《公差与配合》课程教学方法探讨

张雷雨，李剑锋，高亚楠

0　引言

《公差与配合》是高等院校机械类、仪器仪表类和机电结合专业类必需的主干技术基础课程，是与机械工业发展紧密联系的基础学科[1]。该课程对我国机械设计与制造业的发展具有重大促进作用，尤其对工程师及科技工作人员的设备研制与开发至关重要。《公差与配合》课程内容覆盖面广、系统性和理论性强，作为本科教育的专业必修课，学生需掌握尺寸公差和形位公差的含义与标注方法，同时，理解零件结构设计中的误差分布及传递规律，为本科生攻读硕士、博士和从事科技工作储备专业知识。

《公差与配合》作为一门传统的课程，众多教师对该课程的教学方法进行了分析与研究，提出多种改善授课效果的方法，如理实一体化教学模型[2～3]、项目教学[4]、案例模型授课法[5]等，结合课程特点，因地适宜地制定相应的教学方案和方法。现有的教学方法研究主要在于提高公差测量能力，降低课程的理论深度，尤其是公差设计及误差传递方面，难以达到本科教育和未来承担科研项目的要求。机械系统中的零件公差设计对该课程零件结构强度、疲劳寿命至关重要，通过实践训练提高对公差设计的认识和理解。因此，针对该课程教学中存在的问题，结合北京工业大学的授课内容和实践方式，进行该课程的教学方法探讨。

1　《公差与配合》的教学现状

在课堂教学中，基于学生的听课状态、抬头率、课堂提问等方面，对两班级（39人）的教学现状进行分析和总结。

1.1　缺乏相关基础课程的学习

《公差与配合》安排在大二上学期，在大学第一年主要进行专业基础课的学习，涉及到机械结构、工程材料、加工方式、仪表测量等方面，相关课程如《工程力学》、《机械设计》、《工程材料》、《机械加工》等。由于机械工程专业的相关专业知识具有较强的相关性，在课程安排上难以同时进行，学生对该课程中的专业知识缺乏学习基础。同时，该课程存在理论性强、实践要求高的特点，学生感到授课内容枯燥、理解难度大，进而造成知识吸收率较低。

1.2　缺乏对测量工具及加工方式的了解

与该课程紧密相关的两个基础知识为：测量工具和加工方式。在尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等参数的测量中，涉及到多种高精度测量工具，需要理解测量工具的测量原理，如百分表、杠杆千分尺等，不同的测量原理直接决定了测量方法和安装方式。

在配合类型中，轴与孔的配合公差代号与机械加工方式相对应，表面粗糙度的大小与加工方式及机床系统精度有关。学生对测量工具和加工方式缺乏必要的认识和了解，造成难以理解误差的产生原因和补偿方法，进而无法深入学习该课程的专业知识，达到学以致用的效果。

2　探索新的课程教学方法

针对《公差与配合》的教学现状，进行课程教学方法探讨，采用理论和实践一体化教学模式，先完成24学时的课堂授课，再进行24学时的实践训练，两者的内容与对应关系如图1所示。该课程的课堂授课目的：通过课堂授课，使得学生理解和掌握该课程的理论知识，获得公差计算及推导的能力。根据课程教学要求和实际应用需求，课堂授课主要包括6个部分，主要为理论尺寸公差与形位公差、测量工具、测量方法、轴与孔的表面粗糙度及滚动轴承的互换性。采用多媒体教学的方法，同时，结合板书与作图的方式，增强学生对公差带图、形位公差及误差分析的理解。为了提高学生对相关知识的吸收率和学习兴趣，在授课过程中增加以下内容：

图1　授课内容与实践训练的对应关系Fig.1 Corresponding relation of the classroom session and the practical training

（1）在课件中插入多种通用测量器具的图片，讲解器具的使用方法和测量原理，同时，尽可能展示测量器具实物。

（2）重点讲解轴与孔的常用加工方式，如车、铣、镗、磨等，让学生对轴与孔的加工有一定的直观认识。

（3）在授课结尾播放约5分钟的相关视频，如曲轴的加工及测量、发动机总成及装配、测量器具的使用等，以缓解课程内容的单调，提高学生的兴趣。

在实践训练环节中，借助指导书，系统地指导学生完成零件尺寸和形位误差检测训练，并使学生在检测过程中加深对误差、公差及技术测量概念的进一步理解。同时，使同学们在提高检测技能的过程中，不断提高分析问题和解决问题的能力。实践训练的内容包含基本训练与拓展训练，如图1所示；基本训练主要是依据授课内容确定，分别为实践训练的内容 1、2、6、7、9，拓展训练则基于机械工程专业的常用零件（平键、螺纹零件、齿轮、轴承等）确定，分别为实践训练的内容3、4、5、8。实践训练使用零件尺寸测量工具箱和零件形位误差测量工具箱，如图2所示，前者包含游标卡尺、千分尺及百分表等通用两具，后者包含形位误差测量的零件和工装。在授课内容的基础上，进行实践训练9个训练单元，在测量中熟悉和掌握各测量器具的使用方法和原理，通过不同工装的组合和测量器具的装夹，实现对复杂零件的形位公差测量与检验。

图2　实践训练的工具箱Fig.2 Measuring boxes of the practical training

图3　表面粗糙度对比检验Fig.3 Comparison and measurement of the surface roughness

为了增加学生对零件表面粗糙度的直观认识，增加了表面粗糙度对比检验训练，采用车、铣、刨、磨的加工方式，将零件表面分别加工至Ra0.8、1.6、3.2及6.4，如图3所示。通过直观地观察和触摸零件表面凸凹特征，了解加工方式和粗糙度大小对表面特征的影响。

3　结束语

《公差与配合》课程采用课堂授课与实践训练相结合的教学方式，在课堂授课中提前增加测量器具及加工方式的基础知识讲解，实践训练则进一步强化授课内容和对尺寸公差与形位公差的理解，提高了该课程的实际应用能力。

参考文献：

[1]王伯平.互换性与测量技术基础（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2008.

[2]浦绍荣.对高职公差配合与测量技术课程教学改革的探索[J].现代企业教育，2012，6.

[3]强军.《公差配合与测量技术》理实一体化教学改革与实践[J].佳木斯职业学院学报，2017，5.

[4]苗子宁.项目教学在公差配合与技术测量中的应用[J].考试周刊，2014，6.

[5]王爱平，武振平.公差配合的实践教学探索[J].科技展望，2016，33.

[6]孙志忠，汪治鹏.《公差配合与技术测量》课程教学现状与教学改革[J].机电产品开发与创新，2010，5.