三坐標應用綜合實訓的實踐和探討

田卡 王世明 楊志乾 宋秋紅 李慶軍

摘要：針對社會對應用型人才的需求以及提高高校設備的利用率，提出了一種基于?？怂箍等鴺藴y量機的綜合實訓課程。實踐證明，課程的開展促進了學生對現代測量技術以及圖紙基準、形位公差的理解，也為后期學生利用三坐標測量機進行科研及企業項目承接奠定了基礎，具有推廣和借鑒作用。

關鍵詞：三坐標測量機；綜合實訓；現代測量技術；實驗教學

中圖分類號：P204 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）14-0159-03

一、引言

三坐標測量隸屬智能制造的一部分，因其技術的成熟、測量時效高、精度高等特點，已廣泛應用于制造業中，諸如汽車、造船、航天、儀器儀表等[1，2]。根據近幾年上海市對機制專業認證的評估要求，已明確提出對技能化、應用型學生培養的重要性。參考我校對接企業對人才反饋信息，對測量、制圖類本科技術型人才的需求越來越多，基于此，我院特開展機械專門化技術人才培養的教學轉型，以突破高校與企業人才供輸的“一公里”距離，化解機械專業認證評估的尷尬和瓶頸。

在機制類專業內，開展實訓教學是培養高素質人才的有效方式，是工科性專業必不可少的環節[3]。我校現有的實訓項目包含海洋儀器測控、數控技術、三坐標測量和快速成型部分。因場地和設備的限制因素，實訓存在著操作少、走馬觀花、專注度不高、學生反饋不佳等現象。筆者針對上述三坐標測量模塊，結合本校實際情況且自身對三坐標教學方面的經驗，從培養應用型人才和滿足專業認證的需求出發，對此進行改進，提出了一種理論和實踐高度結合，內容從演示性、基礎性、提升性、綜合性和設計性層層遞進的實訓項目。在充分利用我校三坐標測量機設備的前提下，為我院機制專業學生在現代測量專業人才的培養方面提供新思路。

二、綜合實訓課程概要

三坐標測量實訓課程，主要面向機械類本科、研究生。參考我校的課程設置，本綜合實訓的開展安排在第四個學期，學生修過《互換性與測量技術》和《先進制造技術》，對常規測量以及先進測量有一定理論基礎。表1為三坐標綜合實訓課程概要，根據層層遞進的因素，共設置集中的13個課時，約集中2天，匹配我校天山路生產實習中三坐標測量課程的課時安排。課程的開展，促進學生將測量的理論知識應用到實際工程問題中，且實現學生從基礎認知到中級操作，再到高級提升的金字塔性人才的培養。

三、實訓課程設置

（一）實驗設備

本實訓課程采用我校2010年購買的?？怂箍档谋?三坐標綜合實訓課程概要global 4*5*4型三坐標機，該機器配備PC-DIMS軟件，配備普通探針、星型探針、柱形探針，可以測量不同規格的零件。其測量行程范圍XYZ分別是400-500-400，測量精度可達0.001mm。

（二）演示性實訓內容

演示性的實訓課程采用本校CNC加工的短軸零件1，將測量機的操作分為前期準備、測量過程和測量結束三個階段，先入為主地給學生鋪設先進測量概念，與課本《互換性與測量技術》中尺寸、形位公差的測量方法形成對比，讓學生直觀地感受到三坐標測量機的快捷和精確性，激發學生對三坐標測量的興趣和熱情。實訓以報告的形式來檢驗學生的掌握情況，為后續課程的開展奠定基礎。

（三）基礎性實訓內容

基礎性實訓是整個實中的重要部分。采用實訓零件1，對海克斯康三坐標操作知識點的詳述和點對點操作應用，考驗學生掌握新技術的能力。主要涉及如下5個方面：

（1）工件坐標系建立方法，包含圖紙基準解讀、3-2-1方法和迭代法；

（2）特征采集方法，包含零件特征采集規則、手動特征采集方法；

（3）自動運行方法，包含自動采集特征方法、移動點、安全平面和安全空間；

（4）尺寸評價方法，基準建立方法和形位公差評價方法；

（5）報告輸出，報告輸出樣式和報告分析模式。

實訓內容點采用理論講解和實際操作兩個部分，教師講解完后，立刻讓學生在測量機上進行操作及相關案例操作問題討論?；A性實訓內容的考核采用課堂作業和課堂操作的形式進行。

（四）提升性實訓內容

根據近些年綜合實訓的效果，發現機制專業類學生能夠很好地運用三坐標進行零件的操作，但對于所檢測零件圖紙中的基準、形位公差、尺寸公差的理解具有一定難度，這嚴重阻礙了學生深度思考和解決問題的能力?；耍诒敬稳鴺说膶嵱栔?，添加了2個課時的結合圖紙的尺寸公差、形位公差、基準的回顧講解。本部分參考GB/T 1182-2008/ISO1101：2004編寫實訓課程講義，講義格式采用形位公差解讀和三坐標提取特征的形式結合講解，依此作為參考來輔助學生對類似問題的深入理解。表2為公差全跳動知識點講義講解形式。本部分的考核形式采用課后作業，著重強調學生深度理解知識要點，能夠對后續的尺寸評價進行深入理解和應用。

（五）設計性實訓內容

該實訓內容與逆向工程設計相結合，是進行復雜曲面造型、新產品的仿制、磨損件的還原等的重要手段，隸屬三坐標利用的高級應用范疇[3，4]。其占據1個課時，主要目標是增加機制學生對三坐標高級利用的認知，服務其科研和科技創新。該部分的操作過程主要由實訓老師操作講解完成。本實訓采用如下圖2（a）所示的水輪機葉片翼型零件，且整個講解和操作過程由實訓教師完成。本實訓通過三坐標點觸式掃描，得到翼型輪廓點的IGES或者STL數據，將數據點導入到Solidworks軟件中，生成翼型的三維模型，如圖2（b）所示，最后將三維模型導入HTS快速成型機中，將翼型葉片打印出來，完成產品的復制，如圖2（c）。本部分實訓以報告的形式進行考核，將3D打印技術和三坐標測量技術融合起來，提高學生的專業技能。

四、結論

以培養應用技能型人才，滿足機制專業認證需求，結合我校實訓經驗而開展的三坐標測量綜合實訓，充分地結合了《互換性和測量技術》和《公差測量基礎》兩門課程，是對課本測量知識的理解、補充和延伸。根據我校小規模的課程實踐證明，其高度化的測量實踐操作，提高了機制類學生的動手能力和主動參與意識；其遞進式的教學模式以及實際工程案例的引入，讓學生提前了解了工廠測量規范和提高實際工程問題解決能力，增加了學生就業核心競爭力，具有推廣和參考價值。

參考文獻：

[1]白月飛，高青松，金偉.淺談三坐標測量機及其應用[J].現代制造技術與裝備，2009，（6）：29-31.

[2]張作鵬，陳學奎.淺談三坐標測量機及其應用[J].廣西輕工業，2009，25（7）：53-54.

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

[4]李桂麗，李健，蔣建軍.基于CMM反求工程中的汽車輪轂設計[J].機械設計與制造，2012，（10）：15-17.