機械測繪課程中零件圖技術要求的教學方法探討

韓素蘭 趙俊龍 胡素夢

摘要：零件圖是制造和檢驗零件的依據，對產品加工發揮著指導性作用。零件圖中的技術要求是零件圖的主要內容之一，直接關系到零件的加工方法和加工質量。機械測繪課程中，學生缺乏工程實踐，教師講解技術要求中的內容時，需要注意標注哪些內容、怎樣標注、標注的要求等。結合具體圖例，采用類比、枚舉、圖示和分析的方法解釋專業的詞語，循序漸進，幫助學生理解，以達到事半功倍的效果。

關鍵詞：機械測繪；零件圖；技術要求；極限與配合；表面粗糙度；幾何公差

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）30-0180-03

機械測繪課程是機械類專業重要的基礎性實踐教學環節。在該實踐環節中，學生能夠綜合運用所學知識測量、分析零部件，正確繪制和識讀零部件的零件圖和裝配圖，為進一步培養工程意識，學習后續課程、課程設計及畢業設計打下基礎；同時圖樣中涉及的專業知識如技術要求等，需要在后續課程中完善和提高[1]。零件是組成機器的不可再拆分的單元，在機器或部件中具有一定的工作性能，且要按一定的工藝要求進行加工。零件圖是表示零件結構、大小及技術要求的圖樣，是制造和檢驗零件的依據，是組織生產的重要的技術文件。零件圖技術要求是將制造零件應達到的要求，用規定的符號（代號）、數字、字母或文字，準確簡明地表示出來。技術要求主要內容有極限與配合、表面粗糙度、幾何公差等[1-2]。在參加機械測繪實訓課程時，學生還沒有接觸專業知識，缺乏工程實踐，對零件圖技術要求的內容缺少直觀認識，不能正確地標注、識讀。教師講解技術要求中的內容時，應改進教學方法，注意標注哪些內容、怎樣標注、標注的要求等。結合具體圖例，采用類比、枚舉、圖示和分析的方法解釋專業的詞語，循序漸進，幫助學生理解，以達到事半功倍的效果。

一、極限與配合

該部分內容的學習，首先要理解零件互換性。零件互換性是指在一批相同的零件中任取一個，不需修配便可裝到機器上，并能滿足要求。制造加工零件時，由于機器本身、刀具、材料等因素的影響，在機械加工過程中，零件加工存在一定的誤差。但是，根據互換性要求，必須把零件的誤差限定在一個合理的范圍內。由此引出了一些概念和名詞。

1.尺寸公差。設計零件時，設計的尺寸即公稱尺寸。由于互換性的要求，根據零件性能等級要求，尺寸允許有一個變動量，就是尺寸公差。也就是加工時對某一個設計尺寸來講存在允許活動限制范圍，一個上限和一個下限，范圍中的上限也就是尺寸允許的最大尺寸即上極限尺寸，范圍中的下限也就是尺寸允許的最小尺寸即下極限尺寸。極限尺寸是一個和公稱尺寸接近的數值。通常，我們把設計尺寸視為理想尺寸，稱為零線。極限尺寸和零線相比，存在一個偏差，零線和極限尺寸相減的差，就是極限偏差，和上極限尺寸相減所得數值就是上極限偏差，和下極限相減所得數值就是下極限偏差[3]。偏差是代數差，可以是正值、負值或者0。尺寸變動的量即尺寸公差是一個絕對值，恒為正值。

以尺寸Φ50■■的軸為例具體來看，其軸的尺寸和基本術語如圖1所示。Φ50是設計尺寸，也稱公稱尺寸。允許變動的量，即公差為0.033-0017=0.016。最大極限尺寸即上極限尺寸為50+0.0033=50.033，最小極限尺寸即下極限偏差50+0.017=50.017。上極限偏差為+0.033，下極限偏差為+0.017。由此計算出，軸實際尺寸只要在Φ50.017mm至Φ50.033mm，軸的尺寸就是合格的。這樣，通過零件互換性引入其他概念，通過尺寸實例和圖示相結合，幫助學生理解抽象的概念。

2.標準公差與基本偏差。以Φ500+0.030為例，它的公稱尺寸為Φ50，公差為0.03。假如同樣有一個尺寸公差為0.03，但是基本尺寸為500，即Φ5000+0.030。雖說兩個公差一樣都是0.03，但由于公稱尺寸不同，相對誤差率不同，加工等級要求是不同的，顯然Φ5000+0.030的相對誤差率要小，加工難度要大，加工精度要求要高。因此，相同的公差，公稱尺寸不同時精度要求不同，公稱尺寸越大，精度越高。同樣以Φ500+0.030為例，公稱尺寸不變仍為Φ50，但尺寸公差由0.03變為0.3，即為Φ500+0.30，此時兩個公稱尺寸相同、公差不同，加工精度要求顯然也是不一樣的，Φ500+0.30要比Φ500+0.030容易加工。因此，相同公稱尺寸，公差不同時精度要求不同，公差越小，精度越高。國家標準將公稱尺寸、公差結合在一起表示為標準公差，用IT表示。標準公差分為20個等級，IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT18[3]。IT01精度最高，IT18精度最低。對于不同的公稱尺寸，如果公差等級一樣，它們的加工精度相同。實際中，常用的標準公差為IT6、IT7、IT8。這樣，通過枚舉、類比的方法，幫助學生理解標準公差的概念。以Φ500+0.030尺寸為例，該尺寸中公差為+0.03-0=0.03，上、下極限偏差分別為+0.03、0。在保持公差0.03不變的情況下，改變上、下極限偏差，如將上、下極限偏差分別改為+0.032、+0.002，或者改為+0.020、-0.010。此時，公差不變，距離零線的相對位置改變了。國家標準將靠近零線的極限偏差稱為基本偏差，可以是上極限偏差，也可以是下極限偏差。基本偏差確定了公差帶的位置，國家標準對孔和軸各規定了28個不同的基本偏差。由上得出，標準公差確定了公差的大小，基本偏差確定了公差帶的位置。如果基本偏差和標準公差確定了，孔和軸公差帶大小和位置就確定了。標準公差、基本偏差、零線的相對位置關系如圖2所示[2]。這樣，結合概念，以具體的尺寸為實例，用改變、列舉加圖示的方法，幫助學生理解基本偏差和標準公差。

3.公差配合。公稱尺寸相同且相互結合的孔和軸公差帶之間的關系稱為配合。根據使用要求的不同，配合有松和緊。孔的公差帶位于軸的公差帶之上，具有間隙，稱間隙配合；軸的公差帶位于孔的公差帶之上，具有過盈，稱過盈配合；軸的公差帶與孔的公差帶相互交疊，可能具有間隙或過盈，稱過渡配合。通常根據使用要求的不同選擇。

二、表面粗糙度

零件在進行機械加工后，經放大其加工表面高低不平，零件加工表面具有較小間距與峰谷所組成的微觀幾何形狀特性稱為表面粗糙度。表面粗糙度是評定零件表面質量的一項重要技術指標，對零件的配合、耐磨性、抗腐蝕性以及密封性等都有顯著的影響，是零件圖中必不可少的一項重要技術要求。常用評定的參數主要有輪廓算術平均偏差Ra[4]。因為是偏差，所以參數值越小，精度越高；相反，參數值越大，精度越低。凡是零件上有配合要求或有相對運動的表面，表面粗糙度參數值要小。選擇時，從經濟性出發，一般要求滿足表面功用要求的前提下，精度要低，更經濟。進行機械測繪時，要求學生能根據零件工作情況選擇并正確標注零件各個表面的表面粗糙度。在對某個零件進行表面粗糙度標注時，究竟需要標在多少、標注位置在哪里，常常困擾著沒有接觸過機械加工、對粗糙度沒有感性認識的學生。國家標準規定，在圖樣中標注表面粗糙度時，對每一表面要求只標注一次。因此，標注時可以借鑒組合體的形體分析法進行標注，假想將零件分成多個基本題，然后逐一對各個基本題的表面進行標注。對基本體標注時，長方體結構需要對上下、左右、前后共6個面進行標注；圓柱需要標注上、下底和圓柱面共3個表面的粗糙度；圓錐需要標注底面和圓柱面共2個表面。標注時，如有疊加、平齊等重合的面且該面的粗糙度要求又一樣，只標注一次即可。按照這樣的原則，采用形體分析的方法，逐一對每一個形體進行標注即可。注寫時可以注寫在輪廓線上，也可以直接注寫在延長線上，多數表面具有相同粗糙度時，可統一標注在標題欄附近。且注寫和讀取方向與尺寸的注寫和讀取方向一致，具體標注內容、方向如圖3所示。

讀圖時，根據指向表面的粗糙度符號的數值讀取參數，若沒有直接指向表面的符號，說明是統一標注的數值。最后看圖時看有幾種不同的參數值，加上統一標注的，就是零件表面粗糙度的種類數。如圖3中共有5種不同的表面粗糙度要求，粗糙度要求最高為Ra0.8，粗糙度要求最低為Ra12.5，階梯孔表面的粗糙度為Ra3.2。

三、幾何公差

零件的幾何公差是針對構成零件幾何特征的點、線、面的誤差，是指零件的形狀公差、位置公差、方向公差和跳動公差，是指點、線、面的實際形狀、位置、方向和跳動對其理想狀態的允許變動量。對于精度要求較高的零件，要規定其表面形狀的幾何公差，合理確定幾何公差是保證產品質量的重要措施。學習該內容，要求學生能正確標注和識讀幾何公差內容。

在技術圖樣中，幾何公差要求在矩形框格中給出，公差框格分兩格和多格，框格中的內容從左至右按幾何特征、公差值、基準字母的次序填寫，如圖4所示。標注形狀公差時由于形狀是相對于幾何特征本身理想狀態的形狀，所以它沒有基準，標注時是兩框格。位置公差、方向公差、跳動公差是相對于其他的點、線、面等要素，所以標注該類幾何公差時要標出相比較的參照物的線和面（也即國家標準中的基準）。有時參照的基準不止一個，所以標注時為三個或多個框格。被測要素和基準可以是線、面或軸線，當被測要素是軸線時，應將標注的指引線箭頭與該要素的尺寸線對齊；當基準要素是軸線時基準三角形與該要素的尺寸線對齊。

幾何公差的標注示例如圖4所示的閥桿，桿身圓柱度公差為0.05，Φ36圓柱的右端面對Φ16f7軸線的垂直度公差為0.025，M8×1螺紋孔的軸線對Φ16f7軸線的同軸度公差為Φ0.1，閥桿右端面對Φ16f7軸線的圓跳動公差為0.1。標注中，由于圓柱度是形狀公差，兩框格，沒有基準；垂直度公差、同軸度公差、圓跳動公差分別為方向公差、位置公差、跳動公差，三框格，必須標注基準，基準為Φ16f7軸線[4]。

四、結束語

針對零件圖技術要求中的內容，要注意需要標注哪些內容，怎樣標注，標注時按照有關制圖的現行國家標準及企業標準或規定繪制，標注正確、完整、清晰、合理和統一。結合具體事例，利用通俗語言，采用類比、枚舉、圖示和分析的方法通俗易懂地解釋專業的詞語，幫助學生理解。對后續的專業課程，如機械制造、金屬材料及熱處理等有所了解，為后續的課程以及畢業設計和將來走向工作崗位打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]韓素蘭，李文娟，程方.機械制圖課程與大學生實踐能力培養研究[J].中國科技信息，2009，（14）：241-242.

[2]盧繼霞，張運九.非機類“工程圖學”課程零件圖內容教學探討[J].中國科教創新導刊，2013，（35）：144.

[3]胡建生.機械制圖[M].北京：機械工業出版社，2009：203-211.

[4]何銘新，錢可強.機械制圖[M].北京：高等教育出版社，2010：305-312.