三坐標(biāo)測量在3+1教學(xué)模式下的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

張竹青，肖龍雪，劉建鵬，花國然

（1.南通大學(xué) 杏林學(xué)院，江蘇 南通 226019；2.南通大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，江蘇 南通 226019；3.南通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南通 226019）

三坐標(biāo)測量在3+1教學(xué)模式下的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)

張竹青1，2，肖龍雪2，劉建鵬2，花國然3

（1.南通大學(xué) 杏林學(xué)院，江蘇 南通 226019；2.南通大學(xué) 工程訓(xùn)練中心，江蘇 南通 226019；3.南通大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南通 226019）

三坐標(biāo)測量機(jī)是一種高效率、高精度的測量設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。在3+1教學(xué)模式下所設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)測量課程有著重要的意義。課程的設(shè)立，便于學(xué)生掌握現(xiàn)代測量技術(shù)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，有利于學(xué)生的就業(yè)。實(shí)踐證明，三坐標(biāo)測量機(jī)開設(shè)實(shí)踐教學(xué)，有利于學(xué)生鞏固公差、測量等理論知識，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，拓寬學(xué)生的就業(yè)方向。

三坐標(biāo)測量；實(shí)踐教學(xué)；測量技術(shù)

三坐標(biāo)測量是20世紀(jì)60年代逐漸興起的一個(gè)產(chǎn)業(yè)，隨著人們對于產(chǎn)品加工能力的進(jìn)步，對于測量技術(shù)也有進(jìn)一步的要求。三坐標(biāo)測量機(jī)是一種以精密機(jī)械為基礎(chǔ)，集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)綜合為一體的現(xiàn)代精密測量設(shè)備。將三坐標(biāo)測量機(jī)作為學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容之一，有利于學(xué)生鞏固測量技術(shù)的理論知識，同時(shí)能掌握先進(jìn)的測量技術(shù)。便于拓展學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，提高他們的工程實(shí)踐能力，為學(xué)生的就業(yè)打下良好基礎(chǔ)。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)采用西安愛德華測量有限公司生產(chǎn)的Dasiy686的三坐標(biāo)測量機(jī)。測量系統(tǒng)所配備的軟件AC-DMIS是一種基于DMIS語言的交互式測量軟件，既能檢測規(guī)則的特征元素，也能檢測自由曲面。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)分為手動測量和自動測量。手動測量是用手操器控制測頭系統(tǒng)進(jìn)行測量。自動測量是在CNC模式下，運(yùn)行預(yù)先借助CAD編制好的程序，來控制機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動測量。課程中將被測件的CAD模型導(dǎo)入測量軟件中，由學(xué)生根據(jù)教學(xué)要求在數(shù)模上直接編程，再自動模式下檢測工件，最后輸出測量報(bào)告并打印。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，將被測零件定為他們在數(shù)控銑床上自主加工的零件。通過對該零件的檢測使學(xué)生對于產(chǎn)品質(zhì)量檢測有進(jìn)一步的認(rèn)識，并了解自己在數(shù)控加工方面的欠缺。

2 教學(xué)內(nèi)容

課程內(nèi)容共分為七個(gè)方面，分別為：開機(jī)、測頭選擇、基本幾何元素的測量、相關(guān)功能的使用、工件坐標(biāo)系的建立、借助CAD編程和結(jié)果輸出。

（1）開機(jī)。開機(jī)操作中主要注意兩點(diǎn)：一回零，即回到測量機(jī)的機(jī)械初始狀態(tài)。二是檢查氣源供壓力能否實(shí)現(xiàn)此氣浮導(dǎo)軌形式的三坐標(biāo)測量機(jī)的運(yùn)動。

（2）測頭選擇。本課程采用的是雷尼紹的PH10T測頭系統(tǒng)，基本組成是測頭座、連接器本體、模塊選項(xiàng)、測針。此外可根據(jù)測量需要可添加測頭加長桿或測針加長桿。其中對于測針的選用，要注意：一在滿足測量要求的情形下，盡量選用短測針，以便減少由測針彎曲帶來的偏移；二要盡量減少連接點(diǎn)，因?yàn)榧娱L桿的接入會額外引入新的彎曲和變形點(diǎn)，從而降低測量精度。

（3）基本幾何元素的測量。三坐標(biāo)測量包含十二個(gè)基本幾何元素，分別是點(diǎn)、圓、圓弧、橢圓、球、方槽、圓槽、圓環(huán)、直線、平面、圓柱和圓錐。它們是由測量點(diǎn)通過最小二乘法、最大內(nèi)切法或最小外接法計(jì)算得出的。前八個(gè)是點(diǎn)元素，它表達(dá)元素的尺寸和空間位置。后四個(gè)是矢量元素，它既要表達(dá)元素的空間方向，同時(shí)也可能表達(dá)元素的尺寸和空間位置。此外，還有組合元素，它主要是針對點(diǎn)元素之間的組合。比如兩個(gè)圓可以通過兩個(gè)圓心的組合得到一條組合直線。

（4）相關(guān)功能。三坐標(biāo)測量的相關(guān)功能分別是：相交、角度、距離、垂直、對稱、鏡像、圓錐、投影以及平面相交點(diǎn)的計(jì)算。通過相關(guān)功能的應(yīng)用使學(xué)生對基本幾何元素有進(jìn)一步的認(rèn)識理解。

（5）工件坐標(biāo)系的建立。三坐標(biāo)測量機(jī)的坐標(biāo)系有：原始坐標(biāo)系、機(jī)械坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系以及模型坐標(biāo)系。原始坐標(biāo)系，是開機(jī)時(shí)的坐標(biāo)系；機(jī)械坐標(biāo)系，是回零后的坐標(biāo)系，它是唯一的；工件坐標(biāo)系，是根據(jù)零件的基準(zhǔn)建立的坐標(biāo)系，也就是測量基準(zhǔn)，可以根據(jù)測量需要建立若干個(gè)；模型坐標(biāo)系，是三維模型的基準(zhǔn)。建立工件坐標(biāo)系意義在于：一是找正零件，當(dāng)零件放置位置與機(jī)械坐標(biāo)系不平行時(shí)，可通過建立坐標(biāo)系來實(shí)現(xiàn)找正，從而避免誤差；二是指出零件放置位置，實(shí)現(xiàn)程序的自動運(yùn)行；三是使零件與模型坐標(biāo)系一致，以便編程。

建立工件坐標(biāo)的方法有很多種，其中最常用的是工件位置找正法，即3-2-1法則。具體如下：①3個(gè)點(diǎn)確定基準(zhǔn)平面。基準(zhǔn)平面的目的是空間找正，其法線就作為Z軸。②2個(gè)點(diǎn)確定基準(zhǔn)直線。基準(zhǔn)直線的目的是軸向擺正，它是圍繞第一軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的第二軸。③1個(gè)點(diǎn)確定坐標(biāo)零點(diǎn)。根據(jù)右手直角笛卡爾坐標(biāo)系，確定了兩個(gè)軸，第三軸也就固定了。再用前面學(xué)過的相關(guān)功能之類的運(yùn)算求得坐標(biāo)零點(diǎn)。按照X=0，Y=0以及Z=0進(jìn)行同時(shí)偏置即可得到坐標(biāo)原點(diǎn)。

（6）借助CAD編程。三坐標(biāo)測量的編程方式有三種：一是自學(xué)習(xí)編程；二是脫機(jī)編程，即高級語言編程；三是借助CAD編程，是此課程的重點(diǎn)，它是一種數(shù)模比對測量的編程方法，必須有CAD模型，將其導(dǎo)入測量軟件中，在模型上進(jìn)行編程，可實(shí)現(xiàn)高效無圖化生產(chǎn)。編程的步驟分別為：①建立工件坐標(biāo)系，來找正零件位置；②建立安全平面，避免自動運(yùn)行程序時(shí)出現(xiàn)撞針現(xiàn)象；③在自動模式下，打開CAD系統(tǒng)中的特征測量直接在模型上拾取被測元素，如用線拾取要測量的圓，面拾取要測量的圓柱等；④查看所有節(jié)點(diǎn)路徑，確定路徑無碰撞，再運(yùn)行程序。首次運(yùn)行程序注意減慢速度，防止撞針；⑤保存程序文件。

（7）結(jié)果輸出。測量結(jié)束后，軟件可輸出多種形式的檢測報(bào)告。根據(jù)圖紙的加工要求選擇需要的測量結(jié)果，顯示在檢測報(bào)告中，將其保存并打印出來。

3 結(jié)語

三坐標(biāo)測量課程的引入，填補(bǔ)了學(xué)生在先進(jìn)測量技術(shù)上的空缺，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)的主觀能動性。同時(shí)通過檢測自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的被測件，使學(xué)生對于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測量有更直觀、更深刻的認(rèn)識，從而提高他們的綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力以及解決復(fù)雜問題的能力，對于他們今后的就業(yè)有一定的指導(dǎo)意義。

［1］張曉東，王保平，汪菊英.應(yīng)用型機(jī)械類本科“3+1”人才培養(yǎng)模式的改革思路［J］.裝備制造技術(shù)，2010，（2）：198-200.

［2］李大鵬，崔洋.三坐標(biāo)測量機(jī)在逆向工程的應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2007，（7）：72-74.

Practical Teaching Design of the Three Coordinate Measuring in 3+1 Teaching Mode

ZHANG Zhu-qing1，2，XIAO Long-xue2，LIU Jian-peng2，HUA guo-ran3

（1.Xinglin Academy，Nantong University，Nantong，Jiangsu 226019，China；（2.School of Engineering Training Center，Nantong University，Nantong，Jiangsu 226019，China；
（3.School of Mechanical Engineering，Nantong University，Nantong，Jiangsu 226019，China）

The three coordinate measuring machine is a kind of high efficiency and high precision measuring equipment，, which has been widely used in modern industry.In the 3+1 teaching mode，the three coordinate measurement course is of great significance.The establishment of the course is convenient for students to master modern measurement technology，improve students'engineering practice ability，and is beneficial to students'employment.Practice has proved that the practice of three coordinate measuring machine is conducive to the consolidation of tolerance，measurement and other theoretical knowledge，enhance students'innovation ability，broaden the direction of employment.

three coordinate measurement；practice teaching；measurement technology

TP391

A

2095-980X（2017）01-0206-02

2016-11-13

項(xiàng)目編號：南通大學(xué)杏林學(xué)院教育教學(xué)研究基金項(xiàng)目合同書2014J247。

張竹青（1987-），女，江蘇鹽城人，碩士研究生，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：現(xiàn)代測量技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、3D打印技術(shù)和太陽能電池。