“三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目

一、“三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目背景

“公差配合與技術(shù)測(cè)量”是機(jī)械類專業(yè)基礎(chǔ)課，其實(shí)用性強(qiáng)，與生產(chǎn)實(shí)際密切相關(guān)聯(lián)。內(nèi)容涉及機(jī)械產(chǎn)品及其零部件的設(shè)計(jì)、制造、維修、質(zhì)量控制與生產(chǎn)管理等多方面標(biāo)準(zhǔn)及其技術(shù)知識(shí)。該課程基本概念多、名詞術(shù)語(yǔ)多、原則規(guī)定多，而且還比較抽象。只有理論緊密結(jié)合實(shí)際，開(kāi)設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，才能實(shí)現(xiàn)較高質(zhì)量的教學(xué)效果。先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展對(duì)測(cè)量手段不斷提出新的、更高的要求。各種現(xiàn)代化、數(shù)字化的測(cè)量?jī)x器在企業(yè)生產(chǎn)中已得到了廣泛的應(yīng)用。為了使教學(xué)內(nèi)容適應(yīng)企業(yè)的要求，我校現(xiàn)代精密測(cè)量室引進(jìn)了先進(jìn)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，改革了以前的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，收到了較好的效果。

二、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的簡(jiǎn)介

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī) （Coordinate Measuring Machining， 簡(jiǎn)稱CMM） 是 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高效的精密測(cè)量?jī)x器。因?yàn)槠渚哂懈呔龋ㄟ_(dá)到μm級(jí)）、萬(wàn)能性（可代替多種長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器）、數(shù)字化（把實(shí)體的模型轉(zhuǎn)化成數(shù)字化的三維坐標(biāo)）等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于機(jī)械制造業(yè)、汽車工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)和國(guó)防工業(yè)等各部門，成為現(xiàn)代工業(yè)檢測(cè)和質(zhì)量控制不可缺少的萬(wàn)能測(cè)量設(shè)備。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本測(cè)量原理就是將被測(cè)物體置于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量空間，通過(guò)測(cè)量頭探測(cè)，獲得被測(cè)物體上各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置，根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值，經(jīng)計(jì)算機(jī)按照最小二乘法等數(shù)學(xué)法則計(jì)算求出被測(cè)物體的幾何尺寸，形狀和相對(duì)位置。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)一般由主機(jī)(包括光柵尺)、控制系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)及測(cè)頭所組成，如圖1所示。

筆者學(xué)校擁有的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是2007年從?？怂箍抵袊?guó)（青島）有限公司購(gòu)進(jìn)的一臺(tái)固定橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。此型號(hào)的測(cè)量機(jī)具有許多優(yōu)良的特性：首先它的花崗石臺(tái)面與導(dǎo)軌采用整體結(jié)構(gòu)，剛性好，受溫度濕度影響的變形小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；其次大量利用自身重量輕，導(dǎo)熱系數(shù)大的硬質(zhì)鋁合金作為運(yùn)動(dòng)部分的材料，測(cè)量機(jī)可以很快地并且均勻地適應(yīng)溫度梯度，它十分適合車間工作環(huán)境的要求；再次，氣浮導(dǎo)軌的運(yùn)用保證了保證機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)、高精度運(yùn)動(dòng)；擁有700×1000×700的測(cè)量空間，方便操縱，可以方便地在手動(dòng)和自動(dòng)模式之間切換。

2007年以來(lái)，我們利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)已經(jīng)為機(jī)修、數(shù)控、模具、汽修專業(yè)的學(xué)生開(kāi)出了多個(gè)實(shí)驗(yàn)，收到了較好的效果。下面就對(duì)筆者所在學(xué)校的“三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目進(jìn)行介紹。

三、課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容

本課程是在學(xué)生修完機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、機(jī)械制圖等課程后才開(kāi)設(shè)的?？傉n時(shí)是60，理論教學(xué)學(xué)時(shí)20，實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)40。教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)進(jìn)度安排如表1所示。

現(xiàn)在技工學(xué)校中三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的擁有量很少，能開(kāi)出實(shí)驗(yàn)的學(xué)校就更少。下面對(duì)學(xué)校現(xiàn)代精密測(cè)量室利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)開(kāi)設(shè)的10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)施情況進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，作為提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)質(zhì)量提供一個(gè)討論的方向。我們把實(shí)驗(yàn)分為三個(gè)階段。

1.基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)階段

該階段包括五個(gè)基本實(shí)驗(yàn)，主要是要求學(xué)生對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的應(yīng)用和測(cè)量過(guò)程和保養(yǎng)有一個(gè)初步的了解。實(shí)驗(yàn)1是三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生實(shí)際觀察三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)各部件，掌握三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本構(gòu)成以及正確使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的方法和步驟，能獨(dú)立正確操作三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。實(shí)驗(yàn)2是PC-DMIS測(cè)量軟件的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握正確打開(kāi)軟件的步驟、PC-DMIS軟件的特點(diǎn)、軟件界面以及基本操作。有了三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和測(cè)量軟件，如果想得到正確的測(cè)量結(jié)果，還需要建立工件坐標(biāo)系，所以開(kāi)設(shè)了實(shí)驗(yàn)3。實(shí)驗(yàn)3是手動(dòng)測(cè)量、建立坐標(biāo)系。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握基本元素（點(diǎn)、線、面、圓、圓柱、圓錐、球）的手動(dòng)測(cè)量的方法，以及利用“3-2-1”法正確建立坐標(biāo)系及根據(jù)測(cè)量的需要進(jìn)行坐標(biāo)系的變換操作。建立好了工件坐標(biāo)系和手動(dòng)測(cè)量了所需要的基本元素，下面就可以對(duì)所需要的基本元素進(jìn)行公差評(píng)價(jià)了。實(shí)驗(yàn)4是公差評(píng)價(jià)，使學(xué)生掌握幾何尺寸公差、圓度、平面度、直線度等形狀公差評(píng)價(jià)；垂直度、平行度、位置度等位置公差評(píng)價(jià)。最后，實(shí)驗(yàn)5是測(cè)量報(bào)告的輸出。學(xué)生通過(guò)觀看老師具體的操作，學(xué)會(huì)表格形式、圖文形式等多種形式報(bào)告的基本操作過(guò)程。

2.進(jìn)階性實(shí)驗(yàn)階段

通過(guò)第一階段的實(shí)驗(yàn)練習(xí)，學(xué)生對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量流程有了較深的了解。在第一階段主要是偏重于手動(dòng)測(cè)量，在進(jìn)階性實(shí)驗(yàn)中我們主要是側(cè)重于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的自動(dòng)測(cè)量，主要包括兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)1是有圖樣的自動(dòng)測(cè)量技術(shù)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生在有工件和圖樣的情況下，學(xué)會(huì)分析圖樣，正確地建立坐標(biāo)系，并產(chǎn)生測(cè)量程序進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量。實(shí)驗(yàn)1是有實(shí)際工件的自動(dòng)測(cè)量。在三坐標(biāo)測(cè)量軟件中對(duì)CAD功能的引入，還可以實(shí)現(xiàn)虛擬測(cè)量，即在沒(méi)有實(shí)際工件的情況下對(duì)CAD模型在軟件中進(jìn)行測(cè)量。PC-DMIS測(cè)量軟件擁有強(qiáng)大的CAD功能。實(shí)驗(yàn)2是三維數(shù)模的測(cè)量。在該實(shí)驗(yàn)中學(xué)生仔細(xì)觀看老師的操作步驟和方法，學(xué)會(huì)建立具有CAD數(shù)模的工件的坐標(biāo)系和自動(dòng)測(cè)量的方法。

3.提高性實(shí)驗(yàn)階段

這一階段主要包括三個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)1是曲線曲面的測(cè)量，學(xué)生通過(guò)老師講解開(kāi)放曲線、封閉曲線及曲面的檢測(cè)具體步驟，學(xué)會(huì)實(shí)際工件中曲線曲面的檢測(cè)方法。實(shí)驗(yàn)2是DMIS編程方法，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括DMIS產(chǎn)生的意義、DMIS語(yǔ)法、程序語(yǔ)句、DMIS程序的具體應(yīng)用、自動(dòng)精建坐標(biāo)系、循環(huán)程序、插入空走點(diǎn)等。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生掌握利用DMIS編程進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量、多次循環(huán)測(cè)量等高級(jí)應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)3是專用測(cè)量模塊使用，學(xué)生通過(guò)老師對(duì)每一個(gè)專用模塊的操作講解，了解統(tǒng)計(jì)模塊、齒輪測(cè)量、凸輪測(cè)量、葉片測(cè)量等專用模塊的使用。

四、課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的考核

考核是對(duì)教師的教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量?jī)煞矫娴臋z查和評(píng)定。本課程實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的考核強(qiáng)調(diào)過(guò)程性考核和開(kāi)放性考核，采用過(guò)程考核與期末考核相結(jié)合的方式。過(guò)程考核成績(jī)包括平時(shí)考核成績(jī)、開(kāi)放考核成績(jī)。平時(shí)考核成績(jī)主要考核學(xué)生實(shí)訓(xùn)作業(yè)的完成情況以及職業(yè)紀(jì)律；開(kāi)放考核成績(jī)主要考核學(xué)生平時(shí)的理解能力、自主學(xué)習(xí)能力、語(yǔ)言表達(dá)能力、溝通合作能力等，以便發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)拔尖人才?？记谂c平時(shí)表現(xiàn)占10%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)占50%，實(shí)驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)參看表2，期末成績(jī)占40%。

考核過(guò)程應(yīng)注重學(xué)生動(dòng)手能力和實(shí)踐中分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的考核，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，真實(shí)地反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退刭|(zhì)。對(duì)在學(xué)習(xí)和應(yīng)用上有創(chuàng)新的學(xué)生應(yīng)給予特別鼓勵(lì)，全面綜合評(píng)價(jià)學(xué)生能力。

五、結(jié)語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了公差實(shí)驗(yàn)課中利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本情況，包括項(xiàng)目背景、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)。通過(guò)把三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使學(xué)生對(duì)公差配合與技術(shù)測(cè)量從理論到實(shí)踐有了全新的認(rèn)識(shí)，拓寬了知識(shí)面，使學(xué)生對(duì)高精度的三維傳感器、氣浮導(dǎo)軌、精密光柵尺系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制等在實(shí)際中的應(yīng)用有了更深刻、更直觀的認(rèn)識(shí)。由于該實(shí)驗(yàn)課程的重要性與實(shí)用性，受到同學(xué)們的重視與喜歡。筆者已編寫了該實(shí)驗(yàn)課程的授課計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、教材等一系列配套的教學(xué)資料。但怎樣在傳統(tǒng)的公差實(shí)驗(yàn)中引入高新設(shè)備以改進(jìn)教學(xué)方式，仍是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程，期待大家對(duì)本文所介紹的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提出寶貴的意見(jiàn)。

（作者單位：廣東省機(jī)械高級(jí)技工學(xué)校）