摘要：公差课是机械工程专业一门应用性很强的技术基础课程，是连接设计类课程和制造类课程的桥梁，在机械类专业学生的知识结构中占有重要的位置。本文首先介绍了公差的产生及其重要性；随后分析了公差课程教学与公差标准的关系；最后分析了教学中存在的问题，提出了本课程教学改革方面的建议。
关键词：公差课；教学内容；教学改革
中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）40-0246-02
在机械专业的课程中，公差课程（即《机械精度设计与检测》、《互换性与技术测量》）是极其重要的。因为公差问题贯穿于产品设计、制造和检测的整个生命周期，可以说机械设计与制造的每一步都绕不开公差问题。但目前一些学校对公差课程的重要性认识不足，而公差课的特点是概念、术语多，需要记忆的内容多，学生学习积极性不高、关注度不够，以至于很多毕业生走上工作岗位后需要重新进行培训与学习。下面就来谈谈公差教学与教育的重要性和教学改革问题。
一、公差的产生及其重要性
公差产生于19世纪末期，目的是为了保证零件的互换性。早期的公差只有正负公差，给定尺寸公差一般都比较大。这是由于当时的制造设备和工艺能力不能加工制造高精度的产品。随着科技的进步，产品性能要求不断提高，产品的批量越来越大、越来越多变，对零部件的公差要求也越来越高，因此设定的公差也在逐步缩小，这导致了零部件的可装配性逐渐成了问题。由此，泰勒提出了满足装配要求和功能要求的“泰勒原则”，也就是现行公差标准中的包容原则，它能有效地处理零件尺寸误差和几何形状误差的关系，从而保证了产品的可装配性。而到了第二次世界大战，零件的制造逐渐分包给供应商，设计部门和制造部门越来越远，设计与制造部门之間的随时交流就不太可能了。为了解决零件的几何参数互换性，保证几何功能和可装配性，出现了形位公差，即几何公差。随着兵器、汽车和航空航天工业的发展，几何公差在产品中的应用越来越广泛，几何公差标准已获行业广泛认可。
学生学习公差课程的关键是清楚掌握关键词、关键概念，理解术语含义和公差计量评定常用方法。因此对图纸上标注的尺寸与公差不能是模模糊糊的印象，而应是“一是一、二是二”的理解。学生将来从事机械设计与制造工作，无论是读图，还是设计应用公差，都应具备扎实的理论基础；若将来从事质量控制、计量检测工作，更应该读懂图样上的公差标注所表达的确切含义，并采用恰当的检测计量设备、软件等进行测量、评定。只有对公差有了严谨而逻辑地理解后，才有了“地基”，才能积累起很扎实的专业基本功。总之，学生只有学会、学懂了公差课，打下了良好的基础，才可能盖工程应用的“大楼”。
二、公差标准与教学内容
公差主要有两大标准，美国ASME Y14.5-2009和欧洲标准ISO1101-2012，即GPS标准。两大标准在基本原理上是一致的，内容包括尺寸极限、角度公差、几何公差、表面粗糙度及检测计量等。GPS标准是一种广泛使用、能精确描述产品几何技术规范的国际工程语言。采用GPS标准标注的图纸只有一种解释，且精确地表达了产品的功能。我国的公差标准GB/T 1182-2008等同采用ISO 1101-2004标准，但最新的国际标准中先进的公差标注在我国标准中还没有出现，比如复合轮廓度和复合位置度等。可见，我国的公差标准版本与国际标准相比，相对落后。
目前高校采用的各种版本的公差教材有几十种，书名有《机械精度设计与检测》、《公差与配合》、《互换性与技术测量》、《几何量公差与检测》、《产品几何技术规范与认证》等，内容主要分为互换性与标准化、测量技术基础、尺寸精度设计、几何精度差设计、表面粗糙度轮廓设计、典型零部件精度设计等几个部分。其中的绝大部分内容摘自GB/T 1182-2008产品几何技术规范与认证（GPS）国家标准。教学内容与国标对应关系[1，2]：互换性与标准化GB/T20000.1-2014，尺寸公差设计GB/T1800.1-2009、GB/T1800.2-2009、GB/T1801-2009，几何精度设计GB/T1182-2008、GB/T4249-2009、GB/T16671-2009，表面粗糙度轮廓设计GB/T3505-2009、GB/T1031-2009、GB/T131-2006。
三、公差教学存在问题和教学改革
我校作为应用型本科院校，在公差教学中主要讲授公差的一些概念性的知识以及在机械设计、制造生产当中的常见应用。这门课程的教学特点是术语多、抽象，内容范围广、涉及面较宽，而在实际工程应用中实践性很强，学生利用较少的课时难以理解和掌握；教学中往往被过多的强调理论学习，而实践实验教学不够突出；学生普遍反映难学，教学效果不理想。笔者每年指导本科毕业设计学生若干名，就教学效果看，学生在利用三维CAD完成产品结构设计后，往往对结构的几何尺寸与公差设计茫然。甚至有学生认为三维CAD创建了产品完整模型后，这些模型数据可以直接传递给制造工艺阶段，而忽略了几何变动（精度、公差）的设计。而事实上，制造总是有误差的，在进行机械设计时必须考虑公差。这也迫使笔者思考课程教学中存在的问题：（1）学生专业知识薄弱，对机械专业术语接触相对较少，对教材中提到的诸多概念、术语不能够深刻领会。（2）教学内容着重于公差理论知识，忽视了零件公差设计内容的讲解，导致学生无法将所学理论知识运用于具体实例中。（3）本课程总学时一般为40/32学时（含实验8学时），设置孔/轴直径测量、几何误差、表面粗糙度检测以及螺纹齿轮测量等实验环节，由于学生没有预习习惯，且学时有限，实验课效果不理想，实践动手能力不够。（4）考试内容多重理论轻应用，学生为了取得高分通常是死记硬背，忽略了对知识的应用。（5）学生学习兴趣不高，加之自主学习能力较差，导致对知识的掌握不牢固。
针对教学效果不理想的现状，迫切需要从以下几个方面进行教学改革[3]：（1）从学生思想上入手，让学生充分了解这门课程的重要性，调动学生的学习积极性，发挥其主体作用。具体做法是：针对不同的教学模块采取不同教学方法，包括启发式教学、项目式驱动式教学，在课堂上积极提问讨论，课后预留问题。例如，讲授极限与配合公差的选用，几何公差项目选取等内容采取项目式、分组讨论。将学生进行分组，每个小组分配一个模型，要求学生先画出零件的结构、分析工作原理，后讨论针对特定功能如何选取公差技术要求，最后教师进行点评分析。（2）根据我校学生特点选择优秀教材、自编实验教材：经课程组讨论研究，选择哈工大刘品教授主编的《机械精度设计与检测》教材，该教材内容与最新国家标准一致，教材后半部分有详细的典型零部件的公差设计实例和分析，并配有光盘课件；根据我校公差实验现有的设备情况，编制了公差实验教材。（3）将教学内容划分为三个模块：第一块是公差基础理论，包括互换性与标准化、尺寸公差及设计、几何公差及设计、表面粗糙度；第二块是典型零部件公差设计，包括齿轮、螺纹等零件公差设计案例；第三块是实验与综合实训，该环节除了开设的实验项目外，还要求学生综合运用所学制图、公差与测量的知识对给定箱体、连杆等进行测量、测绘、绘制零件图，并标注尺寸与公差。（4）机械零件进课堂，购置一些金属零件，包括齿轮、螺纹、轴承、箱体等，将零件带至课堂，在讲课过程中以实物零件及图纸为例进行举例分析，理论联系实际。（5）提高综合运用所学知识的教学内容的比重：增加机械精度设计大作业，要求学生对某零部件的工作原理、使用要求和功能进行分析，对零部件的关键特征进行公差设计。（6）申请对公差与检测实验室进行升级，购置多台套设备和关节臂坐标测量仪。在实验教学中引入坐标测量的知识，了解坐标测量的设备使用和软件检测评定。让学生学习三维检测、测量数据分析等方面的专业知识和实践知识，使学生在教学过程中发挥积极主动性，把所学知识与设计、加工工艺、检测计量融合，拓宽学生应用所学理论知识的视野。（7）聘请校外资深工程师到课堂授课，并组织安排学生下厂参观实习，加强实践教学。
四、结语
公差课程对学生专业知识、综合素质和能力培养具有关键性作用。公差课程的教学改革应以本科人才培养为目标，以提高学生的学习主动性和综合运用知识的能力为出发点，将先进的教学方法和理念引入教学中，结合实验实训、强化课程教学与工程实际的衔接，才能激发学生的兴趣，达到良好的教学效果，并符合应用型高校的育人特色。
参考文献：
[1]刘品，张也晗.机械精度设计与检测基础[M].哈尔滨工业大学出版社，2016.
[2]范真，张兴国，朱雅萍，等.互换性与测量技术基础[M].北京：高等教育出版社，2012.
[3]叶红仙，胡小平，纪华伟，等.基于项目式教学的《互换性与测量技术基础》课程教学改革初探[J].教育教学论坛，2011，（20）：44-45.