公差实验教学中的探索与改革

摘要：公差实验课是高等院校机械类、仪器仪表类专业必修的专业基础实验课程，实验课注重培养学生的综合测量能力。本文提出了运用非接触三坐标测量仪检测形位公差并进行综合测量，取得了较好的效果。

关键词：公差实验 形位公差 非接触三坐标测量仪 综合测量

公差课全称为“公差与技术测量”，是高等院校机械类、仪器仪表类专业必修的主干专业课。通过该课程的学习，使学生获得机械工程师所必须具有的互换性与技术测量方面的基本知识、技术和基本训练。

公差实验课是满足《公差与技术测量》课程及专业教学需要设置的专业基础实验课程。在公差课的教学中，既要对学生进行基本理论的培养，使他们学会正确选择标注各项形位公差，又要培养学生自己动手检测各公差项目数值的能力。

一、以往实验教学存在的问题

以往的公差实验课共4课时，主要包括以下三个实验内容：实验一，零件的尺寸测量；实验二，表面粗糙度测量；实验三，齿轮的测量，具体内容分为齿圈径向跳动、齿轮径向综合误差、齿厚偏差、公法线长度的测量与计算等。

从以上实验内容可以看出，由于以往实验设备的限制，公差实验课仅包括尺寸测量、粗糙度测量、齿轮的测量，而对于《公差与技术测量》课程中非常重要的形状和位置公差及其检测未能开设实验内容。由于《公差与技术测量》这门课概念多、符号多、术语多，尤其是形状和位置公差这一部分，学生常常反应理论较为抽象，定义多，设计中不知道如何应用公差知识进行精度设计和图样标注的方法，拿到加工好的产品后不知道如何判断产品的形位公差是否合格。

以往的公差实验课注重验证性的实验，实验课程的设置、讲解全由指导教师完成。这种实验方式，虽然可以增加学生对理论知识的理解，巩固相关的基础知识，但另一方面，无法启发学生的创造性思维，不利于学生积极参与到实验中去。

想要提高学生解决实际问题的能力， 综合训练和培养学生对零件的检测技能，需要对公差实验课进行改革。

二、探索实验课改革的新举措

学校和学院充分重视以往实验教学存在的缺陷和弊端，本着努力培养具有创新精神、全面发展的高素质人才的目标，学校购进了Micro-Vu非接触三坐标测量仪。

Micro-Vu非接触三坐标测量仪是一种三维尺寸的精密测量仪器，主要用于零部件尺寸、形状和相互位置的检测。它基于三坐标测量原理，即将被测物体置于非接触三坐标测量仪的测量空间内，获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过数学运算，求出被测物体的几何尺寸、形状和位置，来判断被测产品是否满足加工图纸所标公差的范围。

引进Micro-Vu非接触三坐标测量仪后，对公差实验课进行了调整，对实验课的内容和授课方式进行了改革。常规性实验教授学生课程的基本技能和基本实验方法，让学生掌握科学的实验方法与技能。在此基础上，将原有的4课时增加为8课时，增加的内容主要为用非接触三坐标测量仪测量零件的形位公差和零件的综合测量。实验性质由原来的验证性实验改为综合性实验，部分内容由学生自己设计，指导教师参与指导与讨论。

由于Micro-Vu非接触三坐标测量仪属于精密仪器，需按操作规程严格操作，使用过程中有一些事项需特别注意。因此，首先需要指导教师进行基本功能演示，通过讲解，使学生熟悉INSPEC操作软件的功能、界面、如何选取元素、光源的调节、仪器的量测范围，强调注意事项，尤其要演示如何正确建立坐标系。对具有相同特征的工件进行自动测量演示实验。完成基本功能演示和自动测量演示实验之后，指导学生亲自操作，编辑程序，用非接触三坐标测量仪自动测量造型较为简单的工件主要元素的几何特征。这一过程中，不同学生测量工件的方法和顺序不尽相同，有助于提高学生的创新力和实际解决问题的能力。

用非接触三坐标测量仪测量零件的形位公差和零件的综合测量实验的内容遵从循序渐进的原则设定，在学生较为熟练地掌握非接触三坐标测量仪的基本操作和光学测量系统后，使用接触式测量系统对方形带孔工件进行测量。该工件的选取应尽量包括形位公差的全部或大部分公差类型。让学生读懂待测量工件的零件图，通过看图并结合教材内容，分析应测量的部位，以及这些部位应达到的形位公差要求，使学生真正理解图样的含义。然后对典型工件的几何尺寸、精度、形位公差等进行全面检测，并根据检测结果对被测零件的合格性做出判断。

非接触三坐标测量仪的综合测量实验选用较为复杂的阀体作为被测工件。学生先分析工件的作用、工作情况，从产品设计者的角度出发，根据经验自己确定阀体各尺寸公差及各项形位公差的项目、公差值，并标上重要表面的表面粗糙度允许值。这个过程锻炼学生的综合能力，学生把课堂上的理论知识真正应用于解决实际问题。在确定阀体的各项公差之后，对这些公差数值进行检测。检测时，尤其要注意光源的应用，由于阀体的通孔和盲孔较多，许多孔是同轴心的，因此，选好光源就显得尤为重要。此外，建立不同的坐标系也会对测量的难易程度产生一定影响。最后，根据测量值，绘制阀体的零件图，按照公差国家标准对阀体各个公差数值进行查阅、标注。

三、實验课改革初步取得成效

对比实验效果、对《公差与技术测量》课程的掌握程度、毕业设计完成情况来看，经过公差实验课改革后，学生综合运用知识解决实际问题的能力得到了加强。学生从原来觉得公差实验课“枯燥无味”逐步变为“主动实验”。综合性的实验使学生对理论知识有了更加深入的理解，同时又提高了学生实际动手测量的技能。实验课分组进行，开设内容丰富，在设备少的情况下，保证每个学生都有动手的机会，并且激发每位学生独立思考，增强学生的创新意识和工程设计能力，取得了良好的效果。

参考文献：

[1]魏红.高校公差课如何面对新世纪的挑战[J].辽宁高等教育研究，1998（4）：67.

[2]王颖淑，苗忠，李慧.公差实验课改革的新探索[J].长春大学学报，2005（4）：108-109.

[3]冯伟.综合测量实验的教学实践与探讨[J].长春理工大学学报：高教版，2007（12）：157-159.

作者简介：

张弋（1987- ），女，湖南人，硕士，研究方向为实验教学、机械。

（责编 赵建荣）