《几何量公差与检测》课程思政教学案例设计——以“加工误差、加工精度与公差”为例

李欣疏，高 路

(吉林化工学院 机电工程学院，吉林 吉林 132022)

《几何量公差与检测》课程属于机械类专业必修的一门重要专业基础课，总学时24学时，1.5学分，适用于过控、机自、材控和工业工程专业。对于思政元素的融入难度较大，关键是找到合适的切入点，提取合理的思政元素，将思政元素准确的融合到教学内容[1-2]，实现全方位育人[3-4]，提高教学效果。

一、案例的选取与设计

(一) 课程目标

《几何量公差与检测》课程综合运用工程制图、工程力学等前续课程的知识内容，同时为后续机械设计基础以及专业课程的学习打基础。以机械设计制造及其自动化专业为例，毕业要求2分解的指标点2.3要求学生能够运用图纸、图表和文字等，对复杂领域的工程问题进行有效表达。对应的课程目标1：能解释公差设计与检验的基础理论，熟练运用常用测量工具、测量方法。课程目标2：运用精度技术指标设计、检验的基础知识和基本方法，对机械零件及其工艺进行设计、研发和制造。采用的教学环节主要有，授课、课堂讨论、课堂测试和授课等环节。

(二) 知识点的选取

案例选自教材第一章第二节实现互换性条件中的知识点“加工误差、加工精度与公差”，是第一章的重点内容，对《几何量公差与检测》课程的学习具有引导和定位的作用[5]。因此，掌握好本节课程的教学内容，是学好本门课程的关键。教学重点是加工误差、加工精度与公差的基本概念。教学难点是加工误差、加工精度与公差的三者联系。

采用的教学方法及手段，坚持以学生为中心，采用启发式教学、探究式教学和线上线下结合的形式进行。采用启发式教学方法，由浅入深、由易到难的逐步提出问题、解决问题，充分调动学生的积极性和主动性。采用探究式教学方法，培养学生的思维能力和创造能力。采用线上线下结合的方法，课下利用“学习通”软件，对学生进行线上辅导和答疑，同时鼓励学生充分利用网络教学资源，在学习通进行自主讨论，培养学生自主学习的能力，激发学习兴趣[6]。

(三) 教学目标

知识目标：阐明加工误差、加工精度和公差的意义；列出三者之间的联系。

能力目标：培养学生根据零件的功能要求选择合理的公差与配合的能力；培养学生对精度设计的理念，对零件进行精度设计。

素质目标：培养学生严谨认真的态度；工匠精神；培养学生以爱国主义为核心的民族精神和以自主创新为核心的时代精神，不断推动中国制造业发展，不断坚持自主创新。

(四) 思政元素的融合

思政元素与知识点的融合要做到层层递进，润物无声[7-8]。以我国高铁技术始终坚持自主创新为主题，同时结合国内当前制造业发展现状，“失之毫厘谬以千里”，任何微小的误差也会对高铁造成不堪设想的后果，甚至会危及人的生命财产安全。

在制造的过程中要严格控制零件的加工误差，培养学生严谨认真的工作态度。加工精度是衡量加工技术水平的重要标准，精度设计对我国制造业的发展具有重要影响，精度越高，零件就越难加工，培养学生精益求精的大国工匠精神。在设计的过程中，要根据国家标准选择标准公差，中国高铁标准的每一项核心突破都拉动整个行业体系的升级[9]，由此引入到在加工制造的过程中，要本着严谨的态度坚持自主创新。

二、案例的实施

(一) 课前导入

选取《中国高铁》纪录片的一部分内容，结合视频内容引出“复兴号的制造采用84%的中国标准，是由于国内加工制造技术水平的不断创新提高，生产制造的机器精度也越来越高”[10]。

如图1所示，阶梯轴三维图。基本尺寸为φ45的轴颈，由于存在加工误差，其加工出来的实际尺寸无法做到精确无误。

图1 阶梯轴三维图

(二) 零件的加工误差

零件的加工误差是指零件加工后实际几何参数与理想几何参数之间的偏差程度。实际几何参数由技术人员加工测量得出，理想几何参数由设计者设计产生。之所以能够产生加工误差，是由于在加工制造的过程中存在：加工原理误差，工艺系统几何误差，工艺系统受热变形产生误差，工艺系统受力变形产生误差，工件内应力引起误差[5]。由此引导学生在加工过程中要有一丝不苟的精神、严谨的态度。

(三) 零件的加工精度

加工精度指零件加工后，所得到的实际几何参数与理想几何参数之间的符合程度。零件的加工精度由设计者根据零件功能要求提出，按国家标准规定，确切地标注在零件工作图上。因此，具有互换性的零件，必须符合图样上所提出的各项加工精度要求。零件的加工精度主要包括：尺寸精度、几何形状精度、相互位置精度和表面粗糙度[5]。

结合已讲解的加工误差和加工精度的基本概念，通过学习通发布主题讨论的形式，引导学生探讨加工精度与加工误差之间的联系。“结合金工实习已有的加工经验，零件的加工误差越大，精度越高？还是零件的加工误差越小，精度越高？”如图3所示，通过词云统计，绝大部分同学回答的结果是“零件的加工误差越小，加工精度越高”。

图2 阶梯轴零件图

图3 学习通主题讨论

在实际的加工过程中，加工误差越小，加工精度越高，同时对加工设备以及加工人员的技术水平要求也越高。引导学生在零件的加工过程中要秉承大国工匠精神，执着专注，作风严谨，精益求精，从而推陈出新。数控车床的加工精度就比普通车床的加工精度更高。

(四) 公差

为了保证零件的互换性，同规格零件的加工误差要控制在一定的范围内，这一零件的尺寸、形状和位置所允许的最大变动量就是公差。如公称尺寸为φ45轴的尺寸变动量为0.016 mm，0.016 mm是尺寸公差值，圆柱度的0.01 mm是形状公差，同轴度的φ0.02 mm是位置公差，零件加工后的实际尺寸、形状、位置误差的变动量都在这些公差范围内，这个零件就合格，且具有互换性[5]。

公差值越小，尺寸、形状、位置误差的变动量就越小，说明加工误差越小，加工精度越高，越不好加工，因此公差的选用原则，要求在满足使用要求的前提下，选用尽可能大的公差[5]。只有这样，加工误差的范围才被扩大，零件更容易加工，同时还能满足经济性的要求。

(五) 加工误差、加工精度和公差的关系

误差是加工过程产生的，公差是由设计者确定的。同时，公差是误差的最大允许值。所选择的公差值越小，加工误差越小，零件的加工精度越高如图4所示。

图4 加工误差、加工精度和公差的关系图

国家标准规定有20个标准公差等级[5]，先进的公差标准是实现互换性的基础，也是综合国力的体现。我国高速铁路之所以能够引领国际行业发展，正是因为我国制定了相关技术标准，只有技术创新才能实现综合国力的提升。

(六) 工程实例

高速铁路所使用的板式无砟轨道，每块板长6.5 m，宽2.5 m，重8.6 t,相当于十块枕木连成一体，轨道板的打磨由大型数控磨床进行。看似粗糙的轨道板的精度能精确到0.01 mm，不到头发丝的粗细。铺设无砟轨道板对精度的考验同样严苛，每块轨道板间平顺度误差要控制在0.3 mm以内，相当于一张纸的厚度。只有这些条件全部满足，轨道板上列车的行驶速度才能够达到高速铁路的设计要求。为了实现高铁的设计要求，我国自主研发了轨道板铺设自动精调机，精度能够达到0.1 mm，不但满足了设计要求，而且乘客乘坐的感觉也平稳舒适[11]。

十九届五中全会上，“创新”一词在公报中出现了15次，并被放在了“我国现代化建设全局中的核心地位”的重要位置；同时，2035年远景目标将“进入创新型国家前列”写入其中，坚持创新驱动发展，全面塑造发展新优势，充分发挥科技创新在中华民族伟大复兴战略全局中的支撑引领作用[12]。

三、结 语

是自主创新让我国高铁技术跻身世界先列，而加工精度是衡量加工技术水平的重要标准。“失之毫厘，谬以千里”，看似微小的误差，也会造成不堪设想的后果。在知识点讲解的过程中逐步引导学生，要本着严谨的态度坚持自主创新，为提高我国加工制造技术水平贡献自己的一份力量。