利用多媒体进行形位公差教学的探讨

冯 伟

(常州机电职业技术学院 江苏常州 213164)

利用多媒体进行形位公差教学的探讨

冯 伟

(常州机电职业技术学院 江苏常州 213164)

形位公差是公差课教学内容的重点和难点，教学中利用三维软件进行辅助讲授该部分内容，可使学生比较直观地想象出图形形状，增强对形状、位置公差教学内容的理解。

UG软件;形位公差;三维造型

形状和位置公差简称形位公差，是表示零件的形状和其相互间位置的精度要求。它是评定产品质量，保证零件装配互换的一项技术指标。在进行这部分内容的教学时，一些学生感到比较难学。究其原因主要是，一方面由于个别学生空间想象能力比较差、制图基础不够扎实，利用平面图辅助教学，学生往往不能完全理解图样含义，想象不出零件的具体形状。另一方面，形状、位置公差有些内容比较抽象不容易用语言表达清楚。教学中通过采用UG软件进行辅助教学，利用软件的三维建模功能，绘制三维空间立体零件模型，对三维实体利用线框视图消隐、着色视图，增加透明度等方法，使零件模型形象逼真，并通过三维动态观察动态展示，使学生能想象出零件形状，再将三维模型转换为工程二维视图，能使学生理解零件实际形状、各要素相互位置关系与理想形状、各要素相互位置关系存在的差异，增强了学生对教学内容的学习兴趣，取得了较好的教学效果。

1 实体模型的建立

在零件图上标注零件的形位公差时，传统的方法是在零件图的二维平面图形上标注。笔者在教学中采用的是先用UG软件构建零件三维模型，在三维模型中讲解零件的形位公差技术要求，被测要素模拟实际形状，再将三维图转化为工程图标注技术要求。对于比较复杂的三维零件实体模型可以在上课之前先建好模型，对于比较简单的零件最好在课堂上创建，在课堂上创建模型会增加学生的兴趣。利用UG实体绘制命令或将二维的图形通过拉伸或旋转命令形成三维实体，并利用布尔运算求并、求差、求交，以及对实体的面、边、体分别进行编辑，从而能获得理想的三维模型，模型立体感强，学生注意力集中。在讲解零件的几何要素时，用UG画出构成零件几何特征的点、线、面，通过旋转，增加透明度，如图1所示，对照三维图讲解，学生很容易理解。因在教学中绘制的是零件示意图，零件的尺寸并不要求画得很精确，这样绘图用的时间并不长，调动了学生学习的积极性。

图1 零件的几何要素

2 利用软件三维功能增强直观性

通过形位公差的教学应使学生理解图样上形位公差标注的含义，而理解标注的含义学生必须能够想象出零件的形状。例如在讲解如图2所示的图样零件几何要素形位公差要求时，利用UG创建一个阶梯轴三维实体模型，通过阶梯轴三维实体模型讲解教学内容。如图3所示。对照实体讲解轮廓要素与中心要素、被测要素与基准要素、单一要素与关联要素的区别和联系，通过动态旋转实体观察，使学生能直观地观察三维模型结构，比采用平面图更容易理解。

图2 阶梯轴形位公差要求

3 利用缩放功能、颜色变化增强学生对标注细节的注意

在讲解形位公差的标注时，为了增加学生对标

图3 几何要素解释

注细节的注意和理解，利用UG在标注形位公差和基准符号时采用醒目的颜色、局部放大、提问等一些手段增强学生的注意。例如:在讲解区分被测要素或基准要素是轮廓要素还是中心要素时，当被测要素为轮廓要素时，箭头指在可见轮廓线上或引出线上;而当被测要素为中心要素时，指引线的箭头必须与该要素的尺寸线对齐，这部分内容学生经常不注意，造成标注错误。利用UG工程图移动命令移动指引线箭头的位置并进行放大比较，使学生注意指引线箭头的位置不同要求不同，注意指引线箭头的方向如何确定，理解标注的含义。如图4所示，标注圆度指引线箭头的方向和轴线垂直，标注圆跳动指引线箭头的方向应和圆锥母线垂直。如图5所示被测要素为轮廓要素，公差带的形状是两平行直线间的区域，公差前不能有Φ，标注不正确，而如图6所示被测要素为中心要素，公差带的形状是圆柱的空间，标注正确。

图4 指引线箭头的方向确定

图5 直线度错误标注

图6 直线度正确标注

形位公差的公差带形状繁多，要细心体会加以理解，例如:平面度公差带形状是两平行平面;给定互相垂直的两个方向的直线度公差带形状是一个四棱柱;任意方向上的直线度公差带形状是一个圆柱。这些形位公差的公差带形状是空间立体的，空间想象能力差一点的学生理解起来就有点困难。教学中利用UG三维建模辅助教学，效果明显改善。如图7所示对称度标注，该对称度是限制槽的两个侧面的中心平面偏离外面两个侧面的中心平面的一项指标，中心平面是中心要素。公差带是距离为公差值0.025，且相对基准中心平面对称配置的两平行平面之间的区域。用UG能很方便地绘制模型和中心平面，如图8所示，边绘制边讲解，学生对被测要素是槽的中心平面印象深刻，标注时很少犯错。

图7 对称度公差标注

图8 测量对称度零件模型

4 教学中突出重点，突破难点

公差原则是形位公差中的难点。要搞清楚作用尺寸和实效尺寸的区别和联系。作用尺寸是实际尺寸与形位误差综合而成，对一批零件来说它是一个变量，即每个零件的作用尺寸不尽相同，而实效尺寸是最大实体尺寸与形位公差综合而成，对一批零件来说它是一个定量。二者联系是实效尺寸可作为允许的作用尺寸。通过具体的图解实例进行比较，有助于学生的理解。同样，公差原则中的包容原则和最大实体原则学生学习理解有一定困难，通过多举几个实例讲解能取得较好的效果。例如:包容原则是以最大实体尺寸作为边界值，当被测要素上各点的实际尺寸已经到达此边界时，则该要素不得再有任何形位误差，而只有当实际尺寸偏离最大实体尺寸时，其偏离值允许补偿给形位误差。如图9所示，轴的局部实际尺寸不得大于 Φ40 mm，不得小于39.975 mm，当轴处于Φ40 mm时，形位误差必须为零才能合格;当轴处于39.975 mm时，形位误差允许值可以到0.025 mm。图10所示给出了轴为不同实际尺寸时所允许的形状误差值的动态公差带图。而最大实体原则应用于被测要素时，是以实效尺寸作为边界，只有当被测要素的实际尺寸偏离最大实体尺寸时其偏离值允许补偿给形位误差。如图11所示，轴的实际尺寸应在Φ29.984～Φ30 mm之间，轴线直线度公差值可得到0～0.016 mm的增大值，轴线直线度误差值允许达到Φ0.01～Φ0.026 mm之间，如图12所示给出了轴为不同实际尺寸时所允许的形状误差值的动态公差带图。

图9 有包容要求图样标注

图10 有包容要求动态公差带图

图11 有最大实体要求的图样标注

图12 有最大实体要求动态公差带图

5 结束语

采用现代化教学手段，通过三维模型，提高学生的空间想象能力，使学生感到教学内容不太抽象和枯燥乏味，教师应控制好教学节奏，给学生思考的时间，教师给予必要的提示或解释，并在黑板上画图标注示范。这种教学方法能促进学生思考，积极提问，勤学多问，厚积而薄发。教学中学生和教师多交流与沟通，使学生保持良好的思维状态，才能使学生学得进、理解快、记得牢，教学效果明显提高。

［1］徐茂功.公差配合与技术测量［M］.重庆:机械工业出版社，2009:66-85.

［2］李丽华.UGNX6.0入门于提高［M］.北京:电子工业出版社，2010:1-18.

Discussion on Multimedia Teaching of Form and Position Tolerance

FENG Wei
(Changzhou Institute of Mechantronic Technology，Changzhou 213164，China)

Form and position tolerance is an important and difficult section in the teaching of tolerance.By adopting three dimensional software-aided teaching in this section，it can enable students to imagine the graphical shapes intuitively，and enhance their understanding to the teaching content of shape and position tolerance.

UG software;form and position tolerance;3D mode

TG 801-4

A

1672-2434(2012)02-0041-03

2012-03-01

冯 伟(1968-)，男，副教授，从事研究方向:机械设计