基于三坐標測量機的項目化教學設(shè)計*

張竹青，趙南生，郭東軍，顧海勤

(南通大學 工程訓練中心，江蘇 南通 226019)

0 引 言

對于現(xiàn)代大學生而言，培養(yǎng)工程素質(zhì)是現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)發(fā)展對其的基本要求。工程訓練旨在培養(yǎng)工程意識，提高學生工程素質(zhì)， 最終成為適應(yīng)現(xiàn)代工程發(fā)展需要的應(yīng)用創(chuàng)新型人才[1-2]。

項目式教學法，是結(jié)合學生的學習特點，將學習過程以項目的形式展開，讓學生自主學習，主動尋求解決問題的方法，結(jié)合老師共同完成的教學活動。以自主加工的零件案例來組織教學，使學生從生產(chǎn)中就參與到實踐項目中，增強了學生學習的積極性，并且能在項目的實施過程中，培養(yǎng)學生主動思考，主動解決問題的能力，養(yǎng)成良好的工程素養(yǎng)和團隊合作能力[3]。

三坐標測量機是20世紀60年代逐漸興起的技術(shù)。由于現(xiàn)代工業(yè)制造對產(chǎn)品的加工技術(shù)的進步，勢必要求提高測量技術(shù)。三坐標測量機是一種以精密機械為基礎(chǔ)，集光、機、電、計算機等多項技術(shù)一體的現(xiàn)代精密測量設(shè)備[4]。將三坐標測量機投入教學中，在便于學生鞏固測量技術(shù)的理論知識的基礎(chǔ)上，掌握現(xiàn)代測量技術(shù)，有助于解決學生的畢業(yè)設(shè)計及今后的就業(yè)問題[5]。

1 教學內(nèi)容

根據(jù)學校條件，教學所采用的是西安愛德華測量有限公司生產(chǎn)的Dasiy686型號的三坐標測量機， AC-DMIS交互式測量系統(tǒng)， RENISHAW-PH10T型的接觸式測頭進行數(shù)據(jù)測量。

教學中，通過簡單零件的測量，培養(yǎng)和訓練學生操作技能，使學生做到學中做，做中學，提高學生解決問題的能力。教學過程中，首先讓學生自主熟悉課程內(nèi)容，找到解決問題的相關(guān)知識點；再由老師結(jié)合課程內(nèi)容講解相關(guān)知識點；接下來由學生分組協(xié)作，制定測量方案，共同完成課程內(nèi)容。

1.1 工件選擇

該教學中為了提高學生的學習積極性，選擇了學生在數(shù)控三軸加工中心上加工的簡單零件，進行測量，如圖1所示。

圖1 被測零件

1.2 被測元素

由于課程時長限制，只選擇典型元素進行測量，通過講授與演示結(jié)合的方法，讓學生在操作中獲取知識與技能，從被灌輸?shù)街鲃訉W，提高學生學習與操作能力。被測元素分為幾何尺寸和形位公差，如表1所示。

表1 幾何尺寸和形位公差

1.3 安裝夾具

將被測件用萬能柔性夾具固定在三坐標測量機的工作臺面的夾具底板，這樣固定有助于測量和建立工件坐標系。

1.4 測量過程

根據(jù)被測元素選擇特征測量，來獲取測量數(shù)據(jù)。具體過程如下：

(1) 正確裝配測頭并校正，且選用所需測頭。本次測量中選擇了RENISHAW的紅寶石球測針，測針有效長度為10 mm，測求直徑為5 mm。

(2) 根據(jù)被測元素，建立工件坐標系。

考慮到三坐標測量機建立的工件坐標系的方向與CAD模型坐標系方向一致，以確保在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，在CAD中顯示的圖形與安裝零件方向一致。

所以將工件坐標系的原點建立在上表面的中心處。用上表面限制Z軸旋轉(zhuǎn)自由度，即確定Z軸的軸向。

(3) 利用元素的特征測量，分別測出孔、平面，得到孔的直徑。

在三坐標測量機上，借助于CAD模型，使用特征測量功能有利于工件的測量以及實測結(jié)果數(shù)據(jù)對比，使復(fù)雜零件簡單化。

而在特征測量時，為了防止測針在測量過程中發(fā)生碰撞，可設(shè)置并激活安全平面。在得到被測零件的實體范圍后，給定各個方向上的安全高度，形成包絡(luò)塊，在自動測量后，測針回退時形成安全高度。

圓的特征測量通過在模型上拾取圓的邊沿線，同時圓的相關(guān)參數(shù)自動讀入界面，可以更改相應(yīng)參數(shù)，如起始角，終止角，深度等。觀察顯示路徑，確認無誤后，點擊測量，結(jié)束后在結(jié)果組生成測量結(jié)果，如圖2所示。

平面的特征測量有兩種類型：圓或者矩形，操作也有所區(qū)別。

選擇圓形平面測量時，同樣通過在模型上拾取邊沿線，得到圓的直徑后，必須更改直徑參數(shù)。再觀察顯示路徑，確認無誤后，點擊測量，結(jié)束后在結(jié)果組生成測量結(jié)果，如圖3所示。

選擇矩形平面測量時，通過在模型上拾取點，取3個點，注意是以L的形式拾取。測量過程中可以改變行、列的參數(shù)，目的是確定測量該平面的測點數(shù)。采點結(jié)束，確認路徑無誤后，點擊測量，在結(jié)果組查看測量結(jié)果，如圖3所示。

圖2 圓的特征測量

圖3 平面的特征測量(圓與平面)

(4) 利用相關(guān)功能求出凸臺高度，即用距離的功能，求出所測量的兩個面的距離。

(5) 計算形狀公差中的圓度誤差。當圓這個元素所測量的圓點數(shù)大于4點時，可以計算該元素的圓度誤差。

(6) 計算定向公差的平行度。以下表面為基準元素，上表面為被測元素，按照RFS獨立原則進行上下表面平行度的評定，如圖4所示。計算平行度誤差時，注意不能混淆基準元素與被測元素。

1.5 結(jié) 果

所有的測量結(jié)束后，生成最終的檢測報告，如圖5所示。在元素的標簽欄中，可以清晰地看到所測量元素的測量結(jié)果。在評定欄中，綠色表示合格，反之為偏差值，則是不合格產(chǎn)品。

圖4 平行度的計算圖5 工件檢測報告

通過簡單的零件測量，讓學生掌握三坐標測量機的坐標系的建立，自動測量中的應(yīng)用，特征測量以及自動編程方式，并熟悉如何讀取測量結(jié)果。通過簡單零件的測量中總結(jié)測量經(jīng)驗，掌握測量技術(shù)，回顧公差知識，通過分組討論，進一步完成企業(yè)生產(chǎn)中的更復(fù)雜的零件測量，并完成測量技術(shù)報告。

2 結(jié) 語

三坐標測量機以精度和效率的優(yōu)越性已經(jīng)廣泛

應(yīng)用于現(xiàn)代制作行業(yè)中。三坐標測量機課程以項目式教學法實施后，為學生提供了簡單幾何尺寸測量，形位公差測量，產(chǎn)品合格檢測等多項教學實踐項目。該教學方法符合高校學生學習特點，使學生更加熟悉現(xiàn)代測量技術(shù)，提高學生分析解決問題的能力，培養(yǎng)團隊寫作能力，在拓寬知識面的同時，提高了工程能力，為今后的學習和工作打下良好基礎(chǔ)。

[1] 姚利娟.基于三坐標測量機的實驗教學方法探索[J].實驗科學與技術(shù)，2014，12(4)：109-111.

[2] 趙天嬋，馮 俊，胡 珺.充分利用三坐標測量機培養(yǎng)學生工程實踐能力[J].實驗技術(shù)與管理，2008，25(6)：152-155.

[3] 周渝慶.基于項目式教學的“逆向工程技術(shù)”課程教學探索[J].長沙大學學報，2014，28(2)：127-129.

[4] 李大鵬，崔 洋.三坐標測量機在逆向工程的應(yīng)用[J].機械設(shè)計與制造，2007(7)：72-74.

[5] 張竹青，肖龍雪，劉建鵬，等.三坐標測量在3+1教學模式下的實踐教學設(shè)計[J].時代農(nóng)機，2017，44(1)：206-207.