淺談三坐標測量機在實踐教學中的應用

摘 要：三坐標測量機是對傳統測量技術的飛躍性發展，利用先進的科學技術知識完成對零部件尺寸和形位公差的測量評價，已經在各個領域得到了應用。將三坐標測量機應用于實踐教學，能夠提高學生理論和實踐相結合的能力，提高學生的綜合技能水平。

關鍵詞：三坐標測量機；實踐教學；技能水平

三坐標測量機是60年代后期發展起來的一種高效的新型精密測量設備，目前被廣泛應用于機械、電子、汽車、飛機等工業部門，它不僅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，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、測量范圍大的優點，已成為幾何量測量儀器的一個主要發展方向。因此，將三坐標測量機引入本科院校機械類各專業的實踐教學中是符合當前企業、市場對專業技能人才需求的重要舉措。目前，很少有高校將三坐標測量應用于本科教學，對于機械類專業的學生來說，學習三坐標測量機的日常維護保養、基本操作，有利于學生畢業后滿足企業的要求，也為學生的就業選擇拓寬路徑。

1 三坐標測量機介紹

（1） 三坐標測量機系統的硬件主要有三部分組成

a.終端控制計算機和打印機：在三坐標測量機系統的硬件結構中，計算機是整個測量系統的管理者。計算機實現與操作者對話、控制程序的執行和結果處理、與外設的通訊等功能。

b.數控設備及其外設：數控設備是計算機和測量機的接口（I/O，工具信號，緊急情況等）。數控設備通過由計算機傳來的數據計算出參考路徑，不斷地控制測量機的運動及與手提式控制盒的通訊。

c.三坐標測量機：三坐標測量機的主體主要由以下各部分組成：底座、測量工作臺、立柱、X向支撐梁和導軌、Y向支撐梁和導軌、Z軸部件、測頭、驅動電機及測長系統。

（2） 三坐標測量原理。

坐標測量原理：任何形狀都是由空間點組成，所有的幾何測量都可以歸納為空間點的測量，因此精確進行空間點坐標的采集，是評定任何幾何形狀的基礎。

三坐標測量機的基本原理是將被測零件放入它允許的測量空間，精確地測出被測零件表面的點在空間三個坐標位置的數值，將這些點的數值經過計算機數據處理，擬合形成測量元素，如圓、球、圓柱、圓錐、曲面等。

（3） 測量機簡介。

天津理工大學中環信息學院現代制造技術實驗室2于2014年7月從?？怂箍禍y量技術（青島）有限公司購進一臺Inspector 08.10.06型三坐標測量機。

結構特性。

①采用精密橫梁機械結構，全封閉框架移動橋式，結構簡單、緊湊、運動質量輕、承載能力強，剛性好。

②工作臺采用優質花崗巖（變形系數?。?，硬度高，承載能力強，溫度穩定，熱變形系數小，抗時效變形能力強，穩定性好。

③三軸采用直流伺服電機，光柵計量系統，實現全封閉控制，設備響應速度快，定位精度高。

④采用自潔式預載荷高精度空氣軸承（氣浮裝置），運動更平穩。

⑤采用高精度接觸式測頭，性能可靠穩定，靈敏度高，重復性好，抗干擾能力強。

⑥采用高速高精度全數字自動控制系統和高精密光柵反饋系統（光柵尺及光柵讀數頭），配合伺服電機實現全閉環反饋控制。

⑦Z軸采用氣缸平衡裝置，具有自動安全保護，可以保證缺氣時Z軸的定位精度及穩定性。

Inspector三坐標測量機的主要技術參數：

型號：Inspector08.10.06

測量行程：800*1000*600mm（ X軸* Y軸* Z軸）

探測誤差：≤2.9um

測量示值誤差：E=2.7+4.0L/1000um

2 實訓內容

通過實訓課程的學習，讓學生了解三坐標測量機的組成、結構、類型、工作原理，熟悉并掌握三坐標測量機的日常維護保養及基本操作。學習PCDMIS測量軟件的應用，測針的選擇安裝，測頭的校正等。要求學生熟練掌握常見幾何特征的手動測量、自動測量、“321”法建立坐標系及尺寸、形位公差的評價操作、報告輸出打印等。

3 實訓安排

實踐課程是學院當前教學工作的重心，按照學院建設具有中環特色的應用技術型大學的要求，不斷提高實踐課程教學水平和人才培養質量，以專業人才培養方案為依據，圍繞具有創新精神和實踐能力，在工作現場從事技術應用、技術服務和技術管理的高級技術技能人才這一培養目標，充分利用實驗室現有設備，以機械制造類企業對人才專業技能的需求為出發點，以“項目導入、任務驅動、案例教學”為手段，按照理實一體化模式進行，讓學生“在學中做、在做中學”，注重將職業道德、安全操作規范、產品質量意識等方面的內容融入到教學過程中，在技能培養過程中注重培養學生的職業素質。

在教學過程中，突出精講多練，理實一體化教學理念，在給學生講解相關理論知識的同時采用多媒體課件、現場示范、學生實際動手操作等靈活多樣的教學手段完成不同內容的教學，提高教學效果，提升學生的學習興趣。教學中注重實際生產加工案例的運用、采用分組討論式教學方法；積極將現代教學手段融入到教學過程中。另外，加強實訓課程考核環節，制定考核評價體系，盡可能保證每節課都有考核，每個人都有考核；在考核成績上，主要結合學生平時出勤、課堂表現、小組討論中的表現、分析解決問題能力及實際動手操作機床規范程度等方面進行綜合評定。盡可能保證學生有更多的時間去操作機床，更多的學生學會操作機床。

4 小結

通過把實際生產加工中所用到的高精度先進測量設備——三坐標測量機引入實踐教學，一方面可以開拓學生的眼界和知識面，真正做到和實際應用相結合；另一方面，通過讓學生實際動手操作，激發學生的學習興趣，也能夠把枯燥單一的理論知識在實踐中得到應用，提升教學質量和教學效果，增強了學生的工程實踐能力和專業技能水平。

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作者簡介：李鎮（1990），男，漢族，河南信陽人，學士，助理實驗師，主要從事：數控實訓、精密測量研究及教學工作。