利用多媒體進(jìn)行形位公差教學(xué)的探討

馮 偉

(常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇常州 213164)

利用多媒體進(jìn)行形位公差教學(xué)的探討

馮 偉

(常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇常州 213164)

形位公差是公差課教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，教學(xué)中利用三維軟件進(jìn)行輔助講授該部分內(nèi)容，可使學(xué)生比較直觀地想象出圖形形狀，增強(qiáng)對形狀、位置公差教學(xué)內(nèi)容的理解。

UG軟件;形位公差;三維造型

形狀和位置公差簡稱形位公差，是表示零件的形狀和其相互間位置的精度要求。它是評定產(chǎn)品質(zhì)量，保證零件裝配互換的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。在進(jìn)行這部分內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，一些學(xué)生感到比較難學(xué)。究其原因主要是，一方面由于個(gè)別學(xué)生空間想象能力比較差、制圖基礎(chǔ)不夠扎實(shí)，利用平面圖輔助教學(xué)，學(xué)生往往不能完全理解圖樣含義，想象不出零件的具體形狀。另一方面，形狀、位置公差有些內(nèi)容比較抽象不容易用語言表達(dá)清楚。教學(xué)中通過采用UG軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，利用軟件的三維建模功能，繪制三維空間立體零件模型，對三維實(shí)體利用線框視圖消隱、著色視圖，增加透明度等方法，使零件模型形象逼真，并通過三維動(dòng)態(tài)觀察動(dòng)態(tài)展示，使學(xué)生能想象出零件形狀，再將三維模型轉(zhuǎn)換為工程二維視圖，能使學(xué)生理解零件實(shí)際形狀、各要素相互位置關(guān)系與理想形狀、各要素相互位置關(guān)系存在的差異，增強(qiáng)了學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣，取得了較好的教學(xué)效果。

1 實(shí)體模型的建立

在零件圖上標(biāo)注零件的形位公差時(shí)，傳統(tǒng)的方法是在零件圖的二維平面圖形上標(biāo)注。筆者在教學(xué)中采用的是先用UG軟件構(gòu)建零件三維模型，在三維模型中講解零件的形位公差技術(shù)要求，被測要素模擬實(shí)際形狀，再將三維圖轉(zhuǎn)化為工程圖標(biāo)注技術(shù)要求。對于比較復(fù)雜的三維零件實(shí)體模型可以在上課之前先建好模型，對于比較簡單的零件最好在課堂上創(chuàng)建，在課堂上創(chuàng)建模型會(huì)增加學(xué)生的興趣。利用UG實(shí)體繪制命令或?qū)⒍S的圖形通過拉伸或旋轉(zhuǎn)命令形成三維實(shí)體，并利用布爾運(yùn)算求并、求差、求交，以及對實(shí)體的面、邊、體分別進(jìn)行編輯，從而能獲得理想的三維模型，模型立體感強(qiáng)，學(xué)生注意力集中。在講解零件的幾何要素時(shí)，用UG畫出構(gòu)成零件幾何特征的點(diǎn)、線、面，通過旋轉(zhuǎn)，增加透明度，如圖1所示，對照三維圖講解，學(xué)生很容易理解。因在教學(xué)中繪制的是零件示意圖，零件的尺寸并不要求畫得很精確，這樣繪圖用的時(shí)間并不長，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

圖1 零件的幾何要素

2 利用軟件三維功能增強(qiáng)直觀性

通過形位公差的教學(xué)應(yīng)使學(xué)生理解圖樣上形位公差標(biāo)注的含義，而理解標(biāo)注的含義學(xué)生必須能夠想象出零件的形狀。例如在講解如圖2所示的圖樣零件幾何要素形位公差要求時(shí)，利用UG創(chuàng)建一個(gè)階梯軸三維實(shí)體模型，通過階梯軸三維實(shí)體模型講解教學(xué)內(nèi)容。如圖3所示。對照實(shí)體講解輪廓要素與中心要素、被測要素與基準(zhǔn)要素、單一要素與關(guān)聯(lián)要素的區(qū)別和聯(lián)系，通過動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)實(shí)體觀察，使學(xué)生能直觀地觀察三維模型結(jié)構(gòu)，比采用平面圖更容易理解。

圖2 階梯軸形位公差要求

3 利用縮放功能、顏色變化增強(qiáng)學(xué)生對標(biāo)注細(xì)節(jié)的注意

在講解形位公差的標(biāo)注時(shí)，為了增加學(xué)生對標(biāo)

圖3 幾何要素解釋

注細(xì)節(jié)的注意和理解，利用UG在標(biāo)注形位公差和基準(zhǔn)符號時(shí)采用醒目的顏色、局部放大、提問等一些手段增強(qiáng)學(xué)生的注意。例如:在講解區(qū)分被測要素或基準(zhǔn)要素是輪廓要素還是中心要素時(shí)，當(dāng)被測要素為輪廓要素時(shí)，箭頭指在可見輪廓線上或引出線上;而當(dāng)被測要素為中心要素時(shí)，指引線的箭頭必須與該要素的尺寸線對齊，這部分內(nèi)容學(xué)生經(jīng)常不注意，造成標(biāo)注錯(cuò)誤。利用UG工程圖移動(dòng)命令移動(dòng)指引線箭頭的位置并進(jìn)行放大比較，使學(xué)生注意指引線箭頭的位置不同要求不同，注意指引線箭頭的方向如何確定，理解標(biāo)注的含義。如圖4所示，標(biāo)注圓度指引線箭頭的方向和軸線垂直，標(biāo)注圓跳動(dòng)指引線箭頭的方向應(yīng)和圓錐母線垂直。如圖5所示被測要素為輪廓要素，公差帶的形狀是兩平行直線間的區(qū)域，公差前不能有Φ，標(biāo)注不正確，而如圖6所示被測要素為中心要素，公差帶的形狀是圓柱的空間，標(biāo)注正確。

圖4 指引線箭頭的方向確定

圖5 直線度錯(cuò)誤標(biāo)注

圖6 直線度正確標(biāo)注

形位公差的公差帶形狀繁多，要細(xì)心體會(huì)加以理解，例如:平面度公差帶形狀是兩平行平面;給定互相垂直的兩個(gè)方向的直線度公差帶形狀是一個(gè)四棱柱;任意方向上的直線度公差帶形狀是一個(gè)圓柱。這些形位公差的公差帶形狀是空間立體的，空間想象能力差一點(diǎn)的學(xué)生理解起來就有點(diǎn)困難。教學(xué)中利用UG三維建模輔助教學(xué)，效果明顯改善。如圖7所示對稱度標(biāo)注，該對稱度是限制槽的兩個(gè)側(cè)面的中心平面偏離外面兩個(gè)側(cè)面的中心平面的一項(xiàng)指標(biāo)，中心平面是中心要素。公差帶是距離為公差值0.025，且相對基準(zhǔn)中心平面對稱配置的兩平行平面之間的區(qū)域。用UG能很方便地繪制模型和中心平面，如圖8所示，邊繪制邊講解，學(xué)生對被測要素是槽的中心平面印象深刻，標(biāo)注時(shí)很少犯錯(cuò)。

圖7 對稱度公差標(biāo)注

圖8 測量對稱度零件模型

4 教學(xué)中突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)

公差原則是形位公差中的難點(diǎn)。要搞清楚作用尺寸和實(shí)效尺寸的區(qū)別和聯(lián)系。作用尺寸是實(shí)際尺寸與形位誤差綜合而成，對一批零件來說它是一個(gè)變量，即每個(gè)零件的作用尺寸不盡相同，而實(shí)效尺寸是最大實(shí)體尺寸與形位公差綜合而成，對一批零件來說它是一個(gè)定量。二者聯(lián)系是實(shí)效尺寸可作為允許的作用尺寸。通過具體的圖解實(shí)例進(jìn)行比較，有助于學(xué)生的理解。同樣，公差原則中的包容原則和最大實(shí)體原則學(xué)生學(xué)習(xí)理解有一定困難，通過多舉幾個(gè)實(shí)例講解能取得較好的效果。例如:包容原則是以最大實(shí)體尺寸作為邊界值，當(dāng)被測要素上各點(diǎn)的實(shí)際尺寸已經(jīng)到達(dá)此邊界時(shí)，則該要素不得再有任何形位誤差，而只有當(dāng)實(shí)際尺寸偏離最大實(shí)體尺寸時(shí)，其偏離值允許補(bǔ)償給形位誤差。如圖9所示，軸的局部實(shí)際尺寸不得大于 Φ40 mm，不得小于39.975 mm，當(dāng)軸處于Φ40 mm時(shí)，形位誤差必須為零才能合格;當(dāng)軸處于39.975 mm時(shí)，形位誤差允許值可以到0.025 mm。圖10所示給出了軸為不同實(shí)際尺寸時(shí)所允許的形狀誤差值的動(dòng)態(tài)公差帶圖。而最大實(shí)體原則應(yīng)用于被測要素時(shí)，是以實(shí)效尺寸作為邊界，只有當(dāng)被測要素的實(shí)際尺寸偏離最大實(shí)體尺寸時(shí)其偏離值允許補(bǔ)償給形位誤差。如圖11所示，軸的實(shí)際尺寸應(yīng)在Φ29.984～Φ30 mm之間，軸線直線度公差值可得到0～0.016 mm的增大值，軸線直線度誤差值允許達(dá)到Φ0.01～Φ0.026 mm之間，如圖12所示給出了軸為不同實(shí)際尺寸時(shí)所允許的形狀誤差值的動(dòng)態(tài)公差帶圖。

圖9 有包容要求圖樣標(biāo)注

圖10 有包容要求動(dòng)態(tài)公差帶圖

圖11 有最大實(shí)體要求的圖樣標(biāo)注

圖12 有最大實(shí)體要求動(dòng)態(tài)公差帶圖

5 結(jié)束語

采用現(xiàn)代化教學(xué)手段，通過三維模型，提高學(xué)生的空間想象能力，使學(xué)生感到教學(xué)內(nèi)容不太抽象和枯燥乏味，教師應(yīng)控制好教學(xué)節(jié)奏，給學(xué)生思考的時(shí)間，教師給予必要的提示或解釋，并在黑板上畫圖標(biāo)注示范。這種教學(xué)方法能促進(jìn)學(xué)生思考，積極提問，勤學(xué)多問，厚積而薄發(fā)。教學(xué)中學(xué)生和教師多交流與溝通，使學(xué)生保持良好的思維狀態(tài)，才能使學(xué)生學(xué)得進(jìn)、理解快、記得牢，教學(xué)效果明顯提高。

［1］徐茂功.公差配合與技術(shù)測量［M］.重慶:機(jī)械工業(yè)出版社，2009:66-85.

［2］李麗華.UGNX6.0入門于提高［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010:1-18.

Discussion on Multimedia Teaching of Form and Position Tolerance

FENG Wei
(Changzhou Institute of Mechantronic Technology，Changzhou 213164，China)

Form and position tolerance is an important and difficult section in the teaching of tolerance.By adopting three dimensional software-aided teaching in this section，it can enable students to imagine the graphical shapes intuitively，and enhance their understanding to the teaching content of shape and position tolerance.

UG software;form and position tolerance;3D mode

TG 801-4

A

1672-2434(2012)02-0041-03

2012-03-01

馮 偉(1968-)，男，副教授，從事研究方向:機(jī)械設(shè)計(jì)