《几何量精度设计与检测》课程改革与对策

赵文辉

摘要：《几何量精度设计与检测》是一门综合性的机械类应用技术学科。针对该课程教学中存在的问题，进行课程改革。以学生为本，以应用为目的，适应国际工程教育认证的要求。以实际机械零部件工程图纸为例子，使学生潜移默化地接受工程教育。在单项几何量精度测量的基础上，增设开放性综合实验。经过3轮的改革，取得了一定的成效。学生对基础知识的掌握更加牢固，能够综合分析并具备一定的实际应用能力。所在的专业顺利通过国际工程教育（华盛顿协议）认证。

关键词：工程教育认证；几何量精度；课程改革；综合实验

中图分类号：TH161文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（B）-00

《几何量精度设计与检测》（互换性与技术测量）是一门综合性的应用技术学科，是机械类及近机类专业一门重要的主干学科基础课。本课程使学生获得互换性、标准化、测量技术的基础知识，掌握机械产品的几何精度设计技能和产品质量检测的基本技能，并具有一定的工程能力，为从事机电产品的设计、制造、生产管理及科学研究工作打下坚实的基础。

我国工程教育正以加入《华盛顿协议》为契机，积极采用国际化标准，引领和推动工程教育改革发展，进一步提高我国高等工程教育国际化水平和高等工程教育人才培养质量[1]。本文针对《几何量精度设计与检测》课程存在的问题，进行课程改革，以适应国际工程教育认证的要求。

1 课程特点

1.1 衔接设计与制造

一个机电产品的设计，在方案设计阶段，通过运动分析确定正确的运动机构，在结构设计阶段，通过强度和刚度等计算，确定具体尺寸。为了处理好使用要求与制造工艺的矛盾，还必须设计几何量精度（尺寸精度、几何精度、表面质量），因为其直接影响工作性能、振动、噪声、寿命和可靠性[2]。通过学习孔轴公差与配合、几何精度和表面粗糙度等基础知识，使学生掌握几何量精度设计的基本原理和基本方法，熟悉几何量精度相关的国家标准和行业标准。

1.2 衔接课堂与工程

通过学习滚动轴承、普通螺纹、键和花键、圆柱齿轮等典型件的几何量精度设计，使学生具有运用几何量精度设计的基本理论知识解决机械精度设计等方面的工程问题的能力。培养学生读懂工程图纸，查阅相关标准并正确标注的能力。

1.3 衔接标准与检测

通过实验教学使学生掌握几何量参数测量的基本原理、基本方法，了解测量误差的构成及实验数据处理分析基本方法，具有产品质量测量和检验的基本技能以及自学与扩展的能力。培养学生利用现代测量方法和技术解决较复杂测量问题的能力。

2 存在问题

通过课堂提问、作业、考试分析、后续课程设计、毕业设计等教学环节的反馈，普遍存在以下问题。

2.1 设计与检测脱节

几何量精度的设计与检测是一个整体，精度设计是加工的依据，加工后的零件必须经过检测才能确定是否符合设计要求[3]。而目前的教学中，二者存在脱节，比如理解和掌握公差原则、公差带特征，在公差项目、公差值、基准和公差原则的选择时，没有考虑测量的因素。测量时仅仅按照实验步骤测量，没有从几何公差带的特征出发，合理设计实验方案、选择实验器具。

2.2 理论与实际脱节

在理论学习阶段，目前的教材和练习，为了突出局部章节内容，往往只集中标注该部分的精度要求。比如讲解尺寸公差时，图上只有一个尺寸的公差。图1所示为常见的几何公差习题，图上有一大堆几何特征项目，有些不符合工程实际，相互重复甚至矛盾。学生在做这样的练习时，很有可能被误导。

图1 几何公差习题

2.3 学习与应用脱节

学生掌握了基础知识，平均成绩、成绩分布达到预期目标，但在综合分析、测量方案设计等方面存在不足。在后续的机械制造技术课程设计和毕业设计等环节，不能很好地应用几何量精度的知识去解决问题。

3 改革对策

3.1 加强实验锻炼

国际工程教育认证非常注重实验环节，必须加强实验训练。在单项几何量精度测量的基础上，增设开放性综合实验。学生分组讨论、设计实验方案、自由选取测量工具。综合实验8学时，课外进行，分为小组讨论、方案设计、实际测量、数据处理和教师点评等5个环节。

综合设计与实验由几何精度设计和相应几何量检测实验两部分组成，采用圆柱齿轮减速器为例子。在进行几何精度设计的零件中选择几个典型零件（如轴、齿轮、箱体）作为综合实验的对象。根据零件图样上规定的技术要求，分别设计实验内容，确定测量方法，然后进行测量，以通晓整个零件的全部测量过程。综合实验的内容包括下列几项：

按尺寸公差的大小，确定验收极限，选择相应的计量器具进行测量，检测实际尺寸是否在规定的两个验收极限尺寸范围内。

按几何公差要求，选择不同的计量器具与不同的测量方法，检测几何误差，如轴的径向圆跳动、轴键槽的对称度、齿轮及箱体的有关几何误差。

对不同的表面及表面粗糙度参数值，分别采用标准样块比较、双管显微镜及电动轮廓仪进行测量。

根据齿轮精度设计要求，按设计给定的检验项目，选择不同的计量器具进行测量。

如在零件几何精度设计中，涉及螺纹的几何精度设计，还应对螺纹误差进行检测。

3.2 加强工程实际教育

在讲解和联系环节，大量使用实际工程图纸，除了轴承、齿轮、螺纹等零件，还要使用轴类、盘类、平面孔系、台阶块、箱体类等典型零件的工程图纸。图2所示为实际的轴类零件工程图，包含了尺寸公差、几何公差、公差原则、表面粗糙度等几何量精度设计和检测的知识。通过这些实际工程图的熏陶，使学生潜移默化地接受工程教育，不再是分散的知识点，而是完整的符合工程实际的体系。

图2 实际轴类零件工程图

3.3 加强应用训练

结合实际工程案例，加强综合分析、知识应用的训练。在后续的课程设计（圆柱齿轮减速机设计、零件加工夹具设计等）和毕业设计等环节，积极引导学生应用几何量精度的知识去解决问题。

4 结语

经过3轮学生的改革试验，通过综合实验等手段，以工程实际零部件为例，加强工程应用训练，本课程的改革取得了一定的成效。学生对基础知识的掌握更加牢固，能够综合分析、具备一定的实际应用能力。课程组所编教材成功入选“十二五”规划教材，本课程也成功入选辽宁省精品课建设。所在的机械设计制造及其自动化专业顺利通过国际工程教育（华盛顿协议）认证。

参考文献

[1]钱炜， 朱坚民， 丁晓红. 卓越工程师培养中存在的问题及对策[J].中国科教创新导刊，2013（26）：13-15

[2]金嘉琦，等.几何量精度设计与检测[M]，北京：机械工业出版社.2012.

[3]张莹.浅谈《几何量公差与检测》教学和实践环节的改革[J].中国科技信息，2005（12）：113