项目借助金工车间的数控机床和一些必备的检测工具即可完成，与工作实际相符，能使学生置身于真实的工作场景中，不仅对形位公差有了深刻的理解，而且获得了在以后工作中很实用的数控机床精度的检验技能，达到“学中做，做种学”的目的。

要求学生按照机床精度的国家标准，对数控机床的精度进行检测，主要包括：1）床身导轨在垂直平面内的直线度；2）主轴锥孔中心线的径向圆跳动；3）溜板移动对主轴中心线的不平行度；4）主轴定心轴颈的径向跳动；5）主轴轴向支承面的跳动；6）三坐标测量机的检测。

图1 四组合件装配及零件图

图2 任务的实施流程图

学生在完成项目的过程中，完全按照一名检验员的标准来要求，检测完毕后填写机床的精度检测报告单，如表1所示。

表1 机床精度检测报告单

冲压模具的三坐标检测及质量分析 三坐标测量机是一种高效的新型精密测量设备，目前被广泛应用于机械、电子、汽车、飞机等工业部门，它不仅用于测量各种机械零件、模具等的形状尺寸、孔位、孔中心距以及各种形状的轮廓，特别适用于测量带有空间曲面的工件。由于三坐标测量机具有高准确度、高效率、测量范围大的优点，已成为几何量测量仪器的一个主要发展方向。

公差实验课打破了校内实验室之间的界限，利用光电实验室的三坐标测量机，开展项目教学，充分共享校内的资源，使更多学生接触到先进的测量设备，为以后的工作奠定坚实的基础。

前两个实验项目使用的是传统的量具或量仪，这些工具需要一定的经验，学生初次使用，测出的数据误差较大，指导教师往往在讲解仪器原理和使用方法时会占用大量的时间。引入三坐标测量机后，对于同样的尺寸公差或形位误差采用不同的测量方法，这种测量更简便、精度更高的检测方法，让学生充分了解测量的精度与所使用的设备和测量方法是息息相关的。

图3 冲压模具零件

以图3所示被测模具的上面的平面度检测为例，传统的检测方法采用打表法进行检测。首先将工件用可调小千斤顶支撑在测量平台上，再将被测实际表面的最远三点调平（或两对角线两两调平），然后在整个被测表面逐点打表，指示的最大与最小读数之差就是平面度误差。

从上面的步骤可以发现传统的测量方法很容易出现偏差，如调平时容易因为操作的熟练程度出现误差，而且逐点打表并不能确定真正的最大值和最小值。

若用三坐标来测量平面度，平面是被作为一种几何元素来测量的，它由以下参数定义：

1）构成该平面所有被测点的重心点的坐标值X、Y、Z；

2）定义该平面方向的三个方向的余弦值I、J、K；

3）评定形位误差F。

三坐标测量人为因素造成的误差较小，测量精度高。通过传统测量方法和三坐标测量方法分别进行公差的检测，不但更加容易理解公差的定义，记忆得更加深刻，同时也掌握了先进的测量方法。

3 结束语

通过以上实验教学的改革，按照真实的工作情景开发综合检测项目，充分整合利用学校的现有资源，增强学生的团结协作能力，提高学生分析问题和解决问题的能力，为学生以后的学习和工作奠定一定的基础。■

[1]林权.基于项目法与CAE技术公差实验教学改革[J].宜宾学院学报,2013(6):113-114.

[2]王慧琴,王晓玲.公差技术测量课实验教学改革实践[J]实验技术与管理,2004(2):129-131.

[3]韩凤霞.公差教学中引入机床几何精度检验的研究与实施[J].职业教育研究,2012(7):105-106.