浅谈精度机械设计教学中精度设计能力培养案例

论文导读：性与测量技术课程承担。通过分析，互换性与技术测量课程的教学内容应该以精度设计为主线，以提高精度设计能力为目标，和机械原理课程及机械设计课程共同研究机械产品的设计。二、设计性能检测实验，增强精度设计意识在几年的教学实践中发现，学生能够理解机械结构参数对机械性能的重要性，却认识不到几何精度对机械性
[摘要]精度设计是机械产品设计的一个重要环节，起着联系产品使用性能和生产制造过程的桥梁作用，精度不仅决定产品的使用性能，而且直接影响着生产成本的高低，进而影响着产品的市场竞争能力。针对教学过程中出现的学生对精度设计意识不强、精度设计能力不足等问题，提出在课程群中确立精度设计地位，设计性能检测实验使学生切身体会精度设计对产品使用性能影响以增强精度设计意识，结合工程实际进行综合设计，并改革考核办法，提高学生精度设计能力。教学实践表明，这些改革方案对于提高学生精度设计能力是非常有效的。
[关键词]精度设计 培养方案 教学实践 改革
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引言
机械产品往往由于丧失精度而报废，周期性检修的实质就是对其精度的检定和修复，没有足够的几何精度，机械产品就失去了使用价值。因此，从理论上讲，无论何种生产类型、何种功能要求，都应该对零件的几何要素提出精度要求。精度设计用以确定机械各零件几何要素的公差。机械产品的精度设计是联系产品使用性能和生产制造过程的桥梁，精度设计给定的公差等级、采用的公差原则对生产设备的选择、工装夹具的设计和制造、检验方法的制定等方面有着决定作用，它直接影响着生产成本的高低，进而影响着产品的市场竞争能力。
《互换性与测量技术基础》是高等院校机械类、仪器仪表类和机电相结合类各专业必需的主干技术基础课程，涵盖了几何精度设计与检测两方面的内容。在几年的教学实践中发现以下问题：
（1）学生没有充分意识到几何精度对机械产品使用性能的重要性。在课程设计和毕业设计时，只做完系统设计与参数设计，精度设计基本就没做或者很少做。
（2）学生不具备相应的精度设计能力，不能灵活运用所学的相关知识进行机械产品设计。在课程设计和毕业设计时，精度的确定并没有考虑产品的性能要求和生产成本之间的关系，所做的设计在目前生产条件下无法制造生产，或者造成生产成本的增加。
（3）学生不能正确运用设计标准和规范。比如，在齿轮的设计中，图纸表达不完善，参数表只有结构参数的内容，而没有精度参数的内容，甚至没有参数表；标准件并没有按照国家标准选用规格；已废除的国标仍在使用。
鉴于此，作者对课程教学进行研究，并进行大胆尝试与改革。

一、建设课程群，确立精度设计地位

课程群是为完善同一施教对象的认知结构，而将本专业或跨专业培养方案中若干门在知识、方法、问题等方面有逻辑联系的课程加以整合而成的课程体系[3]。以实现学生综合设计能力、创新能力为培养目标，把“机械制图”、“机械原理”、“机械设计”、“互换性与测量技术”4门课程的各教学环节进行优化重组融合，形成机械类专业基础课群。机械产品的设计过程通常可分为三个阶段：系统设计、参数设计和精度设计[4]。如果说系统设计为机械产品的一次设计，那么精度设计就是系统的三次设计。系统设计以整机的功能为目标而进行的机械基本工作原理和总体布局设计，是运动学的设计，主要由机械原理课程承担；参数设计以保证系统的能量转换和工作寿命来确定机构各零件几何要素的公称值，由机械设计课程承担；精度设计以保证机械产品的性能要求同时考虑制造的经济性来确定机械各零件几何要素的允许误差，由互换性与测量技术课程承担。
通过分析，互换性与技术测量课程的教学内容应该以精度设计为主线，以提高精度设计能力为目标，和机械原理课程及机械设计课程共同研究机械产品的设计。

二、设计性能检测实验，增强精度设计意识

在几年的教学实践中发现，学生能够理解机械结构参数对机械性能的重要性，却认识不到几何精度对机械性能的重要影响，甚至错误的认为机械设计就是做系统设计和参数设计，认为精度无关紧要。
为了更好的帮助学生理解几何精度设计在生产实际中的应用，体会几何精度对机械产品性能的重要影响，增强学生综合运用知识能力，强化机械设计、几何精度和机械制造之间的相关性，指导毕业生研制出机械性能检测实验台，使学生通过实验，切身体验几何精度对机械产品性能的影响，增强精度设计意识。
本实验台的整体结构系统图如图1所示：
图1：机械性能检测实验台整体结构系统图
直流电机作为动力通过一个一级传动机构驱动发电机工作，并设计的检测系统（传感器、采集卡、PC机自行开发的测试系统）对其性能指标进行检测，如传动效率、振动、噪声、温度等。传动机构的论文导读：这样，图纸的表达必须规范。学生在实际工程中体会图纸表达规范化的重要性，并能运用国标进行规范化设计。四、改革考核办法，激发学生学习动力以往，对于课程设计的考核方法是“考勤（10%）+报告（20%）+答辩（70%）”，这种考核办法能够使老师对学生的知识及素质得到全面的考核。但对学生来说有种“课程到此为止”的感觉，学生只
主要零件是可以拆装的，同时，主要零部件配备有多套（结构参数相同，仅精度不同）。实验时，学生组装不同精度的传动机构，进行整机运行，通过测试性能指标比较来反映整机的运行性能。
通过本实验可以加强学生对几何精度影响产品使用性能的主要认识，增强工程意识，并通过此综合实验培养学生综合运用所学相关知识的能力。

三、进行综合设计，提高精度设计能力

依据机械类专业教学计划，机械原理课程和机械设计课程及互换性与测量技术课程一般都安排有相应的2～3周的课程设计。课程设计一般要求学生在相对集中的时间内运用所学的相关知识完成一个具体的小设计[5]。目前，一般教学安排都是每门课程独立安排相应的课程设计，而这样做的结果对学生造成一种误导，形成“机械设计就是系统设计”，或者“机械设计就是参数设计”，“质量（使用性能）是检验出来的”等错误认识；同时也不能增强学生综合设计能力的培养；另外，也不利于“培养学生的工程实践能力和创新能力”教学目标的实现。以至于做毕业设计甚至在实际工作中，出现图纸表达不清楚、不合理、不符合规范，或者设计出来的产品依据目前的生产条件根本没法生产或者是生产成本过高等问题。
针对以上问题，把机械原理课程设计、机械设计课程设计及互换性与技术测量课程设计进行优化、整合。以培养综合设计能力为目标，进行综合性课课程设计。

(一)课程设计内容优化改革

目前，机械设计课程设计所做的机械产品设计基本上都是只考虑系统设计和参数设计，至于精度设计，基本就没做或者做的很少，有的只是在图纸上参照相关的设计做了些公差标注，至于为什么要选用这些精度项目？为什么要确定如此精度？学生基本就不知道。
曾经针对此问题，提出在互换性与测量技术课程设计调整精度设计的内容，让学生各自找出自己所做的机械设计课程设计，对整个设计进行完善。学生在系统设计和参数设计的基础上进行精度设计，并对前期的错误进行更正，形成完整的机械产品技术资料。
通过此项改革，提升了学生对精度设计在机械产品设计的重要性认识，但是，这样就会由于工作的不连续就耽误了很多时间。首先，对机械设计课程设计、机械原理课程设计、互换性与技术测量课程设计时间进行调整，调整为同时进行；然后，对其设计内容进行整合，取消原来的独立课程设计，实行综合课程设计，涵盖系统设计、参数设计、精度设计等内容。

(二)选题来源于工程实际

目前，机械设计课程设计题目大多是“一级或二级齿轮减速器”的设计，它涵盖了“机械设计”课程中大部分内容，有助于学生加强相关的知识的综合运用能力，但这样就出现题目单一化，不能充分调动学生的创新意识。通过对以往的课程设计答辩情况来看，部分学生曾出现抄袭现象。基于此，课程设计的选题来源于工程实际，解决所在城市厂矿的实际问题。根据任务的大小对学生进行分组，使学生协同完成整个设计任务，而所做设计是否能满足实际需要，可以直接在生产中得到检验，在工程实际中体会精度设计与生产性能及生产成本的关系，增强学生的工程意识。另外，设计要变为产品，图纸是设计工作者和制造工作者之间的沟通语言，这样，图纸的表达必须规范。学生在实际工程中体会图纸表达规范化的重要性，并能运用国标进行规范化设计。

四、改革考核办法，激发学生学习动力

以往，对于课程设计的考核方法是“考勤（10%）+报告（20%）+答辩（70%）”，这种考核办法能够使老师对学生的知识及素质得到全面的考核。但对学生来说有种“课程到此为止”的感觉，学生只知道自己的一个综合分数，并不知道自己掌握的相应知识到何种程度，是否满足工程实际所需？或者对于实际工程，还需要哪此方面的知识？其它同学是个什么样的水平？
一种理想的课程考核模式，应该能够全面、正确、有效地实现检查评价、教育激励、诊断反馈和导向等多种功能[6，7]。因此，在对精度设计进行考核时，采取了以下措施：
1．学生作为评委对学生进行答辩。这时，老师只是作为场外指导，对学生解答不了，而对他们的能力提升有关键作用的知识点做出解释和阐述，同时也从学生的答辩时所提的问题及回答情况对答辩学生和答辩评委的知识和能力掌握程度做出全面判断。
2．指导老师和学生进行互动，并做总结。在答辩进行完毕，指导老师就精度设计和学生进行互动，学生在互动中调动学习的积极性，并能对知识理解的更深论文导读：
刻。然后通过老师的总结，使学生对精度设计的脉络有个更清楚的知识，能够掌握精度设计的要领，并能体会精度设计在机械产品设计中的地位。从而激发学生学习知识的积极性和动力。
五、结束语
精度设计作为机械产品设计的一个重要环节，在理论教学与实践教学中应该加强学生精度设计能力的培养。近年的教学实践，学生精度设计能力有了很大的提高，为以后的毕业设计和工作打下良好的基础。
[参考文献]
王永泉，马秋生，潘艳波.机械产品精度设计与生产成本的关系[J].机械设计与制造，2005（5）：147～148.
王伯平.互换性与测量技术基础（第3版）[M].机械工业出版社，2009.
[3]李慧仙.论高校课程群建设[J].江苏高教，2006（6）：73～75.
[4]杜文华，郑江.机械基础系列课程教改中机械精度设计的实现[J].华北工学院学报（社科版），2004，20（3）：89～91.
[5]刘小康，余洁冰.工科学生课程设计与综合素质培养[J]. 高教探索，2009，（5）：133～134.
[6]施军.高校考试制度改革的若干思考[J].江苏高教，2003，（5）：57～59．
[7]庞丽娟，薛小莲，王豪.以课程考核改革为突破口构建课程考核质量监控体系的探索[J].中国大学教学，2007，（10）：53～54.
（作者单位：河南理工大学 土木工程学院 河南焦作）