《互换性与测量技术》课程中绪论部分的教学实践

袁根华

广州工程技术职业学院机电工程系，广州 510075

《互换性与测量技术》课程中绪论部分的教学实践

袁根华

广州工程技术职业学院机电工程系，广州 510075

从机械工程一个简单的实例设计中引出互换性与测量技术课程的核心概念，从而让学生明确该课程的作用与今后工作的关联，并将绪论中各概念用逻辑关系串联起来，激发了学生学习兴趣，提高学生学习效率。

互换性；绪论；实例；概念逻辑关系

前言

互换性与测量技术课程是机械类工科学生的技术基础平台课程，是大规模工业设计与制造的重要基础技术[1]。绪论的内容一般只有几页，课时只有1～2节，但都要涉及课程讲解的主要概念、课程的性质任务等，由于本门课程用理论来讲解实践性很强的知识，因此本课程绪论的讲解就更加困难，体现在概念多，概念的行业背景深，与生活中的具体联系不多，要让学生正确理解这些概念与该课程的作用，建立起学习本课程的强烈兴趣，我进行了以下的一些实践。

1 从具体零件的设计流程中了解互换性概念与作用、把握全书结构

在互换性与测量技术这门课程中，测量概念几乎不用解释，与日常生活的感性认识联系很多，无非是生活中的测量与工业中的测量在技术手段、测量要求上、结果判断等有不同。但互换性这个概念却是让人难从字面上得到直观的理解，大多数出版的同类教材都是选用一些日常生活中的常见用品需要更换使用零件这个角度来解释并最终下定义-零件相互之间可以代换并能够保证使用要求的一种特性。概念包括了设计制造使用维护的各个方面的要求，但是对于刚刚接触，缺少感性认识、对于全书内容完全不知、且理解概念不强的高职生，这句话基本上不能帮助理解，纵使有的书再对于这个概念从设计、制造、使用维护上展开来作进一步解释，也依然从概念到概念，作用不大。另一方面，学生一知半解理解了了这个概念，但对于学习这门课程的作用-与今后从事工作岗位的联系也很难建立。在概念间的重叠中，多数学生就算学完绪论也不知全书讲什么，更不知与自己专业和今后工作有多少帮助[2]。

本课程一般安排在机械制图和机械设计课程后，针对以上情况及前后课程的安排，我安排了一个简单零件的设计例子来讲解互换性及全书要介绍的知识技能体系，特别强调了这本书上的知识技能对于机械类专业学生就业岗位的作用，从而一开始就从培养技能入手，引起学生的学习兴趣和激发学习的动机，对于全书结构有一个总体把握。

1.1 互换性概念的引出

以下是一个简单的轴类零件及与之有配合关系的简单孔类零件的设计结果示意图。

图1 有装配关系的轴孔零件示意图

要完成这一设计，形成能够制造的工程图纸，首先要求先画零件形状图形，这部分内容在机械制图课程中已经解决。再是解决基本尺寸，一般基本尺寸照经验给出，而重要的基本尺寸，比如零件相互间有配合关系或零件间受力较大，例中如轴上直径尺寸25，要根据受力大小、零件寿命等按照机械零件设计的力学公式确定（实际设计时往往按照经验先给定，再按公式校核），这部分设计内容全交给机械设计课程解决。再后就是本课程的内容，主要三方面：一是重要尺寸后面的“尾巴”-给定一个尺寸的允许变动范围，二是表面的粗糙度，还有一方面是形状与位置关系等。

回答为什么要在主要尺寸后面加上“尾巴”问题才正式引入互换性的概念。尺寸的保证因为制造无法达到绝对准确，只能给定一个变动的范围，这样直径25尺寸的轴和孔装配在一起后，间隙也就相应确保在一定的变动范围。设计上这样完成后，制造和检测环节只要能够保证每根轴和孔的相应尺寸都在这个变动范围内，不论是在产品装配现场、还是在使用维修环节上，甚至不论是那个企业生产的产品，只要按照同图纸关键是同标准生产，任意取出的轴和孔装配在一起都能保证装配后的间隙变动范围是一样的，也就是这样的轴和孔完全有互换性，任意互换后能够保证间隙范围变动处在允许范围中。当然互换性不仅指尺寸有互换、也包括形状位置、粗糙度、材料一致性、热处理后性能一致性等都在允许的变动范围内。

1.2 互换性在实际工作中的作用

通过实例引出互换性概念的同时，这些知识转化出来的技能对于今后在机械企业就业从事设计与制造岗位的用处实际上也就十分清楚了。如果你在设计好机械零件，不知道对于配合尺寸按照标准给出一个正确合理的尺寸的变动范围，这种设计成果就不能投入生产，投入生产也将因为没有互换性而无法装配出或达到装配要求。同样在生产制造时，如果不能按图纸给定的尺寸变动范围去生产，检测环节上如果不能把图纸上要求的尺寸变动范围内的零件确认为合格件，这都将造成最终这个配合尺寸将没有互换性；从另一角度来说，要保证互换性实现，制造时要防止超出尺寸范围，检测时一定要挑出不在范围中的产品作为不合格品，才能实现互换。因此在机械企业内，无论是处于机械设计与制造的那个环节、那个流程都是必须懂得互换性，知道为了保证互换性自己该如何做。尤其是设计人员要将互换性知识转化为技能，在设计互换性流程环节时，正确按照标准和零件使用的实际情况选择出合理的变动范围来。

1.3 全书的结构

理解了本课程要学会掌握什么技能后，实际上全书的结构也就可以想象得出来。首先必须有检测测量的知识与检测工具的知识，这是在制造与检测环节上保证互换性所必须的；其次必须有全社会统一的尺寸、形状位置、粗糙度等允许的变动范围-公差标准，才能在设计环节上就开始保证设计成果在全社会都能够实现互换性，这就要求制定并系统介绍这些不同种类的互换性公差标准——尺寸的互换性标准、形状位置的互换性标准、粗糙度的互换性标准等；针对特定的典型结构的通用标准零件，为保证在全社会不同专业化企业共同生产，其它企业选择标准件与自己设计制造的非标准件间有互换性，还必须制定如轴承、键与花键、螺纹、齿轮等零件的互换性专门标准。

2 绪论各概念间的逻辑

绪论有众多的概念，首次接触很不容易记住，如果能够找到一根红线把它们串联起来，这有助于学生更有效地理解这部分内容，从而产生更大的学习兴趣。我在这门课程中找到的红线实际上是贯穿全书的一个逻辑关系。互换性是核心，是顶层的内容，实现互换性的手段或者说是第一支撑性基础的是公差（互换性要求的尺寸、形状位置、粗糙度等的变动范围）和检测（按给定公差剔除不合格品），再下一个底层的支撑基础就是在全社会制定并强制实施公差与检测的标准，让所有设计制造检测使用环节都实行标准化。最后一个支撑基础就是，所有能够数值化的标准都要按一定方法选出优先数，这种选出优先数的规则方法就是优先数系标准。

[1]周玉凤.互换性与测量技术[M].清华大学出版社,2006

[2]刘桂珍，殷宝麟.互换性与测量技术基础课程教学改革与实践 [J].黑龙江高教研究，2010.8

袁根华，男，江西宜春人，1963年出生，高级工程师，广东工业大学在职硕士研究生。主要研究方向为模具CAD/CAM/CAE，特种加工技术应用。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.22.136