淺談三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的飛躍性發(fā)展，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)完成對(duì)零部件尺寸和形位公差的測(cè)量評(píng)價(jià)，已經(jīng)在各個(gè)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。將三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)，能夠提高學(xué)生理論和實(shí)踐相結(jié)合的能力，提高學(xué)生的綜合技能水平。

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)；實(shí)踐教學(xué)；技能水平

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是60年代后期發(fā)展起來(lái)的一種高效的新型精密測(cè)量設(shè)備，目前被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、汽車、飛機(jī)等工業(yè)部門，它不僅用于測(cè)量各種機(jī)械零件、模具等的形狀尺寸、孔位、孔中心距以及各種形狀的輪廓，特別適用于測(cè)量帶有空間曲面的工件。由于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有高準(zhǔn)確度、高效率、測(cè)量范圍大的優(yōu)點(diǎn)，已成為幾何量測(cè)量?jī)x器的一個(gè)主要發(fā)展方向。因此，將三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)引入本科院校機(jī)械類各專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)中是符合當(dāng)前企業(yè)、市場(chǎng)對(duì)專業(yè)技能人才需求的重要舉措。目前，很少有高校將三坐標(biāo)測(cè)量應(yīng)用于本科教學(xué)，對(duì)于機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)習(xí)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)、基本操作，有利于學(xué)生畢業(yè)后滿足企業(yè)的要求，也為學(xué)生的就業(yè)選擇拓寬路徑。

1 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)介紹

（1） 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)系統(tǒng)的硬件主要有三部分組成

a.終端控制計(jì)算機(jī)和打印機(jī)：在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)中，計(jì)算機(jī)是整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的管理者。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)與操作者對(duì)話、控制程序的執(zhí)行和結(jié)果處理、與外設(shè)的通訊等功能。

b.數(shù)控設(shè)備及其外設(shè)：數(shù)控設(shè)備是計(jì)算機(jī)和測(cè)量機(jī)的接口（I/O，工具信號(hào)，緊急情況等）。數(shù)控設(shè)備通過(guò)由計(jì)算機(jī)傳來(lái)的數(shù)據(jù)計(jì)算出參考路徑，不斷地控制測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng)及與手提式控制盒的通訊。

c.三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主體主要由以下各部分組成：底座、測(cè)量工作臺(tái)、立柱、X向支撐梁和導(dǎo)軌、Y向支撐梁和導(dǎo)軌、Z軸部件、測(cè)頭、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及測(cè)長(zhǎng)系統(tǒng)。

（2） 三坐標(biāo)測(cè)量原理。

坐標(biāo)測(cè)量原理：任何形狀都是由空間點(diǎn)組成，所有的幾何測(cè)量都可以歸納為空間點(diǎn)的測(cè)量，因此精確進(jìn)行空間點(diǎn)坐標(biāo)的采集，是評(píng)定任何幾何形狀的基礎(chǔ)。

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的基本原理是將被測(cè)零件放入它允許的測(cè)量空間，精確地測(cè)出被測(cè)零件表面的點(diǎn)在空間三個(gè)坐標(biāo)位置的數(shù)值，將這些點(diǎn)的數(shù)值經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理，擬合形成測(cè)量元素，如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等。

（3） 測(cè)量機(jī)簡(jiǎn)介。

天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院現(xiàn)代制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室2于2014年7月從海克斯康測(cè)量技術(shù)（青島）有限公司購(gòu)進(jìn)一臺(tái)Inspector 08.10.06型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。

結(jié)構(gòu)特性。

①采用精密橫梁機(jī)械結(jié)構(gòu)，全封閉框架移動(dòng)橋式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、運(yùn)動(dòng)質(zhì)量輕、承載能力強(qiáng)，剛性好。

②工作臺(tái)采用優(yōu)質(zhì)花崗巖（變形系數(shù)?。?，硬度高，承載能力強(qiáng)，溫度穩(wěn)定，熱變形系數(shù)小，抗時(shí)效變形能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。

③三軸采用直流伺服電機(jī)，光柵計(jì)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全封閉控制，設(shè)備響應(yīng)速度快，定位精度高。

④采用自潔式預(yù)載荷高精度空氣軸承（氣浮裝置），運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)。

⑤采用高精度接觸式測(cè)頭，性能可靠穩(wěn)定，靈敏度高，重復(fù)性好，抗干擾能力強(qiáng)。

⑥采用高速高精度全數(shù)字自動(dòng)控制系統(tǒng)和高精密光柵反饋系統(tǒng)（光柵尺及光柵讀數(shù)頭），配合伺服電機(jī)實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)反饋控制。

⑦Z軸采用氣缸平衡裝置，具有自動(dòng)安全保護(hù)，可以保證缺氣時(shí)Z軸的定位精度及穩(wěn)定性。

Inspector三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：

型號(hào)：Inspector08.10.06

測(cè)量行程：800*1000*600mm（ X軸* Y軸* Z軸）

探測(cè)誤差：≤2.9um

測(cè)量示值誤差：E=2.7+4.0L/1000um

2 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

通過(guò)實(shí)訓(xùn)課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的組成、結(jié)構(gòu)、類型、工作原理，熟悉并掌握三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的日常維護(hù)保養(yǎng)及基本操作。學(xué)習(xí)PCDMIS測(cè)量軟件的應(yīng)用，測(cè)針的選擇安裝，測(cè)頭的校正等。要求學(xué)生熟練掌握常見幾何特征的手動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)測(cè)量、“321”法建立坐標(biāo)系及尺寸、形位公差的評(píng)價(jià)操作、報(bào)告輸出打印等。

3 實(shí)訓(xùn)安排

實(shí)踐課程是學(xué)院當(dāng)前教學(xué)工作的重心，按照學(xué)院建設(shè)具有中環(huán)特色的應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)的要求，不斷提高實(shí)踐課程教學(xué)水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量，以專業(yè)人才培養(yǎng)方案為依據(jù)，圍繞具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，在工作現(xiàn)場(chǎng)從事技術(shù)應(yīng)用、技術(shù)服務(wù)和技術(shù)管理的高級(jí)技術(shù)技能人才這一培養(yǎng)目標(biāo)，充分利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有設(shè)備，以機(jī)械制造類企業(yè)對(duì)人才專業(yè)技能的需求為出發(fā)點(diǎn)，以“項(xiàng)目導(dǎo)入、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、案例教學(xué)”為手段，按照理實(shí)一體化模式進(jìn)行，讓學(xué)生“在學(xué)中做、在做中學(xué)”，注重將職業(yè)道德、安全操作規(guī)范、產(chǎn)品質(zhì)量意識(shí)等方面的內(nèi)容融入到教學(xué)過(guò)程中，在技能培養(yǎng)過(guò)程中注重培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)素質(zhì)。

在教學(xué)過(guò)程中，突出精講多練，理實(shí)一體化教學(xué)理念，在給學(xué)生講解相關(guān)理論知識(shí)的同時(shí)采用多媒體課件、現(xiàn)場(chǎng)示范、學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作等靈活多樣的教學(xué)手段完成不同內(nèi)容的教學(xué)，提高教學(xué)效果，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教學(xué)中注重實(shí)際生產(chǎn)加工案例的運(yùn)用、采用分組討論式教學(xué)方法；積極將現(xiàn)代教學(xué)手段融入到教學(xué)過(guò)程中。另外，加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)課程考核環(huán)節(jié)，制定考核評(píng)價(jià)體系，盡可能保證每節(jié)課都有考核，每個(gè)人都有考核；在考核成績(jī)上，主要結(jié)合學(xué)生平時(shí)出勤、課堂表現(xiàn)、小組討論中的表現(xiàn)、分析解決問(wèn)題能力及實(shí)際動(dòng)手操作機(jī)床規(guī)范程度等方面進(jìn)行綜合評(píng)定。盡可能保證學(xué)生有更多的時(shí)間去操作機(jī)床，更多的學(xué)生學(xué)會(huì)操作機(jī)床。

4 小結(jié)

通過(guò)把實(shí)際生產(chǎn)加工中所用到的高精度先進(jìn)測(cè)量設(shè)備——三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)引入實(shí)踐教學(xué)，一方面可以開拓學(xué)生的眼界和知識(shí)面，真正做到和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合；另一方面，通過(guò)讓學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能夠把枯燥單一的理論知識(shí)在實(shí)踐中得到應(yīng)用，提升教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，增強(qiáng)了學(xué)生的工程實(shí)踐能力和專業(yè)技能水平。

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作者簡(jiǎn)介：李鎮(zhèn)（1990），男，漢族，河南信陽(yáng)人，學(xué)士，助理實(shí)驗(yàn)師，主要從事：數(shù)控實(shí)訓(xùn)、精密測(cè)量研究及教學(xué)工作。