李雨桐， 王玉新

(中國石油大學(xué)機(jī)電學(xué)院，山東 青島 266580)

強(qiáng)化工程意識(shí)與工程圖樣繪制能力的工程圖學(xué)教學(xué)探討

李雨桐， 王玉新

(中國石油大學(xué)機(jī)電學(xué)院，山東 青島 266580)

結(jié)合作者在企業(yè)長期工作積累的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)強(qiáng)化工程意識(shí)與工程圖樣繪制能力的工程圖學(xué)教學(xué)進(jìn)行了探討，通過化整為零、見縫插針的教學(xué)方式，將與工程圖樣繪制相關(guān)的工程實(shí)踐知識(shí)作為補(bǔ)充內(nèi)容，安插在相應(yīng)的章節(jié)，以開拓知識(shí)面的形式進(jìn)行介紹，然后在裝配圖繪制等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，鼓勵(lì)學(xué)生將學(xué)到的工程實(shí)踐知識(shí)運(yùn)用到零件構(gòu)型設(shè)計(jì)與工程圖樣繪制之中，培養(yǎng)學(xué)生工程圖樣繪制的工程背景意識(shí)，為將來繪制出符合工程實(shí)際要求的工程圖奠定基礎(chǔ)。

工程圖學(xué)；教學(xué)改革；工程圖樣；工程意識(shí)；培養(yǎng)

近年來，我國高等學(xué)校工程圖學(xué)教學(xué)改革形成了“百花齊放、百家爭鳴”的良好學(xué)術(shù)氛圍。廣大圖學(xué)教師以極大的熱情、如火如荼地對(duì)工程制圖教學(xué)改革進(jìn)行了全方位、多角度地探索，提出了各自的教學(xué)改革思路和方法[1-3]，取得了有益的經(jīng)驗(yàn)和成果。如計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)課件的制作[4-5]、三維 CAD軟件在工程制圖教學(xué)中的運(yùn)用等[6-12]。針對(duì)培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才的需求，王楓紅等[13]探討了工程圖學(xué)的創(chuàng)造性構(gòu)型設(shè)計(jì)教學(xué)模式，樓程富等[14]探討了工程圖學(xué)的研究性教學(xué)模式。童秉樞等[15]在總結(jié)10年來我國工程圖學(xué)教學(xué)改革中的問題、認(rèn)識(shí)與成果的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)出工程圖學(xué)課程改革的5種模式，分析了相應(yīng)的案例和教改效果及特點(diǎn)。宋洪俠[16]在簡要介紹中國首次參加世界技能機(jī)械設(shè)計(jì)CAD項(xiàng)目大賽的基本情況后，剖析了目前我國機(jī)械制圖教學(xué)中存在的問題，提出了調(diào)整教學(xué)重點(diǎn)，即：注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理化、圖紙表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)化、尺寸及技術(shù)要求標(biāo)注可測(cè)性與可加工性的深化教學(xué)改革的具體措施。余明浪[17]從企業(yè)對(duì)畢業(yè)生反應(yīng)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等多角度，分析了當(dāng)前工程圖學(xué)教學(xué)中存在的問題，提出“突出應(yīng)用性，強(qiáng)調(diào)實(shí)踐性，注意針對(duì)性，增強(qiáng)適應(yīng)性”的教改思路。

工程圖樣是設(shè)計(jì)者表達(dá)其設(shè)計(jì)意圖、實(shí)施零部件加工、檢測(cè)的工程技術(shù)語言，它涉及到機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與技術(shù)測(cè)量、機(jī)械制造工藝等多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，是這些領(lǐng)域知識(shí)及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的綜合運(yùn)用，實(shí)踐性極強(qiáng)。一個(gè)設(shè)計(jì)者的工程圖樣繪制能力最終通過工程圖樣來體現(xiàn)。

作為工科大類技術(shù)基礎(chǔ)課程的工程圖學(xué)，一般開設(shè)在大學(xué)一年級(jí)。面對(duì)入校不久、缺少工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)的莘莘學(xué)子，如何在工程圖學(xué)教學(xué)中，強(qiáng)化他們工程圖樣繪制的工程意識(shí)，初步建立符合工程規(guī)范的工程圖繪制思維模式，一直是工程圖學(xué)教學(xué)中一個(gè)比較困難的問題。為此，童秉樞等[15]提出了破“專職制圖教師”體制模式的思想，提倡現(xiàn)有教師拓寬知識(shí)面，學(xué)習(xí)圖學(xué)新理論和新技術(shù)，學(xué)習(xí)專業(yè)的新理論與新技術(shù)，提倡圖學(xué)教師除從事教學(xué)外，還應(yīng)從事科學(xué)研究或生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)，改變一個(gè)人長期只教一門課的局面，以提高自身的業(yè)務(wù)素質(zhì)和學(xué)術(shù)水平。

作者在工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累和相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)強(qiáng)化工程圖樣繪制能力的工程圖學(xué)教學(xué)進(jìn)行了探討。

1 現(xiàn)代制造業(yè)對(duì)工程圖樣繪制的要求

現(xiàn)代制造業(yè)是全壽命產(chǎn)品開發(fā)模式[18]，包括產(chǎn)品的市場(chǎng)需求分析、概念設(shè)計(jì)、構(gòu)型(configuration)設(shè)計(jì)、細(xì)化設(shè)計(jì)、制造加工與售后服務(wù)等環(huán)節(jié)。產(chǎn)品開發(fā)的目的在于為企業(yè)獲得市場(chǎng)及利潤。從制造全球化角度來看，現(xiàn)代制造業(yè)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品開發(fā)的創(chuàng)新性、制造企業(yè)的敏捷性與產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性，以低成本、高可靠性的創(chuàng)新產(chǎn)品參與市場(chǎng)競爭，是企業(yè)贏得市場(chǎng)、取得良性發(fā)展的關(guān)鍵。

產(chǎn)品的創(chuàng)新主要在概念設(shè)計(jì)和(結(jié)構(gòu))細(xì)化設(shè)計(jì)兩個(gè)階段實(shí)施，前者主要決定產(chǎn)品的功能與性能，而后者則決定產(chǎn)品的制造成本與性能可靠性，即產(chǎn)品的品質(zhì)。當(dāng)產(chǎn)品的工作原理確定后，完美的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是體現(xiàn)產(chǎn)品性能、品質(zhì)的主要因素，而這些因素對(duì)于吸引消費(fèi)者購買力具有重要影響。因此，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是產(chǎn)品創(chuàng)新開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，應(yīng)該從產(chǎn)品開發(fā)的整體角度對(duì)其認(rèn)識(shí)和規(guī)劃。

從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理性、性能可靠性與制造經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，作為產(chǎn)品加工制造的工程技術(shù)語言，產(chǎn)品的工程圖樣應(yīng)該滿足：結(jié)構(gòu)表達(dá)準(zhǔn)確性和規(guī)范性、產(chǎn)品工藝及裝配合理性、測(cè)試便利性等要求。

制造業(yè)全球化的發(fā)展，使得中小型企業(yè)成為零部件加工的主要承擔(dān)者。盡管這些加工企業(yè)一般配有高檔的數(shù)控加工設(shè)備，如加工中心等，但受勞動(dòng)力成本等因素限制，很少有企業(yè)配備專職的加工工藝制定技術(shù)人員。這一特點(diǎn)要求，工程圖樣的繪制者應(yīng)通過尺寸基準(zhǔn)、重要尺寸、尺寸公差及配合、幾何公差、表面結(jié)構(gòu)等技術(shù)要求的標(biāo)注，盡可能清楚地表達(dá)零件的加工工藝與工序，以便數(shù)控設(shè)備操作人員能按設(shè)計(jì)者的意圖實(shí)施加工，并加工出符合設(shè)計(jì)要求的零件。

零庫存是現(xiàn)代制造業(yè)的另一個(gè)特色。從制造經(jīng)濟(jì)性考慮，零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)該基于市場(chǎng)可采購資源前提下進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)，同時(shí)采用少去除材料加工方式，以便降低原材料的消耗和對(duì)庫存資金的占用。

2 強(qiáng)化工程意識(shí)的教學(xué)過程

2.1 零件圖的標(biāo)注

零件圖的標(biāo)注，對(duì)于零件加工精度的保障和加工經(jīng)濟(jì)性有重要的影響。教學(xué)時(shí)，除講授定形尺寸、定位尺寸、總體尺寸標(biāo)注要求以及標(biāo)注基本原則之外，結(jié)合典型零件，簡單地介紹其在數(shù)控加工中心上的定位模式、加工順序、尺寸測(cè)量方法等，使學(xué)生對(duì)零件圖上不同功能要素的面、孔等的加工方法及次序、尺寸標(biāo)注基準(zhǔn)的選擇與測(cè)量方法等工程背景依據(jù)，有一定的了解和認(rèn)識(shí)。

如圖1(a)所示，A面作為加工基準(zhǔn)面，AB=20，AC=50，AD=60。若將尺寸標(biāo)注為AB=20，BC=30，CD=10，當(dāng)全部加工尺寸均處于公差上界0.1時(shí)，全長尺寸成了 AD=60.3，這與設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)公差±0.1具有較大偏差。對(duì)軸長度尺寸如此標(biāo)注的話，則會(huì)產(chǎn)生很大的誤差。實(shí)現(xiàn)的功能不同，尺寸的標(biāo)注方法也不同。圖1(a)中，A面為與其他零件的配合面，B、C孔和D面也與其他零件相連接、配合；而圖1b則只需要B、C孔距達(dá)到±0.01的要求；圖1c對(duì)AB、BC、CD分別有較高的公差要求，而整體尺寸則不重要。設(shè)計(jì)者依據(jù)對(duì)尺寸的標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)其加工設(shè)想，如對(duì)圖1(a)的尺寸標(biāo)注方式，加工者就不可從D面開始按10，40，60逆序追加尺寸進(jìn)行加工。

對(duì)于設(shè)計(jì)者經(jīng)常采用的對(duì)稱標(biāo)注，如圖1(d)中，孔A和孔A′會(huì)有按AB AB′= 加工之意。在孔B中線上標(biāo)注20，對(duì)于孔A和孔A′來講，其與加工基準(zhǔn)面C的距離并不重要，重要的是孔A和孔A′的對(duì)稱中心在孔B中心線上。此外，孔B距C面的距離卻很重要。按圖1(d)標(biāo)注在加工中心上的加工順序?yàn)椋夯鶞?zhǔn)C→B→A(A′)→A′(A)。然而，按圖1(e)進(jìn)行標(biāo)注時(shí)，加工順序只有一種：C→B→(C→) A′→A。

圖1 不同功能要求的相應(yīng)尺寸標(biāo)注(未注尺寸公差為±0.1)

在軸類零件尺寸公差合理標(biāo)注方面，向?qū)W生講解清楚軸徑傾向加工偏大，而孔徑易偏小的原因。由于加工者對(duì)“過切削”的擔(dān)心，當(dāng)加工者切削至公差范圍附近時(shí)，對(duì)可在公差范圍內(nèi)的進(jìn)刀量進(jìn)行估計(jì)，然后進(jìn)行加工，其后測(cè)量到尺寸位于公差帶之內(nèi)則加工終止。因此，孔加工到超過公差，軸加工到小于最大尺寸時(shí)則終止加工。這樣，由于以孔加工到其下極限尺寸、軸加工到其上極限尺寸為目標(biāo)進(jìn)行加工，造成加工出的孔稍小、軸稍大。對(duì)于軸、孔加工特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生合理選取公差帶，防止軸實(shí)際尺寸大于孔實(shí)際尺寸現(xiàn)象的發(fā)生。

由于幾何公差的測(cè)量比較復(fù)雜，幾何公差最好由加工中心等數(shù)控加工設(shè)備的自身精度來保證。這就要求零件在數(shù)控加工設(shè)備上的定位基準(zhǔn)面與幾何公差的基準(zhǔn)面一致，零件上其他幾何公差基準(zhǔn)面應(yīng)與零件在數(shù)控加工設(shè)備上的定位基準(zhǔn)面有平行或垂直的關(guān)系。頻繁地更改加工定位基準(zhǔn)，將極大地增加產(chǎn)品在數(shù)控設(shè)備上的加工成本，且降低產(chǎn)品的加工精度。如圖2所示，當(dāng)按圖中的同軸度進(jìn)行標(biāo)注時(shí)，如果不一次裝夾同時(shí)加工出 100φ 圓柱面和圓柱面，同軸度就不能滿足精度要求。兩頭重新裝夾，則會(huì)降低精度。學(xué)生往往認(rèn)為，因結(jié)構(gòu)功能需要， 100φ 和 60φ 兩圓柱面應(yīng)該有較高的同軸度，需要標(biāo)注同軸度形位公差，這是正確的思路。于是，基于這一考慮，選其中一個(gè)圓柱面作為基準(zhǔn)，標(biāo)注另一圓柱面的同軸度，以為這樣兩個(gè)圓柱面的同軸度就會(huì)達(dá)到要求。實(shí)際上，該零件的同軸度在加工過程中很難保證。如單件小批量生產(chǎn)，且兩個(gè)圓柱面硬度較高時(shí)，需要添加工藝芯軸，采用磨削加工；如果兩圓柱面硬度較低，則可采用切削加工方式，一次裝卡，依次車削兩個(gè)圓柱面，最后將其從母體材料上割斷。

圖2 形位公差標(biāo)注

繪制零件圖的目的在于指導(dǎo)制造者加工，必須使制造商僅憑零件圖就毫無疑問地能進(jìn)行加工。因此，在零件圖繪制教學(xué)中，逐步培養(yǎng)學(xué)生在頭腦中建立加工的概念，要設(shè)身處地為制造者考慮，對(duì)圖中每一個(gè)面、每一條線的加工方法有一定的分析(盡管是初步的，或者甚至是錯(cuò)誤的，但這種思維模式是有益的，通過實(shí)踐知識(shí)的積累，使學(xué)生逐步步入繪制出符合工程實(shí)際的工程圖樣的軌道)，對(duì)實(shí)現(xiàn)幾何公差的加工工藝和加工基準(zhǔn)有一定的了解，使繪制的零件圖盡可能地接近工程實(shí)際。不考慮加工工藝的設(shè)計(jì)，要么出現(xiàn)設(shè)計(jì)不能加工，要么加工成本較高，如圖3所示。具體講授時(shí)，作為知識(shí)補(bǔ)充，利用一張幻燈片，為學(xué)生講授不同加工方法對(duì)應(yīng)的加工精度和工時(shí)成本，為學(xué)生合理確定零件的加工面尺寸和加工精度，逐步樹立加工經(jīng)濟(jì)性的概念，奠定知識(shí)基礎(chǔ)。

圖3 加工困難的設(shè)計(jì)

2.2 構(gòu)型設(shè)計(jì)合理性原則

滿足功能需求的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，一直是機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新體系中的核心問題，是決定產(chǎn)品性能、品質(zhì)、壽命、可靠性和可維護(hù)性的重要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的主要問題之一。

從作者近年來對(duì)本科生機(jī)械設(shè)計(jì)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)等課程的教學(xué)情況來看，學(xué)生在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的知識(shí)和訓(xùn)練尚顯欠缺。盡管在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程中有對(duì)軸系結(jié)構(gòu)合理性分析的內(nèi)容，在機(jī)械制造加工工藝課程中有關(guān)于鑄造、加工等結(jié)構(gòu)合理性的介紹，但受實(shí)際結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的制約，這些內(nèi)容在處理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題時(shí)存在一定的局限性。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于專業(yè)工程師也是比較困難的問題，上世紀(jì)末，吳宗澤教授的《機(jī)械設(shè)計(jì)禁忌》成為機(jī)械工業(yè)出版社發(fā)行量最大的一本書，就充分表明了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性和重要性。

為使學(xué)生在構(gòu)型設(shè)計(jì)時(shí)建立結(jié)構(gòu)合理性的概念，在零件圖結(jié)構(gòu)分析章節(jié)，講授了零件形狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的約束條件，如圖4所示，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，零件的構(gòu)型設(shè)計(jì)不僅與加工裝配有關(guān)，而且與經(jīng)濟(jì)性、布局空間等有關(guān)。在此基礎(chǔ)上，簡單介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性的六個(gè)原則：

(1) 力平衡原則；

(2) 力傳遞路徑最短原則；

(3) 強(qiáng)度原則；

(4) 加工經(jīng)濟(jì)性原則；

(5) 結(jié)構(gòu)合理性原則；

(6) 形狀平衡與完美性原則。

圖4 構(gòu)型設(shè)計(jì)的約束條件

基于力平衡原則的結(jié)構(gòu)，可以極大地降低零件的內(nèi)應(yīng)力，提高材料的利用率，降低加工成本。如圖5(a)所示，將液壓缸兩端蓋與缸體用螺栓連接后，兩側(cè)端蓋液壓力與螺栓拉力平衡，不會(huì)在缸體上產(chǎn)生軸向拉應(yīng)力；短的力路徑傳遞，可以提高零部件的結(jié)構(gòu)可靠性，如圖5(b)所示；強(qiáng)度準(zhǔn)則是零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最常見的一種規(guī)范，對(duì)于圖6(a)所示的初始構(gòu)造零件，在考慮其受力變形后成為圖6(b)，需要添加輔助支撐筋板，成為如圖6(c)所示的結(jié)構(gòu)。

圖5 力平衡結(jié)構(gòu)和力路徑最短結(jié)構(gòu)

圖6 考慮強(qiáng)度確定零件形狀的過程

零部件加工的經(jīng)濟(jì)性比較復(fù)雜，提醒學(xué)生在零件的構(gòu)型、標(biāo)注、技術(shù)要求、材料選擇等方面，應(yīng)適當(dāng)關(guān)注表達(dá)零件的加工工藝性，盡量少更換加工定位基準(zhǔn)，零件的幾何公差等盡量通過加工設(shè)備本身精度得到保證。在材料選擇上，盡量采用市場(chǎng)可以購買的材料，以便降低庫存，迅速組織生產(chǎn)。在軸類零件尺寸標(biāo)注時(shí)，明確根據(jù)市場(chǎng)圓鋼牌號(hào)系列進(jìn)行最大軸徑尺寸標(biāo)注的原則，即在軸強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)添加加工余量，然后從圓鋼系列尺度中選擇合適的尺寸，基于此尺寸和加工余量，確定軸的最大外徑。由此，降低軸類零件的加工成本，提高材料的利用率。為了降低超大平面的加工工作量，建議學(xué)生采用凸臺(tái)或沉孔結(jié)構(gòu)等。除此之外，讓學(xué)生了解，零件的加工與設(shè)備有密切關(guān)系，當(dāng)走向工作崗位進(jìn)行零部件設(shè)計(jì)時(shí)，一定要對(duì)企業(yè)的加工設(shè)備、制造工藝有所了解，在參照前任工程技術(shù)人員圖紙、綜合分析的基礎(chǔ)上，繪制出符合企業(yè)加工設(shè)備現(xiàn)狀的零件圖紙。

3 強(qiáng)化構(gòu)型合理性的實(shí)踐教學(xué)

結(jié)合裝配圖繪制教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)合理性分析教學(xué)。齒輪泵是裝配圖教學(xué)實(shí)踐的對(duì)象之一，如圖7所示。在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐過程中，首先，讓學(xué)生看一下齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)裝配順序的動(dòng)畫，了解該泵的結(jié)構(gòu)組成、連接關(guān)系及工作原理。然后，講解齒輪泵低壓腔和高壓腔的構(gòu)成，以及由于間隙泄露沿齒輪周向由高壓區(qū)向低壓區(qū)的壓力分布情況。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)結(jié)構(gòu)合理性原則，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，尋找結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的不足，啟發(fā)學(xué)生采用結(jié)構(gòu)合理性原則對(duì)其進(jìn)行更改。在圖7結(jié)構(gòu)中，齒輪軸在齒輪兩端都有較大的退刀槽，在齒輪軸交變應(yīng)力作用下，很容易因應(yīng)力集中造成疲勞斷裂，導(dǎo)致齒輪泵失效破壞。改進(jìn)的辦法是去除退刀槽，在泵殼體上開圓弧倒角。

圖7 齒輪泵典型的裝配結(jié)構(gòu)

從力平衡的角度考慮，沿齒輪周向的高壓油壓力分布在齒輪軸上產(chǎn)生一個(gè)不平衡力F，當(dāng)泵的工作壓力比較小時(shí)，該不平衡力對(duì)齒輪軸的磨損影響不大，所以圖7所示的齒輪泵結(jié)構(gòu)比較適合作為低壓泵使用，結(jié)構(gòu)簡單，制造成本較低。但當(dāng)壓力較大時(shí)，不平衡力F對(duì)齒輪軸的磨損影響很大。改進(jìn)的辦法是：從高壓腔引入液壓油在作用力F的對(duì)面添加一個(gè)半圓弧液壓靜壓支撐，以平衡F，改進(jìn)結(jié)構(gòu)如圖8所示。改進(jìn)結(jié)構(gòu)減少了齒輪軸的彎曲應(yīng)力和應(yīng)力集中現(xiàn)象，以及齒輪軸與軸套之間的油膜接觸應(yīng)力，同時(shí)，低壓端齒輪齒頂與泵體內(nèi)表面的摩擦磨損情況得到改善，齒輪泵的性能、品質(zhì)、壽命得到提高。

圖8 齒輪泵改進(jìn)結(jié)構(gòu)

在構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中，學(xué)生可能遇到不掌握的新知識(shí)，如圖8中靜壓軸承的設(shè)計(jì)。此時(shí)，指導(dǎo)教師應(yīng)給予恰當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)，且只要求學(xué)生有結(jié)構(gòu)合理性分析的意識(shí)，給出合理結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路，如繪出靜壓槽、靜壓導(dǎo)入油路等，而不要求進(jìn)行超出知識(shí)范疇的細(xì)化設(shè)計(jì)。

通過構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)過程，學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)合理性分析產(chǎn)生了濃厚的興趣，學(xué)生體會(huì)到構(gòu)型設(shè)計(jì)是綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)的結(jié)果，特別是，合理的結(jié)構(gòu)分析和對(duì)原有結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，激發(fā)了學(xué)生對(duì)構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)的積極性，強(qiáng)化了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)。

構(gòu)型設(shè)計(jì)涉及到材料、加工、裝配、產(chǎn)品的品質(zhì)與性能可靠性等方方面面，讓學(xué)生全面考慮這些因素，給出非常貼近工程實(shí)際、易于加工制造的構(gòu)型方案，是比較困難的和不現(xiàn)實(shí)的。這里我們希望，通過構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，使學(xué)生了解構(gòu)型設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循的基本原則，逐步培養(yǎng)結(jié)構(gòu)合理性、制造工藝性、裝配便利性、加工經(jīng)濟(jì)性等構(gòu)型思維意識(shí)。

4 強(qiáng)化工程圖樣繪制能力的教學(xué)過程

在強(qiáng)化通才教育、縮減課時(shí)的大背景下，如何在不增加教學(xué)課時(shí)的前提下，提高同學(xué)們的工程圖樣繪制能力，一直是圖學(xué)教師不斷探索的課題。我們的做法是：采用化整為零、注重工程意識(shí)培養(yǎng)、鼓勵(lì)實(shí)踐應(yīng)用的策略，將與工程圖樣繪制相關(guān)聯(lián)的零部件加工工藝、材料選取、加工方法與精度等工程背景知識(shí)，作為補(bǔ)充內(nèi)容，融入到主要教學(xué)內(nèi)容之中，以開拓學(xué)生知識(shí)面的形式向大家介紹。然后，在裝配圖繪制與測(cè)繪實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，鼓勵(lì)學(xué)生將學(xué)到的工程實(shí)踐知識(shí)運(yùn)用到零件構(gòu)型設(shè)計(jì)與工程圖樣繪制之中。具體做法如下：

(1) 在組合體及零件圖標(biāo)注章節(jié)，結(jié)合典型零件，講解零件的加工定位方法，不同形體、面的加工方法，定位、定形尺寸加工方法的實(shí)現(xiàn)及加工精度保證等相關(guān)內(nèi)容。

(2) 在標(biāo)準(zhǔn)件與常用件章節(jié)，以螺紋聯(lián)接件為對(duì)象，講授螺紋聯(lián)接構(gòu)型設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題，如圖9所示，以拓展學(xué)生在構(gòu)型設(shè)計(jì)時(shí)考慮問題的視野，使工程圖樣更符合工程實(shí)際。

(3) 以齒輪為案例，講授齒輪在市場(chǎng)上已有符合國標(biāo)和設(shè)計(jì)手冊(cè)的半成品坯料，希望學(xué)生在小批量設(shè)計(jì)制造時(shí)應(yīng)考慮首選市場(chǎng)半成品坯料，降低產(chǎn)品的開發(fā)試制成本；以軸類零件尺寸標(biāo)注為案例，講解軸徑最大尺度與材料經(jīng)濟(jì)性及降低成本的關(guān)系，逐步使學(xué)生在頭腦中建立結(jié)構(gòu)制造加工經(jīng)濟(jì)性的概念。

圖9 螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的構(gòu)思浮想

(4) 在零件圖技術(shù)要求標(biāo)注部分，結(jié)合典型零件，講授加工中心上零件的定位與加工順序，特征形體定位尺寸精度的保證方法，特定形體的加工方法與加工精度關(guān)系，不同加工方法下的幾何公差范圍等相關(guān)內(nèi)容，為學(xué)生合理確定零件的尺寸基準(zhǔn)，定位、定形尺寸的選取，幾何公差的基準(zhǔn)選擇與標(biāo)注等，提供了實(shí)踐知識(shí)。

(5) 在裝配圖教學(xué)階段，講授結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性原則，使學(xué)生在依據(jù)功能需求進(jìn)行功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，能夠有意識(shí)地從構(gòu)型的合理性、經(jīng)濟(jì)性、性能的可靠性等角度，對(duì)構(gòu)思的滿足功能需求的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)、遴選。這種意識(shí)是很重要的，如果在其他課程教學(xué)實(shí)踐和大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中學(xué)生能夠自覺運(yùn)用，無疑，他們的工程圖樣繪制能力將會(huì)得到強(qiáng)化和提高。

5 建 議

提高學(xué)生的工程圖樣繪制能力，使學(xué)生盡可能地繪制出符合工程加工實(shí)際的圖紙，對(duì)授課教師和大學(xué)一年級(jí)缺少專業(yè)知識(shí)的學(xué)生來講，都是極大的挑戰(zhàn)。在當(dāng)今高校普遍縮減課時(shí)、高校教師忙于科研的大背景下，指望其他課程，如機(jī)械制造工藝、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與測(cè)量、畢業(yè)設(shè)計(jì)等教學(xué)課程與實(shí)踐環(huán)節(jié)，提高本科生工程圖樣繪制能力，在教學(xué)內(nèi)容組織上，還存在難以操作的具體困難。另一方面，讓同學(xué)們通過幾十學(xué)時(shí)工程圖學(xué)課程的教學(xué)，達(dá)到繪制出符合工程實(shí)際的工程圖紙，是非常不現(xiàn)實(shí)的。

強(qiáng)化工程意識(shí)與工程圖樣繪制能力的工程圖學(xué)教學(xué)，重要的是向?qū)W生傳授一種工程圖樣繪制的工程背景理念、合理性的理念和經(jīng)濟(jì)性的理念，即從零部件加工制造的經(jīng)濟(jì)性與工藝性、結(jié)構(gòu)合理性與性能可靠性等多角度考慮，對(duì)實(shí)現(xiàn)功能的零部件進(jìn)行構(gòu)型設(shè)計(jì)，考慮制造成本、加工方法以及材料來源，對(duì)零部件圖樣的技術(shù)要求、加工精度等進(jìn)行合理標(biāo)注。當(dāng)這些理念一旦形成，通過機(jī)械設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等其他實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的進(jìn)一步培養(yǎng)，在強(qiáng)化學(xué)生工程圖樣繪制能力方面，將會(huì)收到事半功倍的效果。

重視和強(qiáng)化學(xué)生工程意識(shí)與工程圖樣繪制能力的培養(yǎng)，應(yīng)當(dāng)適度，不應(yīng)對(duì)工程圖學(xué)原教學(xué)內(nèi)容造成沖擊。在實(shí)際教學(xué)過程中，對(duì)有關(guān)工程背景知識(shí)，宜采用化整為零的教學(xué)模式，以避免對(duì)原工程圖學(xué)教學(xué)體系產(chǎn)生影響。對(duì)一般性工程背景知識(shí)，采用隨堂講授、及時(shí)補(bǔ)充的教學(xué)方式，一般控制在5 min之內(nèi)；對(duì)于零件加工方法與尺度標(biāo)注、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性準(zhǔn)則兩項(xiàng)重要內(nèi)容，適當(dāng)增加講授課時(shí)，但一般不超過10 min。對(duì)于由于課時(shí)不足，造成學(xué)生對(duì)有關(guān)工程背景知識(shí)印象不深的問題，可以在實(shí)踐教學(xué)和習(xí)題分析等教學(xué)環(huán)節(jié)中重復(fù)、強(qiáng)化。對(duì)于補(bǔ)充的教學(xué)內(nèi)容，不作為考核范圍，僅用于拓寬學(xué)生的知識(shí)面，建立工程圖樣繪制的工程背景意識(shí)，在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)則鼓勵(lì)學(xué)生應(yīng)用。

6 結(jié) 論

通過將與工程圖樣繪制相關(guān)聯(lián)的零部件加工工藝方法、材料選取、加工方法與精度等工程背景知識(shí)作為補(bǔ)充內(nèi)容，融入到主要教學(xué)內(nèi)容之中，以開拓學(xué)生知識(shí)面的形式進(jìn)行介紹，使學(xué)生了解了工程圖樣背后的加工背景、成本背景、質(zhì)量背景等因素，在工程圖樣繪制時(shí)，對(duì)工程背景有所考慮。通過結(jié)構(gòu)合理性分析教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)應(yīng)用教學(xué)，學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)型創(chuàng)新有了濃厚的興趣，培養(yǎng)和提高了學(xué)生結(jié)構(gòu)創(chuàng)新能力。教學(xué)實(shí)踐表明，采用化整為零、注重工程意識(shí)培養(yǎng)、鼓勵(lì)實(shí)踐應(yīng)用的教學(xué)策略，有利于培養(yǎng)學(xué)生工程圖樣繪制的工程意識(shí)。而這種工程意識(shí)一旦建立，通過機(jī)械設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等其它實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的進(jìn)一步培養(yǎng)，在強(qiáng)化學(xué)生工程圖樣繪制能力方面，將會(huì)收到事半功倍的效果。

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Exploration of Enhancing Students′ Ability of Drawing Engineering Graphics and Engineering Concepts in Engineering Graphics Teaching

Li Yutong, Wang Yuxin
(Department of Mechanical & Electrical Engineering, China University of Petroleum, Qingdao Shandong 266580, China)

Based on author′s accumulated experiences in the enterprise, exploration for enhancing students′ ability of drawing engineering graphics and engineering concepts in engineering graphics teaching has been made. Through pieces of engineering knowledge and experience about engineering design, and use of every bit teaching time, the corresponding engineering knowledge for rational engineering drawing has been inserted in the corresponding sections of the teaching course in the form of expanding students′ knowledge and skill. And then in the assembly drawing design of practice teaching course, it is encouraged that students apply the learning knowledge of engineering practice to the structure design and the engineering drawing expression of parts. Consequently, the students′ consciousness considering engineering background of products while carrying out the design is cultivated gradually through the process of engineering drawings and expressions. This kind of consciousness will be helpful for students to draw out engineering graphics in according with the requirements of engineering practices.

engineering graphics; teaching reform; engineering drawing; engineering consciousness; training

TB 23

A

2095-302X(2014)05-0791-07

2013-12-29；定稿日期：2014-04-21

山東省高等學(xué)校教改立項(xiàng)資助項(xiàng)目(2009160)

李雨桐(1973–)，女，遼寧遼陽人，講師，博士。主要研究方向?yàn)閯?chuàng)新設(shè)計(jì)自動(dòng)化。E-mail：lyt_b@aliyun.com

王玉新(1964–)，男，河北黃驊人，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)闄C(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)理論與實(shí)踐研究。E-mail：strath_tj@hotmail.com