測量技術(shù)在技工院校機(jī)械加工實訓(xùn)中的應(yīng)用

楊建生

杭州蕭山技師學(xué)院 浙江 杭州 311200

引言

而人才作為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，技工院校需要提升對機(jī)械制造專業(yè)教學(xué)重視，秉承“創(chuàng)新驅(qū)動、質(zhì)量為先、以人為本”基本原則，在培養(yǎng)高校機(jī)械加工等相關(guān)專業(yè)學(xué)生過程中，除了要掌握基本理論知識，還需要鍛煉學(xué)生職業(yè)技能，使學(xué)生成為符合企業(yè)需求的高素質(zhì)復(fù)合型人才。技工院校針對測量技術(shù)進(jìn)行了研究，將其融入學(xué)生機(jī)械加工實訓(xùn)中，保證技工學(xué)院學(xué)生能形成良好的職業(yè)素養(yǎng)，實現(xiàn)人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

1 測量技術(shù)與機(jī)械加工概念

1.1 測量技術(shù)

機(jī)械加工中所涉及的測量技術(shù)主要是指在測量零件加工過程中的加工精度把控。測量技術(shù)能檢查制造部件是否滿足對應(yīng)精度要求，在發(fā)現(xiàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)的部件后，進(jìn)行對應(yīng)調(diào)整，使零件精度得到全面控制，提升生產(chǎn)效率。以往測量技術(shù)基本都是在完成機(jī)械加工流程后再檢測。此過程所采用的工具主要包括：鋼直尺、光滑塞規(guī)與止規(guī)、卡鉗等測量儀器（也被稱之為離線測量技術(shù)）。經(jīng)過檢測總結(jié)存在的問題，工作人員再根據(jù)問題采取對應(yīng)解決措施。利用儀器進(jìn)行測量，使處理與測量工作成為獨立個體，無法同時加工。測量過程需要在對應(yīng)的儀器與設(shè)備上開展。在當(dāng)前高科技與計算機(jī)不斷發(fā)展背景下，各個學(xué)科與領(lǐng)域都在進(jìn)行轉(zhuǎn)型發(fā)展，所以逐漸衍生出更先進(jìn)的測量手段——在線測量技術(shù)，這一工作模式能在加工過程中實現(xiàn)對制造部件精度的測量，直接將零件加工與測量完美融合，有助于工作效率提升。在這一基礎(chǔ)上，在線測量與傳統(tǒng)模式相比，有以幾點優(yōu)勢：①加工與測量能夠同時開展，保證相關(guān)技術(shù)工人能及時準(zhǔn)確掌握制造部件存在精度問題。②操作者能利用在線測量，實時為誤差補(bǔ)償提供反饋，對不符合標(biāo)準(zhǔn)的制造部件進(jìn)行再加工，保證零件在實際制造過程中加工密度得到保障[1]。

1.2 機(jī)械加工

機(jī)械加工作為機(jī)械制造工作中最關(guān)鍵、基本的操作，其目標(biāo)是能控制成本，提升生產(chǎn)精度。加工過程是根據(jù)設(shè)計圖紙要求合理改變生產(chǎn)對象形狀、相對位置、屬性與尺寸，使機(jī)械與鋼板成為半成品與成品的過程。除此之外，按照實際設(shè)計方案及制造設(shè)備，采取有效制造加工工藝、加工技術(shù)與測量技術(shù)，生產(chǎn)出高質(zhì)量零件。在機(jī)械制造加工過程中，包括精加工與粗加工兩種技術(shù)手段，根據(jù)實際生產(chǎn)部件加工標(biāo)準(zhǔn)，在對應(yīng)加工環(huán)節(jié)選擇粗加工、精加工工藝技術(shù)，在整個過程中結(jié)合制造部件基本要求及對于精度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。在精度要求不一致的條件下，加工過程中零件切削時間與角度要求有一定差異。所以在實際開展作業(yè)前，需要引導(dǎo)學(xué)生利用多樣化形式指定出對應(yīng)加工計劃與方案，除能鞏固學(xué)生所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識外，還能保證零件加工流程更加科學(xué)、系統(tǒng)的開展。在這基礎(chǔ)上學(xué)生可站在加工角度去解讀制造的計劃與圖紙，看其是否完整與正確，以及其中所采用的材料與加工工藝是否能夠達(dá)到基本質(zhì)量要求。在機(jī)械加工中還涵蓋加工流程制定，需要完成零件測量儀器的準(zhǔn)備，對工作中運(yùn)用的工具進(jìn)行科學(xué)設(shè)計。

2 技工學(xué)院學(xué)生機(jī)械加工實訓(xùn)中測量技術(shù)應(yīng)用的重要意義

技工學(xué)院不但要培養(yǎng)學(xué)生靈活掌握專業(yè)理論知識，還要鍛煉學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)知識及實踐動手能力，使學(xué)生逐漸形成良好的職業(yè)與操作技能。在此過程中更重要的是培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技能過程性、內(nèi)隱性與深層性。教師通過實踐授課與實訓(xùn)操作，實現(xiàn)對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。在機(jī)械加工實訓(xùn)中，可促使學(xué)生觀察能力、發(fā)現(xiàn)問題能力、實踐解決能力有一定提升，在潛移默化過程中形成良好的創(chuàng)新能力，不斷激勵學(xué)生深入探索與學(xué)習(xí)專業(yè)知識，滿足社會對于制造人才的要求。在機(jī)械加工實訓(xùn)教學(xué)過程中，教師為了掌握學(xué)生實際水平與學(xué)習(xí)效果，需要采取科學(xué)有效的手段評定學(xué)生，其中包括學(xué)生實訓(xùn)過程及掌握技能程度。教師基本都是通過檢查學(xué)生加工零件是否合格的方式來判斷學(xué)生實際能力。在評斷學(xué)生加工零件是否符合標(biāo)準(zhǔn)，主要從以下2個方面出發(fā)：①學(xué)生需要在加工過程中不斷測量加工零件的各種技術(shù)指標(biāo)[2]。②教師應(yīng)根據(jù)尺寸精度、位置精度、表面粗糙度等技術(shù)對學(xué)生加工零件進(jìn)行全面檢查。無論是什么工作環(huán)節(jié)，都離不開測量技術(shù)的應(yīng)用。因此教師需認(rèn)識到測量技術(shù)應(yīng)用的重要意義與作用，探索有效教學(xué)手段，保證學(xué)生能靈活運(yùn)用測量技術(shù)，掌握其應(yīng)用條件與環(huán)境，而使其落實到機(jī)械加工實訓(xùn)中，對學(xué)生制造水平的提升有一定的促進(jìn)作用。

3 測量技術(shù)在技工院校學(xué)生機(jī)械加工實訓(xùn)中的應(yīng)用研究

在技工學(xué)院學(xué)生機(jī)械加工實訓(xùn)教學(xué)過程中，應(yīng)保證機(jī)械加工及測量技術(shù)的完美融合，在兩者互相作用與配合下，實現(xiàn)對學(xué)生機(jī)械加工實訓(xùn)教育的總體目標(biāo)。教師將以工科院校指導(dǎo)學(xué)生在機(jī)械加工培訓(xùn)和測量技術(shù)培訓(xùn)基地進(jìn)行實踐為基礎(chǔ)，確保學(xué)生掌握測量技術(shù)并在機(jī)械加工訓(xùn)練中實現(xiàn)具體應(yīng)用。例如，在指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)選定的毛坯加工和生產(chǎn)特定零件的過程中，先利用多媒體為學(xué)生展示零部件圖樣，讓學(xué)生進(jìn)行圖紙設(shè)計，全面檢查零部件設(shè)計圖，確定沒問題后開展機(jī)械加工實訓(xùn)，鍛煉學(xué)生在實際操作中的動手能力及不同測量技術(shù)的應(yīng)用。

3.1 離線測量技術(shù)

在技工學(xué)生實際開展加工環(huán)節(jié)前，教師需指導(dǎo)學(xué)生結(jié)合零部件對加工技術(shù)的總體要求去設(shè)計加工過程，保證所有學(xué)生參與到每個工序中，且在后續(xù)機(jī)械加工過程中能嚴(yán)格按照加工程序開展。比如，在技工學(xué)院實訓(xùn)基地開展實踐教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生選擇基準(zhǔn)和裝夾定位時，用頂尖裝夾還是卡盤裝夾，使學(xué)生掌握兩者間的差異。對比加工工藝過程，以臺階軸零部件加工為例，在學(xué)生明確對應(yīng)加工工藝流程后，讓學(xué)生觀察，與實訓(xùn)教師進(jìn)行深入交流與討論，或同伴間的研究，分享自己在加工工藝流程中所收獲的經(jīng)驗，保證學(xué)生受到啟發(fā)，進(jìn)而在自己獨立操作加工實訓(xùn)的過程中更好地發(fā)現(xiàn)存在的問題，學(xué)生間能實現(xiàn)互相監(jiān)督，互相促進(jìn)，修改在加工中所存在的不足之處。在這一過程中保證技工學(xué)院所有學(xué)生都能夠參與到加工工藝制作中，調(diào)動學(xué)生積極性。最后學(xué)生在一起研究與分析，總結(jié)出合理的加工工藝流程。在實際機(jī)械技工中，通過科學(xué)有效的總結(jié)與評估，分析在整個加工過程中使用離線測量技術(shù)和設(shè)計加工流程是否科學(xué)有效，并針對存在的問題找出有針對性的解決方案加以改進(jìn)。離線測量技術(shù)測量精度低，受接觸點磨損影響，所以需要注意測量精度。

3.2 在線測量技術(shù)

實際開始機(jī)械加工實訓(xùn)前，需為學(xué)生介紹當(dāng)前先進(jìn)的在線測量技術(shù)。主要使用超聲波傳感器、電子傳感器和光學(xué)傳感器。因為超聲波測量已經(jīng)有了包括切削液在內(nèi)的加工工具。此外，超聲波測量還具有非接觸測量的優(yōu)點和特點，所以在學(xué)生進(jìn)行零件加工作業(yè)的過程中，切削液將會將鉆頭或刀片切削鋼材等切屑帶走，避免因殘渣而影響后續(xù)切削程序及測量結(jié)果。并且超聲波測量準(zhǔn)確性和精確度較高，能實現(xiàn)對機(jī)械零件及工具的在線測量，提升了工作效率與質(zhì)量，但也存在缺點，因為技術(shù)尚不成熟，在實際應(yīng)用過程中穩(wěn)定性得不到保障。電子傳感器探頭的主要工作原理是通過電容傳感器測量加工零件。與以往的機(jī)械測量方法相比，可以發(fā)現(xiàn)最直觀的優(yōu)點是測量誤差相對較小，特別是對于一些軸向零件，可以間接測量圓度和圓柱度，但這樣的工作模式會導(dǎo)致測量間隙不足，容易出現(xiàn)不再測量范圍內(nèi)等現(xiàn)象，所以對應(yīng)應(yīng)用范圍、廣度、深度較局限。根據(jù)光學(xué)傳感器特點分析，與超聲波傳感器測量工具相似，是非接觸式測量[3]，確保在零件加工過程中探頭和零件之間沒有接觸和磨損，并實現(xiàn)零件直徑或尺寸的精確測量。這些技術(shù)廣泛應(yīng)用于平面度測量，并具有獨特的優(yōu)勢。然而，實際應(yīng)用過程會受到測量和工作環(huán)境的影響，尚未得到廣泛應(yīng)用。非直接接觸技術(shù)在線測量技術(shù)基本都是應(yīng)用在車削和磨削中，主要是因為這樣的測量技術(shù)在數(shù)據(jù)處理上簡單、測量范圍大，對工作環(huán)境也沒有較高要求。

比如在進(jìn)行軸孔結(jié)構(gòu)教學(xué)時，軸孔結(jié)構(gòu)在船舶、航天及汽車等行業(yè)中常見。所以在實踐機(jī)械加工過程中學(xué)生主要加工和測量階梯軸零件。階梯軸零件圖是常見的形狀和位置之一，也被視為同軸度。在這個過程中，教師可以通過收集和處理測量數(shù)據(jù)，指導(dǎo)學(xué)生使用三維測量軟件來分析被測軟件激光成形表面的平滑度和波紋度。

技工學(xué)院教師通過對學(xué)生技工技術(shù)知識與技能培養(yǎng)，使學(xué)生能全面、清晰掌握零件加工過程，在實際操作中可靈活運(yùn)用測量技術(shù)保證加工零件精度，完成自身加工技能提升總體目標(biāo)。技工學(xué)院通過實踐的方式，提升教學(xué)有效性，鍛煉了學(xué)生的實際動手能力，在一定程度上促使技工學(xué)生零件加工實訓(xùn)能力顯著提升，成為社會上所需求的高素質(zhì)制造人才[4]。

3.3 結(jié)合量具知識，開展系統(tǒng)教學(xué)

量具用在車工實踐活動中，用于工件測量、工件檢測、工件控制的環(huán)節(jié)，這是學(xué)生學(xué)習(xí)測量技術(shù)的關(guān)鍵點。教師要正確教授學(xué)生量具使用的方法，實現(xiàn)系統(tǒng)教學(xué)。例如，教師要教會學(xué)生如何進(jìn)行量具的分類，以及各類型量具功能有哪些，包括量具的結(jié)構(gòu)等。正確使用量用方法，以及如何使用量具來進(jìn)行誤差的消除。在實訓(xùn)測量教學(xué)時以上內(nèi)容都非常重要。教師應(yīng)確保學(xué)生在實際訓(xùn)練中能夠選擇正確的測量工具并準(zhǔn)確測量。

例如，在培訓(xùn)教學(xué)中，在選擇測量范圍為0～125mm、精度為0.02m的游標(biāo)卡尺時，提出了精度等級限制和操作者視覺誤差的問題。在教學(xué)中，教師應(yīng)告知學(xué)生課堂上使用的量具指示誤差約為±0.02mm，可用于測量φ=50mm軸徑的尺寸，測量和計數(shù)結(jié)果可為50.03mm或49.96mm。因此，在教學(xué)中，教師需要為學(xué)生明確量具的精度水平，然后指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練工件的測量過程。在培訓(xùn)過程中，理論解釋的重要性至關(guān)重要。在了解量具指示誤差的最大允許范圍后，應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生考慮選擇哪種量具，以減少測量誤差。至于培訓(xùn)車床工人的精度要求，教師需要指導(dǎo)學(xué)生選擇相應(yīng)的量具，然后繼續(xù)幫助學(xué)生進(jìn)一步解決量具的誤差問題，并與學(xué)生討論量具是否存在零誤差。一般來說，某類車工培訓(xùn)教師所在地的測量條件和管理往往不合格，但零誤差量具的問題極為普遍。當(dāng)教授車床時，教師需要幫助學(xué)生。第一步是處理實際測量計數(shù)和非值誤差之間的關(guān)系。此時，我們將0～25mm測微計作為教學(xué)案例。在教學(xué)演示中，教師將為學(xué)生放置車削工件的活動外殼，然后裝配千分尺的活動測量面和固定測量面，直到聽到“吱吱”聲，然后讀出千分尺顯示值。

在開展車工的實訓(xùn)教學(xué)時，如果發(fā)現(xiàn)存在了誤差的量具之后，一定要對其進(jìn)行重新計量，并做好矯正工作，減少實訓(xùn)教學(xué)中受到客觀條件的影響。教師要教授學(xué)生，學(xué)會正確選擇量具，并采用正確的消除誤差的方法。對于車工測量技術(shù)，有了常識認(rèn)知，這也為其日后工件準(zhǔn)確測量和正確讀數(shù)能力、習(xí)慣養(yǎng)成打下了基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

綜上所述，在制造業(yè)中以及測量技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，技工學(xué)院需提升對機(jī)械加工專業(yè)教學(xué)重視程度，在機(jī)械加工實訓(xùn)過程中培養(yǎng)學(xué)生靈活利用測量技術(shù)，檢測加工零件精度，為整個產(chǎn)品質(zhì)量提供全面保障。因此，技工學(xué)院需不斷順應(yīng)時代發(fā)展，實現(xiàn)測量技術(shù)與機(jī)械加工間完成融合，完善教學(xué)體系，在實踐中積極提高相關(guān)技術(shù)含量，使學(xué)生靈活掌握加工實踐技能及測量實踐技能，成為高素質(zhì)制造性人才。