机械测绘课程中零件图技术要求的教学方法探讨

韩素兰 赵俊龙 胡素梦

摘要：零件图是制造和检验零件的依据，对产品加工发挥着指导性作用。零件图中的技术要求是零件图的主要内容之一，直接关系到零件的加工方法和加工质量。机械测绘课程中，学生缺乏工程实践，教师讲解技术要求中的内容时，需要注意标注哪些内容、怎样标注、标注的要求等。结合具体图例，采用类比、枚举、图示和分析的方法解释专业的词语，循序渐进，帮助学生理解，以达到事半功倍的效果。

关键词：机械测绘；零件图；技术要求；极限与配合；表面粗糙度；几何公差

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）30-0180-03

机械测绘课程是机械类专业重要的基础性实践教学环节。在该实践环节中，学生能够综合运用所学知识测量、分析零部件，正确绘制和识读零部件的零件图和装配图，为进一步培养工程意识，学习后续课程、课程设计及毕业设计打下基础；同时图样中涉及的专业知识如技术要求等，需要在后续课程中完善和提高[1]。零件是组成机器的不可再拆分的单元，在机器或部件中具有一定的工作性能，且要按一定的工艺要求进行加工。零件图是表示零件结构、大小及技术要求的图样，是制造和检验零件的依据，是组织生产的重要的技术文件。零件图技术要求是将制造零件应达到的要求，用规定的符号（代号）、数字、字母或文字，准确简明地表示出来。技术要求主要内容有极限与配合、表面粗糙度、几何公差等[1-2]。在参加机械测绘实训课程时，学生还没有接触专业知识，缺乏工程实践，对零件图技术要求的内容缺少直观认识，不能正确地标注、识读。教师讲解技术要求中的内容时，应改进教学方法，注意标注哪些内容、怎样标注、标注的要求等。结合具体图例，采用类比、枚举、图示和分析的方法解释专业的词语，循序渐进，帮助学生理解，以达到事半功倍的效果。

一、极限与配合

该部分内容的学习，首先要理解零件互换性。零件互换性是指在一批相同的零件中任取一个，不需修配便可装到机器上，并能满足要求。制造加工零件时，由于机器本身、刀具、材料等因素的影响，在机械加工过程中，零件加工存在一定的误差。但是，根据互换性要求，必须把零件的误差限定在一个合理的范围内。由此引出了一些概念和名词。

1.尺寸公差。设计零件时，设计的尺寸即公称尺寸。由于互换性的要求，根据零件性能等级要求，尺寸允许有一个变动量，就是尺寸公差。也就是加工时对某一个设计尺寸来讲存在允许活动限制范围，一个上限和一个下限，范围中的上限也就是尺寸允许的最大尺寸即上极限尺寸，范围中的下限也就是尺寸允许的最小尺寸即下极限尺寸。极限尺寸是一个和公称尺寸接近的数值。通常，我们把设计尺寸视为理想尺寸，称为零线。极限尺寸和零线相比，存在一个偏差，零线和极限尺寸相减的差，就是极限偏差，和上极限尺寸相减所得数值就是上极限偏差，和下极限相减所得数值就是下极限偏差[3]。偏差是代数差，可以是正值、负值或者0。尺寸变动的量即尺寸公差是一个绝对值，恒为正值。

以尺寸Φ50■■的轴为例具体来看，其轴的尺寸和基本术语如图1所示。Φ50是设计尺寸，也称公称尺寸。允许变动的量，即公差为0.033-0017=0.016。最大极限尺寸即上极限尺寸为50+0.0033=50.033，最小极限尺寸即下极限偏差50+0.017=50.017。上极限偏差为+0.033，下极限偏差为+0.017。由此计算出，轴实際尺寸只要在Φ50.017mm至Φ50.033mm，轴的尺寸就是合格的。这样，通过零件互换性引入其他概念，通过尺寸实例和图示相结合，帮助学生理解抽象的概念。

2.标准公差与基本偏差。以Φ500+0.030为例，它的公称尺寸为Φ50，公差为0.03。假如同样有一个尺寸公差为0.03，但是基本尺寸为500，即Φ5000+0.030。虽说两个公差一样都是0.03，但由于公称尺寸不同，相对误差率不同，加工等级要求是不同的，显然Φ5000+0.030的相对误差率要小，加工难度要大，加工精度要求要高。因此，相同的公差，公称尺寸不同时精度要求不同，公称尺寸越大，精度越高。同样以Φ500+0.030为例，公称尺寸不变仍为Φ50，但尺寸公差由0.03变为0.3，即为Φ500+0.30，此时两个公称尺寸相同、公差不同，加工精度要求显然也是不一样的，Φ500+0.30要比Φ500+0.030容易加工。因此，相同公称尺寸，公差不同时精度要求不同，公差越小，精度越高。国家标准将公称尺寸、公差结合在一起表示为标准公差，用IT表示。标准公差分为20个等级，IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT18[3]。IT01精度最高，IT18精度最低。对于不同的公称尺寸，如果公差等级一样，它们的加工精度相同。实际中，常用的标准公差为IT6、IT7、IT8。这样，通过枚举、类比的方法，帮助学生理解标准公差的概念。以Φ500+0.030尺寸为例，该尺寸中公差为+0.03-0=0.03，上、下极限偏差分别为+0.03、0。在保持公差0.03不变的情况下，改变上、下极限偏差，如将上、下极限偏差分别改为+0.032、+0.002，或者改为+0.020、-0.010。此时，公差不变，距离零线的相对位置改变了。国家标准将靠近零线的极限偏差称为基本偏差，可以是上极限偏差，也可以是下极限偏差。基本偏差确定了公差带的位置，国家标准对孔和轴各规定了28个不同的基本偏差。由上得出，标准公差确定了公差的大小，基本偏差确定了公差带的位置。如果基本偏差和标准公差确定了，孔和轴公差带大小和位置就确定了。标准公差、基本偏差、零线的相对位置关系如图2所示[2]。这样，结合概念，以具体的尺寸为实例，用改变、列举加图示的方法，帮助学生理解基本偏差和标准公差。

3.公差配合。公称尺寸相同且相互结合的孔和轴公差带之间的关系称为配合。根据使用要求的不同，配合有松和紧。孔的公差带位于轴的公差带之上，具有间隙，称间隙配合；轴的公差带位于孔的公差带之上，具有过盈，称过盈配合；轴的公差带与孔的公差带相互交叠，可能具有间隙或过盈，称过渡配合。通常根据使用要求的不同选择。

二、表面粗糙度

零件在进行机械加工后，经放大其加工表面高低不平，零件加工表面具有较小间距与峰谷所组成的微观几何形状特性称为表面粗糙度。表面粗糙度是评定零件表面质量的一项重要技术指标，对零件的配合、耐磨性、抗腐蚀性以及密封性等都有显著的影响，是零件图中必不可少的一项重要技术要求。常用评定的参数主要有轮廓算术平均偏差Ra[4]。因为是偏差，所以参数值越小，精度越高；相反，参数值越大，精度越低。凡是零件上有配合要求或有相对运动的表面，表面粗糙度参数值要小。选择时，从经济性出发，一般要求满足表面功用要求的前提下，精度要低，更经济。进行机械测绘时，要求学生能根据零件工作情况选择并正确标注零件各个表面的表面粗糙度。在对某个零件进行表面粗糙度标注时，究竟需要标在多少、标注位置在哪里，常常困扰着没有接触过机械加工、对粗糙度没有感性认识的学生。国家标准规定，在图样中标注表面粗糙度时，对每一表面要求只标注一次。因此，标注时可以借鉴组合体的形体分析法进行标注，假想将零件分成多个基本题，然后逐一对各个基本题的表面进行标注。对基本体标注时，长方体结构需要对上下、左右、前后共6个面进行标注；圆柱需要标注上、下底和圆柱面共3个表面的粗糙度；圆锥需要标注底面和圆柱面共2个表面。标注时，如有叠加、平齐等重合的面且该面的粗糙度要求又一样，只标注一次即可。按照这样的原则，采用形体分析的方法，逐一对每一个形体进行标注即可。注写时可以注写在轮廓线上，也可以直接注写在延长线上，多数表面具有相同粗糙度时，可统一标注在标题栏附近。且注写和读取方向与尺寸的注写和读取方向一致，具体标注内容、方向如图3所示。

读图时，根据指向表面的粗糙度符号的数值读取参数，若没有直接指向表面的符号，说明是统一标注的数值。最后看图时看有几种不同的参数值，加上统一标注的，就是零件表面粗糙度的种类数。如图3中共有5种不同的表面粗糙度要求，粗糙度要求最高为Ra0.8，粗糙度要求最低为Ra12.5，阶梯孔表面的粗糙度为Ra3.2。

三、几何公差

零件的几何公差是针对构成零件几何特征的点、线、面的误差，是指零件的形状公差、位置公差、方向公差和跳动公差，是指点、线、面的实际形状、位置、方向和跳动对其理想状态的允许变动量。对于精度要求较高的零件，要规定其表面形状的几何公差，合理确定几何公差是保证产品质量的重要措施。学习该内容，要求学生能正确标注和识读几何公差内容。

在技术图样中，几何公差要求在矩形框格中给出，公差框格分两格和多格，框格中的内容从左至右按几何特征、公差值、基准字母的次序填写，如图4所示。标注形狀公差时由于形状是相对于几何特征本身理想状态的形状，所以它没有基准，标注时是两框格。位置公差、方向公差、跳动公差是相对于其他的点、线、面等要素，所以标注该类几何公差时要标出相比较的参照物的线和面（也即国家标准中的基准）。有时参照的基准不止一个，所以标注时为三个或多个框格。被测要素和基准可以是线、面或轴线，当被测要素是轴线时，应将标注的指引线箭头与该要素的尺寸线对齐；当基准要素是轴线时基准三角形与该要素的尺寸线对齐。

几何公差的标注示例如图4所示的阀杆，杆身圆柱度公差为0.05，Φ36圆柱的右端面对Φ16f7轴线的垂直度公差为0.025，M8×1螺纹孔的轴线对Φ16f7轴线的同轴度公差为Φ0.1，阀杆右端面对Φ16f7轴线的圆跳动公差为0.1。标注中，由于圆柱度是形状公差，两框格，没有基准；垂直度公差、同轴度公差、圆跳动公差分别为方向公差、位置公差、跳动公差，三框格，必须标注基准，基准为Φ16f7轴线[4]。

四、结束语

针对零件图技术要求中的内容，要注意需要标注哪些内容，怎样标注，标注时按照有关制图的现行国家标准及企业标准或规定绘制，标注正确、完整、清晰、合理和统一。结合具体事例，利用通俗语言，采用类比、枚举、图示和分析的方法通俗易懂地解释专业的词语，帮助学生理解。对后续的专业课程，如机械制造、金属材料及热处理等有所了解，为后续的课程以及毕业设计和将来走向工作岗位打下坚实的基础。

参考文献：

[1]韩素兰，李文娟，程方.机械制图课程与大学生实践能力培养研究[J].中国科技信息，2009，（14）：241-242.

[2]卢继霞，张运九.非机类“工程图学”课程零件图内容教学探讨[J].中国科教创新导刊，2013，（35）：144.

[3]胡建生.机械制图[M].北京：机械工业出版社，2009：203-211.

[4]何铭新，钱可强.机械制图[M].北京：高等教育出版社，2010：305-312.