基于三坐标测量机的项目化教学设计*

张竹青，赵南生，郭东军，顾海勤

(南通大学 工程训练中心，江苏 南通 226019)

0 引 言

对于现代大学生而言，培养工程素质是现代工业技术发展对其的基本要求。工程训练旨在培养工程意识，提高学生工程素质， 最终成为适应现代工程发展需要的应用创新型人才[1-2]。

项目式教学法，是结合学生的学习特点，将学习过程以项目的形式展开，让学生自主学习，主动寻求解决问题的方法，结合老师共同完成的教学活动。以自主加工的零件案例来组织教学，使学生从生产中就参与到实践项目中，增强了学生学习的积极性，并且能在项目的实施过程中，培养学生主动思考，主动解决问题的能力，养成良好的工程素养和团队合作能力[3]。

三坐标测量机是20世纪60年代逐渐兴起的技术。由于现代工业制造对产品的加工技术的进步，势必要求提高测量技术。三坐标测量机是一种以精密机械为基础，集光、机、电、计算机等多项技术一体的现代精密测量设备[4]。将三坐标测量机投入教学中，在便于学生巩固测量技术的理论知识的基础上，掌握现代测量技术，有助于解决学生的毕业设计及今后的就业问题[5]。

1 教学内容

根据学校条件，教学所采用的是西安爱德华测量有限公司生产的Dasiy686型号的三坐标测量机， AC-DMIS交互式测量系统， RENISHAW-PH10T型的接触式测头进行数据测量。

教学中，通过简单零件的测量，培养和训练学生操作技能，使学生做到学中做，做中学，提高学生解决问题的能力。教学过程中，首先让学生自主熟悉课程内容，找到解决问题的相关知识点；再由老师结合课程内容讲解相关知识点；接下来由学生分组协作，制定测量方案，共同完成课程内容。

1.1 工件选择

该教学中为了提高学生的学习积极性，选择了学生在数控三轴加工中心上加工的简单零件，进行测量，如图1所示。

图1 被测零件

1.2 被测元素

由于课程时长限制，只选择典型元素进行测量，通过讲授与演示结合的方法，让学生在操作中获取知识与技能，从被灌输到主动学，提高学生学习与操作能力。被测元素分为几何尺寸和形位公差，如表1所示。

表1 几何尺寸和形位公差

1.3 安装夹具

将被测件用万能柔性夹具固定在三坐标测量机的工作台面的夹具底板，这样固定有助于测量和建立工件坐标系。

1.4 测量过程

根据被测元素选择特征测量，来获取测量数据。具体过程如下：

(1) 正确装配测头并校正，且选用所需测头。本次测量中选择了RENISHAW的红宝石球测针，测针有效长度为10 mm，测求直径为5 mm。

(2) 根据被测元素，建立工件坐标系。

考虑到三坐标测量机建立的工件坐标系的方向与CAD模型坐标系方向一致，以确保在数据转换后，在CAD中显示的图形与安装零件方向一致。

所以将工件坐标系的原点建立在上表面的中心处。用上表面限制Z轴旋转自由度，即确定Z轴的轴向。

(3) 利用元素的特征测量，分别测出孔、平面，得到孔的直径。

在三坐标测量机上，借助于CAD模型，使用特征测量功能有利于工件的测量以及实测结果数据对比，使复杂零件简单化。

而在特征测量时，为了防止测针在测量过程中发生碰撞，可设置并激活安全平面。在得到被测零件的实体范围后，给定各个方向上的安全高度，形成包络块，在自动测量后，测针回退时形成安全高度。

圆的特征测量通过在模型上拾取圆的边沿线，同时圆的相关参数自动读入界面，可以更改相应参数，如起始角，终止角，深度等。观察显示路径，确认无误后，点击测量，结束后在结果组生成测量结果，如图2所示。

平面的特征测量有两种类型：圆或者矩形，操作也有所区别。

选择圆形平面测量时，同样通过在模型上拾取边沿线，得到圆的直径后，必须更改直径参数。再观察显示路径，确认无误后，点击测量，结束后在结果组生成测量结果，如图3所示。

选择矩形平面测量时，通过在模型上拾取点，取3个点，注意是以L的形式拾取。测量过程中可以改变行、列的参数，目的是确定测量该平面的测点数。采点结束，确认路径无误后，点击测量，在结果组查看测量结果，如图3所示。

图2 圆的特征测量

图3 平面的特征测量(圆与平面)

(4) 利用相关功能求出凸台高度，即用距离的功能，求出所测量的两个面的距离。

(5) 计算形状公差中的圆度误差。当圆这个元素所测量的圆点数大于4点时，可以计算该元素的圆度误差。

(6) 计算定向公差的平行度。以下表面为基准元素，上表面为被测元素，按照RFS独立原则进行上下表面平行度的评定，如图4所示。计算平行度误差时，注意不能混淆基准元素与被测元素。

1.5 结 果

所有的测量结束后，生成最终的检测报告，如图5所示。在元素的标签栏中，可以清晰地看到所测量元素的测量结果。在评定栏中，绿色表示合格，反之为偏差值，则是不合格产品。

图4 平行度的计算图5 工件检测报告

通过简单的零件测量，让学生掌握三坐标测量机的坐标系的建立，自动测量中的应用，特征测量以及自动编程方式，并熟悉如何读取测量结果。通过简单零件的测量中总结测量经验，掌握测量技术，回顾公差知识，通过分组讨论，进一步完成企业生产中的更复杂的零件测量，并完成测量技术报告。

2 结 语

三坐标测量机以精度和效率的优越性已经广泛

应用于现代制作行业中。三坐标测量机课程以项目式教学法实施后，为学生提供了简单几何尺寸测量，形位公差测量，产品合格检测等多项教学实践项目。该教学方法符合高校学生学习特点，使学生更加熟悉现代测量技术，提高学生分析解决问题的能力，培养团队写作能力，在拓宽知识面的同时，提高了工程能力，为今后的学习和工作打下良好基础。

[1] 姚利娟.基于三坐标测量机的实验教学方法探索[J].实验科学与技术，2014，12(4)：109-111.

[2] 赵天婵，冯 俊，胡 珺.充分利用三坐标测量机培养学生工程实践能力[J].实验技术与管理，2008，25(6)：152-155.

[3] 周渝庆.基于项目式教学的“逆向工程技术”课程教学探索[J].长沙大学学报，2014，28(2)：127-129.

[4] 李大鹏，崔 洋.三坐标测量机在逆向工程的应用[J].机械设计与制造，2007(7)：72-74.

[5] 张竹青，肖龙雪，刘建鹏，等.三坐标测量在3+1教学模式下的实践教学设计[J].时代农机，2017，44(1)：206-207.