三坐標測量實踐教學設計論文

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摘要：三坐標測量機是一種高效率、高精度的測量設備，在現代工業中得到了廣泛的應用。在3+1教學模式下所設計的三坐標測量課程有著重要的意義。課程的設立，便于學生掌握現代測量技術，提高學生的工程實踐能力，有利于學生的就業。實踐證明，三坐標測量機開設實踐教學，有利于學生鞏固公差、測量等理論知識，增強學生的創新能力，拓寬學生的就業方向。

關鍵詞：三坐標測量；實踐教學；測量技術

三坐標測量是20世紀60年代逐漸興起的一個產業，隨著人們對于產品加工能力的進步，對于測量技術也有進一步的要求。三坐標測量機是一種以精密機械為基礎，集光、機、電、計算機綜合為一體的現代精密測量設備。將三坐標測量機作為學生的實踐教學內容之一，有利于學生鞏固測量技術的理論知識，同時能掌握先進的測量技術。便于拓展學生的知識結構，提高他們的工程實踐能力，為學生的就業打下良好基礎。

1教學設計

課程設計采用西安愛德華測量有限公司生產的Dasiy686的三坐標測量機。測量系統所配備的軟件AC-DMIS是一種基于DMIS語言的交互式測量軟件，既能檢測規則的特征元素，也能檢測自由曲面。在實踐教學環節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進行測量。自動測量是在CNC模式下，運行預先借助CAD編制好的程序，來控制機器實現自動測量。課程中將被測件的CAD模型導入測量軟件中，由學生根據教學要求在數模上直接編程，再自動模式下檢測工件，最后輸出測量報告并打印。為提高學生學習積極性，將被測零件定為他們在數控銑床上自主加工的零件。通過對該零件的檢測使學生對于產品質量檢測有進一步的認識，并了解自己在數控加工方面的欠缺。

2教學內容

課程內容共分為七個方面，分別為：開機、測頭選擇、基本幾何元素的測量、相關功能的使用、工件坐標系的建立、借助CAD編程和結果輸出。（1）開機。開機操作中主要注意兩點：一回零，即回到測量機的機械初始狀態。二是檢查氣源供壓力能否實現此氣浮導軌形式的三坐標測量機的運動。（2）測頭選擇。本課程采用的是雷尼紹的PH10T測頭系統，基本組成是測頭座、連接器本體、模塊選項、測針。此外可根據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，因為加長桿的接入會額外引入新的彎曲和變形點，從而降低測量精度。（3）基本幾何元素的測量。三坐標測量包含十二個基本幾何元素，分別是點、圓、圓弧、橢圓、球、方槽、圓槽、圓環、直線、平面、圓柱和圓錐。它們是由測量點通過最小二乘法、最大內切法或最小外接法計算得出的。前八個是點元素，它表達元素的尺寸和空間位置。后四個是矢量元素，它既要表達元素的空間方向，同時也可能表達元素的尺寸和空間位置。此外，還有組合元素，它主要是針對點元素之間的組合。比如兩個圓可以通過兩個圓心的組合得到一條組合直線。（4）相關功能。三坐標測量的相關功能分別是：相交、角度、距離、垂直、對稱、鏡像、圓錐、投影以及平面相交點的計算。通過相關功能的應用使學生對基本幾何元素有進一步的認識理解。（5）工件坐標系的建立。三坐標測量機的坐標系有：原始坐標系、機械坐標系、工件坐標系以及模型坐標系。原始坐標系，是開機時的坐標系；機械坐標系，是回零后的坐標系，它是唯一的；工件坐標系，是根據零件的基準建立的坐標系，也就是測量基準，可以根據測量需要建立若干個；模型坐標系，是三維模型的基準。建立工件坐標系意義在于：一是找正零件，當零件放置位置與機械坐標系不平行時，可通過建立坐標系來實現找正，從而避免誤差；二是指出零件放置位置，實現程序的自動運行；三是使零件與模型坐標系一致，以便編程。建立工件坐標的方法有很多種，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個點確定基準平面?；鶞势矫娴哪康氖强臻g找正，其法線就作為Z軸。②2個點確定基準直線?；鶞手本€的目的是軸向擺正，它是圍繞第一軸旋轉而產生的第二軸。③1個點確定坐標零點。根據右手直角笛卡爾坐標系，確定了兩個軸，第三軸也就固定了。再用前面學過的相關功能之類的運算求得坐標零點。按照X=0，Y=0以及Z=0進行同時偏置即可得到坐標原點。（6）借助CAD編程。三坐標測量的編程方式有三種：一是自學習編程；二是脫機編程，即高級語言編程；三是借助CAD編程，是此課程的重點，它是一種數模比對測量的編程方法，必須有CAD模型，將其導入測量軟件中，在模型上進行編程，可實現高效無圖化生產。編程的步驟分別為：①建立工件坐標系，來找正零件位置；②建立安全平面，避免自動運行程序時出現撞針現象；③在自動模式下，打開CAD系統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查看所有節點路徑，確定路徑無碰撞，再運行程序。首次運行程序注意減慢速度，防止撞針；⑤保存程序文件。（7）結果輸出。測量結束后，軟件可輸出多種形式的檢測報告。根據圖紙的加工要求選擇需要的測量結果，顯示在檢測報告中，將其保存并打印出來。

3結語

三坐標測量課程的引入，填補了學生在先進測量技術上的空缺，可以激發學生的學習熱情，提高學習的主觀能動性。同時通過檢測自主設計生產的被測件，使學生對于設計、生產和測量有更直觀、更深刻的認識，從而提高他們的綜合創新設計能力以及解決復雜問題的能力，對于他們今后的就業有一定的指導意義。

作者:張竹青 肖龍雪 劉建鵬 花國然 單位:南通大學

參考文獻

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

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