【形位公差塔】

　　作品內(nèi)容簡介

　　原理上該教具主要由孔軸層、跳動層組成?？纵S層為一孔多軸式，利用更換軸的方式實施，通過具有不同特征的軸與標(biāo)準(zhǔn)孔配合，加以光、電展示，介紹各形位公差項目的定義、公差帶、形位誤差的分析測量;跳動層用于展示跳動公差的定義和跳動誤差的測量。

　　結(jié)構(gòu)上，通過錐齒輪、絲杠螺母機構(gòu)使軸上下移動，與孔配合;通過手柄使軸旋轉(zhuǎn)，完成動態(tài)展示;通過蝸輪蝸桿機構(gòu)實現(xiàn)激光燈的傾斜，通過絲杠螺母機構(gòu)實現(xiàn)激光燈的橫向移動;通過電機帶動跳動層和激光燈作旋轉(zhuǎn)運動，以全面展示各公差帶的形狀、大小、位置及方向。

　　同時，利用攝像頭及相關(guān)軟件將教具與投影設(shè)備連接，實現(xiàn)孔軸部分的放大展示及形位誤差的測量與分析。

　　本教具可應(yīng)用于課堂教學(xué)，也可在實驗室使用，以形象、直觀的展示方式幫助學(xué)生建立空間概念，理解并掌握各形位公差項目，方便教師教學(xué)和師生互動，從而提高教學(xué)的效果。

　　1.功能模塊

　　為全面展示、講解各形位公差項目，形位公差塔由跳動層和孔軸層組成，以分別展示跳動公差及其他各形位公差項目。其功能模塊如下：

　　1.1跳動層

　　跳動層主要講解各跳動公差項目。跳動層由一個圓柱盤和一個圓錐盤組成(統(tǒng)稱跳動盤)，跳動盤置于底座上，可由電機帶動旋轉(zhuǎn)。一個固連于支座的滑道放于其周圍，千分表可在此滑道上滑動，從而完成徑向圓跳動、端面圓跳動、斜向圓跳動、徑向全跳動以及端面全跳動誤差的測量。

　　1.2孔軸層

　　孔軸層主要講解除跳動公差外的其余形位公差項目。孔軸層采用一孔多軸的理念，采用標(biāo)準(zhǔn)孔與含有各種形位公差表現(xiàn)形式的軸相互配合的方式。且為使展示直觀，各軸的形位誤差取較大值，從理想要素、公差帶、誤差測量等角度形象具體地展現(xiàn)各形位公差項目。

　　1.3 軟件

　　為使學(xué)生能清楚地觀察到各軸在形狀、位置等方面的特征，以及各形位公差項目在公差帶、形位誤差等方面的知識點，設(shè)計軟件完成如下功能：在攝像頭拍攝的圖像或視頻內(nèi)，將各軸的特征部分突出顯示，同時完成形位誤差范圍展示及測量分析。

　　2.教學(xué)演示說明

　　2.1跳動公差教學(xué)

　　(1)移動滑道上的千分表，將其調(diào)整至測量位置;

　　(2)手動撥動跳動盤，使其旋轉(zhuǎn)起來;

　　(3)觀察千分表指針偏轉(zhuǎn)情況并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，講解各跳動公差的概念、特點及誤差測量方式。

　　2.2孔軸層教學(xué)

　　以直線度圓軸的教學(xué)為例，單獨講解某個形位公差項目的使用方法如下：

　　(1)軸的更換。將具有直線度特征的軸裝進套筒內(nèi);

　　(2)孔、軸配合及跟蹤拍攝。轉(zhuǎn)動錐齒輪上的手柄，使軸向下移動直至進入孔中，完成孔、軸配合，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)手柄，使已進入孔內(nèi)的軸旋轉(zhuǎn)，觀察軸孔配合現(xiàn)象，并改變攝像頭的位置，使其拍攝到整個配合部分;

　　(3)理想要素的模擬。打開一支激光筆，旋轉(zhuǎn)絲杠手柄調(diào)整激光筆的水平位置，旋轉(zhuǎn)蝸桿手柄調(diào)整激光筆的傾斜角度，達到指定位置和角度后即可利用本激光束模擬該直線度軸的理想軸線;

　　(4)公差帶形狀的展示。打開兩個激光筆，保持兩支激光筆的角度一致，開啟電機使激光束旋轉(zhuǎn)起來，由于人眼的視覺暫留，此時兩激光束可形成圓柱面，模擬出直線度軸線的公差帶的形狀;

　　(5)公差帶大小及公差等級的展示。旋轉(zhuǎn)兩個絲杠手柄，使兩激光筆之間的距離不斷改變，以體現(xiàn)出具有不同公差等級的公差帶的大小情況。不同的公差等級公差代表著被測要素允許變動量的不同;

　　(6)公差帶方向、位置的展示。如果所需講解的形位公差項目為定向公差或定位公差，則還可調(diào)整激光筆的傾斜角度以模擬公差帶的方向、位置;

　　(7)形位誤差的顯示和測量。不斷調(diào)整兩激光束的距離，可在某處剛好達到軸線誤差的最小變動區(qū)域，通過絲杠上的刻度可得到兩支激光筆的距離大小，此數(shù)值為該軸線的直線度誤差大小;

　　(8)形位誤差與公差的比較。將該誤差大小與各個公差等級的公差帶大小比較，可觀察到不同公差等級對該軸合格情況的影響;

　　(9)軟件的功能實現(xiàn)。整個過程，通過攝像頭，利用已設(shè)計的軟件實現(xiàn)教具與投影設(shè)備的連接，將孔、軸配合部分投射到投影幕布上放大，方便學(xué)生觀察。同時，本軟件可完成形位誤差的分析與測量。

　　當(dāng)需對比不同的關(guān)形位公差項目時，教具使用方法與單獨講解時基本相同，只要將不同公差的公差帶四要素的模擬情況進行對比即可。以直線度、平面度、平行度的對比為例，這三者分別為形狀公差、定向公差、定位公差。教學(xué)時，將被測要素的實際情況展示于投影設(shè)備上，然后用激光束模擬出被測要素的理想情況，再將這三個公差項目的公差帶用兩條激光束給模擬出來。

　　(1)對于直線度，通過蝸桿螺母和絲杠螺母將兩條激光束的角度及位置不斷改變，直至達到最小包容區(qū)域;

　　(2)對于平面度，兩條激光束的角度不得進行調(diào)整，必須與理想平面的方向一致，不過其位置可改變，同樣達到最小包容區(qū)域;

　　(3)對于平行度，兩條激光束的也角度不能進行調(diào)整，并且必須位于理想要素的兩側(cè)，還需對稱配置，再調(diào)到最小包容區(qū)域。通過觀察這一系列的調(diào)節(jié)過程，以及最終兩條激光束在距離大小、方向、位置這些方面的不同，學(xué)生可直觀地感受、理解到三個公差項目的區(qū)別與聯(lián)系。

　　作品名稱：形位公差塔

　　完成單位：武漢理工大學(xué)