尺寸链理论讲解方法探讨

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摘要： 尺寸链理论是高职机械类专业学生必须掌握的重要理论之一，也是《机械制造工艺学》课程的重点和难点。本文从尺寸链理论的教学内容安排、重点难点分析、教学技巧和课时分配等方面对尺寸链理论讲解方法进行了探讨。

关键词： 尺寸链理论；工艺尺寸链；装配尺寸链；机械制造工艺学

中图分类号：TH16 G42 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）22-0263-020 引言

尺寸链理论是高职机械类专业学生必须掌握的重要理论之一，它对机械加工工艺规程和装配工艺规程的编制、机械产品设计工作具有重要的指导意义，是机械设计与制造专业毕业生专业素质的重要组成部分，也是《机械制造工艺学》课程的重点和难点。近年来招收的三年制高职学生文化素质相对有所降低，感性知识少、理解力亦欠缺，若要在有限的教学课时内系统掌握尺寸链理论确实有一定难度。下面笔者就把多年探索和实践总结的关于尺寸链理论的教学经验作一简单阐释。

1 对尺寸链理论分两个阶段讲解

机械加工工艺尺寸链在学习第一板块机械加工工艺规程的制订时先行介绍，装配尺寸链放到学期末学习第四板块装配工艺基础时讲解。教学第一阶段计划安排10课时，在第二阶段装配尺寸链讲解计划安排8课时。这样安排主要有两个好处：其一，在人才培养方案中本学期中间（大约第12周左右）给学生安排有为期两周的装配实习，这样，在学习装配尺寸链之前，学生对装配方面的知识除了从多媒体课堂看到的图片、视频以外还有了初步的感性认识，有助于提高学习效率。其二，到了期末，由于学生对《机械制造工艺学》中的工艺理论有了比较全面认识，此时在回顾、对比和总结机械加工工艺尺寸链的基础上进一步讲解装配尺寸链会起到融会贯通、事半功倍的教学效果。

2 在教学第一阶段，以机械加工工艺尺寸链中的线性尺寸链为重点

讲解这一部分内容时，应注意以下几个问题。

2.1 尺寸链组成中关于“封闭环”的概念，尽管可以用机械加工过程中“自然形成、间接保证”八个字准确概括，但是要让学生真正完全理解其含义还需要一个过程。这是建立工艺尺寸链的难点，通过大量实例进行实训才能掌握。

2.2 关于尺寸链的特性。只强调封闭性和顺序性，而对比较复杂的各组成环影响封闭环大小变化的传递系数问题暂不讨论，降低难度，以便于掌握。

2.3 建立工艺尺寸链是学习机械加工工艺尺寸链理论的重点和难点，教学过程中应该安排2～4课时的习题课，列举大量机械加工实例让学生深刻理解组成尺寸链的各种环的概念，了解尺寸链的特性，亲自动手绘制尺寸链图，系统地掌握建立工艺尺寸链的方法和步骤。初学者最常见的错误是尺寸链图画对了，但找错了封闭环，造成尺寸链计算失败。教师应该及时提醒学生注意这个问题。

2.4 目前计算线性尺寸链方法主要有极值法和概率法两种，前者简单、实用，应该详细介绍，后者相对复杂，可将其分散到第二阶段装配尺寸链学习过程中进行。另外，授课时给学生补充讲解工厂里常用的竖式法（表格化的极值法），这种方法计算、调整方便，非常实用。

2.5 精简极值法计算公式。工艺尺寸链理论用于确定工序尺寸及其公差（上偏差和下偏差）三个数值。从理论上讲，借助三个一元一次方程就可以解决问题。在实际教学过程中，笔者建议学生只记住四个公式，即①封闭环的基本尺寸等于所有增环基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和；②封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和；③封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和；④封闭环的公差等于所有组成环的公差之和。选择其中任意两个公式便可完成极值法的全部尺寸链计算。

2.6 讲解例题和讨论习题注意由简到繁。建议按照步骤进行：各种工艺基准和设计基准不重合情况下工艺尺寸链的解算“假废品”问题极值法的表格形式计算方法（竖式法）工序尺寸的公差调整与分配方法形位公差环对尺寸链的影响规律尺寸链理论综合应用平面尺寸链的解算工序尺寸图解法。

3 关于装配尺寸链理论讲解应注意的问题

3.1 由于装配尺寸链的封闭环通常都是产品装配精度或部件、组件的装配精度，不用查找，因此，从建立装配尺寸链的过程来看相对于建立工艺尺寸链要容易一些。解算装配尺寸链的真正难点在大数互换装配法、修配装配法和固定调整装配法这三种方法。

3.2 互换装配法中，完全互换装配法的尺寸链解算和前面介绍过的工艺尺寸链极值法基本一样，不再赘述。分组装配法可以不应用尺寸链理论；只有大数互换装配法由于需要应用概率统计理论，公式多，计算相对复杂，讲解到利用“尺寸相依法”确定工序尺寸及其公差时，应适当放慢速度，力求详细、透彻。

3.3 应该注意和强调的是修配装配法和调整装配法都是主要通过改变某一个被称作补偿环的组成环（修配环或调整环）的大小来调控整个装配尺寸链的，而互换装配法一般只利用调整分配各组成环的公差大小及其分布位置来满足装配精度要求，二者有着本质的区别。修配装配法解算尺寸链时，判别修配环（补偿环）变化引起封闭环“越修越小”还是“越修越大”或者二者兼而有之是解决问题的关键，不同的判断导致引用不同的计算公式，结果也会不同，因而对学生来讲有一定的难度；固定调整装配法解算尺寸链时，调整环（补偿环）的“补偿量”、 “补偿能力”和“分组数”这三个概念比较抽象，需要正确认识和理解，尺寸链的解算相对复杂。

3.4 角度尺寸链在装配尺寸链中虽然占有一定的比重，但是经过角度转换和线性化处理之后的角度尺寸链也类同与前面讲过的线性尺寸链，可以代入上述四个公式进行计算。因此，在教学过程中仅作一般性介绍即可。

3.5 一种产品究竟采用何种装配方法来保证装配精度，通常在设计阶段就应确定。因为只有在装配方法确定后，才能通过尺寸链的解算合理地确定各个零部件在加工和装配过程中的技术要求。由此可以看出，根据封闭环的公差要求（装配精度）、产品或部件的结构特点（组成环环数）、生产类型及具体生产条件选择恰当的装配方法非常重要，要求学生掌握选择要领。

3.6 在第二阶段装配尺寸链讲解结束前，安排总结、窜讲机械加工工艺尺寸链和装配尺寸链的系统知识，并找出其内在联系和异同之处，使学生对尺寸链理论的认识水平有一个综合的提高。

4 机械类专业课程改革后的尺寸链理论

近年来，随着教育教学改革的进一步深入，一些高职院校不再开设《机械制造工艺学》这门课程，但是尺寸链理论依然保留在新编的系列教材《机械基础》、《机械制造基础》、《机械加工技术》、《机械加工工艺方案设计与实施》等之中，并且增添了计算机辅助建立和计算工艺尺寸链的内容。目前各院校使用的《公差配合与技术测量》教材也涉及尺寸链理论。课程改革以后，总体来看各种教材留给尺寸链理论的理论课时愈加稀少。如何在有限的课时内把决定学生专业素质的重要理论不打折扣地传授给学子们，对所有任课教师来讲不能不说是一个很大的挑战！

参考文献：

[1]机械制造工艺学.王先达主编.北京：机械工业出版社，1995年.

[2]机械制造工艺学.顾崇衔主编.西安：陕西科学技术出版社，1987年5月.

[3]机械制造工艺学.郑修本，徐增豪，徐雳等著.北京：机械工业出版社，1999年5月.