姚利娟

(西南科技大學(xué) 工程技術(shù)中心，四川 綿陽 621010)

工程訓(xùn)練是大學(xué)生實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個重要組成部分，旨在對學(xué)生進行全面系統(tǒng)的工程技術(shù)教育和工藝技術(shù)訓(xùn)練，使學(xué)生了解工程概念，提高工程素質(zhì)，并最終成為適應(yīng)現(xiàn)代工程發(fā)展需要的應(yīng)用型創(chuàng)新人才［1－3］。傳統(tǒng)的金工實習(xí)等訓(xùn)練項目已不能滿足新形勢下的人才培養(yǎng)需求，開展現(xiàn)代加工制造技術(shù)的教學(xué)與實踐的必要性日益凸顯。在這種背景下，《產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計》與《先進制造技術(shù)》等一系列課程逐漸被納入工程訓(xùn)練課程體系中。

現(xiàn)代測量技術(shù)在先進制造技術(shù)中具有舉足輕重的地位，對實現(xiàn)零件互換性、保證產(chǎn)品質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的日益提高，對產(chǎn)品的可靠性及質(zhì)量的要求越來越高，測量儀器也越來越趨于精密化、集成化、智能化［4］。

20世紀60年代后期發(fā)展起來的三坐標測量機作為上述發(fā)展趨勢的典型代表，三坐標測量機是一種高效的新型精密測量設(shè)備，可用于測量各種機械零件、模具等的形狀尺寸、孔位、孔中心距以及各種形狀的輪廓，并且特別適用于測量帶有空間曲面的工件。由于三坐標測量機具有高準確度、高效率、大測量范圍的優(yōu)點，已成為幾何量測量儀器的一個重要發(fā)展方向［5］。

將三坐標測量機應(yīng)用于現(xiàn)代測量技術(shù)的實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，能夠使學(xué)生在實際動手操作中，了解現(xiàn)代測量技術(shù)的基本特點，并掌握一定的先進測量方法，對拓展學(xué)生知識結(jié)構(gòu)、提高工程實踐能力起到積極作用［6］。

1 實驗設(shè)計

實驗設(shè)備采用?？怂箍倒旧a(chǎn)的Explorer 07.10.05三坐標測量機，如圖1所示。

圖1 Explorer三坐標測量機

Explorer系列測量機是功能完善的通用型數(shù)控測量機，并配備PC－DMIS測量軟件，能夠滿足各種中小尺寸零部件的測量需要。其各項指標如下［7］:

1)主要技術(shù)指標

行程范圍(mm)X/Y/Z:700×980×500;最大三維速度(mm/s):520;最大三維加速度(mm/s2):780。

2)精度指標

最大示值誤差(MPEE):2.5+3.3 L/1 000 μm;最大探測誤差(MPEP):2.8 μm。

實驗授課對象為以機械專業(yè)為主的理工科學(xué)生，針對學(xué)生所學(xué)專業(yè)及所具備的專業(yè)基礎(chǔ)知識的不同，將實驗劃分為三個層次，如圖2所示［8］。

圖2 現(xiàn)代測量技術(shù)實驗結(jié)構(gòu)層次

1.1 基礎(chǔ)認知實驗設(shè)計

基礎(chǔ)認知實驗面向所有理工科學(xué)生，以講授及演示操作為主。主要涉及現(xiàn)代測量技術(shù)的基本概念、三坐標測量機的硬件構(gòu)成和功能。包括:三坐標測量機的主體部分，終端控制計算機和打印機，數(shù)控設(shè)備及其外設(shè)以及三坐標測量系統(tǒng)的軟件功能。另外，在本階段的實驗中，將介紹三坐標測量系統(tǒng)的測量原理及其在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。

1.2 基本操作技能實驗設(shè)計

基本操作技能實驗主要針對近機械類及機械類專業(yè)低年級學(xué)生，學(xué)習(xí)三坐標測量機及測量軟件的基本操作，如選擇并校驗測頭、裝夾待測工件以及如何利用三坐標測量機對簡單零件進行單一幾何量的手動測量，如手動測量點、直線、平面、圓、圓柱等，并學(xué)習(xí)分析所測量的尺寸及形位公差。

為加強本實驗環(huán)節(jié)與工程訓(xùn)練體系內(nèi)其他實驗環(huán)節(jié)的聯(lián)系，本實驗所選用的待測工件均來自學(xué)生在其他實驗環(huán)節(jié)中所做的作品，如圖3所示。其中，圖3(a)工件要求測量上表面各孔的相對位置、前后兩側(cè)面的平行度以及兩側(cè)面相對上表面的垂直度;圖3(b)工件則主要檢測軸兩端的同軸度。

檢測步驟如下:

1)合理選擇并校驗測頭，以保證測量精度;

2)裝夾工件，要求定位合理且便于測量;

3)手動測量所需幾何量，其中工件a主要測量上表面、前后兩個側(cè)面及上表面各孔。工件b主要測量軸兩端的柱體;

4)對所測量進行評價;

5)生成檢測報告。

圖3 實驗所用工件

針對圖3所示的兩個工件，部分檢測結(jié)果分別如表1和表2所示。

表1 工件a檢測結(jié)果 mm

表2 工件b檢測結(jié)果 mm

基本操作技能實驗的目的在于使學(xué)生通過實驗原理的學(xué)習(xí)和實際操作，加深對公差測量等方面理論知識的理解，并初步掌握三坐標測量機的測量方法。同時通過對其他實驗環(huán)節(jié)作品的檢測，將產(chǎn)品的設(shè)計、加工及質(zhì)量檢測等環(huán)節(jié)結(jié)合到一起，能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)過程有更加完整、清晰地認識和了解。

1.3 技能提升實驗設(shè)計

技能提升實驗只針對機械專業(yè)三、四年級學(xué)生開設(shè)，要求學(xué)生首先掌握三坐標測量機自動檢測零件的基本方法，在此基礎(chǔ)上針對某一特定零件，分析零件圖紙及加工技術(shù)要求，設(shè)計測量方案;針對零件的各項形位公差進行自動檢測，最終生成檢測結(jié)果，并與技術(shù)要求進行比對，以驗證零件是否符合加工工藝要求。

為提高學(xué)生解決實際問題的能力，技能提升實驗所用待測工件一般選用工業(yè)生產(chǎn)中常見基本零件，如箱體類或盤蓋類零件等。以圖4所示教學(xué)樣品工件為例，要求測量的幾何量包括左右兩側(cè)孔的同軸度、斜面的傾斜角度等。

具體實驗步驟如下:

1)分析零件圖紙，明確零件技術(shù)要求，以確定待測幾何量，擬定測量方案;

2)根據(jù)圖紙標明的零件加工基準或CAD數(shù)模中的坐標系建立零件坐標系，進行自動測量;

3)評價所測量，生成檢測報告。

圖4所示工件的最終檢測報告如圖5所示。

圖4 技能提升實驗教學(xué)樣品工件

圖5 工件檢測報告

技能提升實驗的目的在于，使學(xué)生了解三坐標測量機在零件自動檢測中的應(yīng)用及自動測量方法，并掌握如何評價測量結(jié)果。同時，嘗試解決實際生產(chǎn)中所遇到的測量問題［9］。

2 結(jié)束語

三坐標測量機以其高精度、高效率等優(yōu)勢已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代加工制造行業(yè)。經(jīng)教學(xué)實踐證明，將三坐標測量機應(yīng)用到現(xiàn)代測量技術(shù)實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，為學(xué)生提供包括簡單幾何量測量、產(chǎn)品檢測等在內(nèi)的多項實驗項目，能夠使學(xué)生在實驗過程中加深對測量技術(shù)等基本理論知識的理解，了解現(xiàn)代測量技術(shù)的特點，掌握以三坐標測量機為代表的現(xiàn)代測量方法的基本原理和典型應(yīng)用，使學(xué)生在拓展自身知識結(jié)構(gòu)的同時提高了工程實踐能力。

［1］ 周婭，魏德強，廖維奇，等．機電綜合工程訓(xùn)練中心建設(shè)的探索與實踐［J］．實驗技術(shù)與管理，2011，28(12):9－10，14．

［2］ 周郴知，蘇龍江．關(guān)于工程訓(xùn)練中心建設(shè)的思考［J］．中國教育技術(shù)裝備，2006(12):43－45．

［3］ 惠記莊，劉海明，鄒亞科，等．現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心建設(shè)及訓(xùn)練模式的探索［J］．實驗技術(shù)與管理，2009，26(3):115－118．

［4］ 趙志剛，趙偉，黃松嶺．試論現(xiàn)代測量技術(shù)的主要進步特征及發(fā)展趨勢［J］．電子測量與儀器學(xué)報，2008(Z1):1－7．

［5］ 高大軍，余曉芬．坐標測量機交互式虛擬實驗室的設(shè)計［J］．實驗室研究與探索，2008，27(9):58－60，84．

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

［7］ ?？怂箍禍y量技術(shù)(青島)有限公司．實用坐標測量技術(shù)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007．

［8］ 陳偉，張其平．重新認識與組織實驗教學(xué)［J］．實驗室研究與探索，2011，30(10):357－359，367．

［9］ 楊雪榮，成思源，馬登富，等．基于三坐標測量機實驗教學(xué)的探索與實踐［J］．實驗室研究與探索，2011，30(11):112－115．