三坐標(biāo)應(yīng)用綜合實(shí)訓(xùn)的實(shí)踐和探討

田卡 王世明 楊志乾 宋秋紅 李慶軍

摘要：針對(duì)社會(huì)對(duì)應(yīng)用型人才的需求以及提高高校設(shè)備的利用率，提出了一種基于?？怂箍等鴺?biāo)測(cè)量機(jī)的綜合實(shí)訓(xùn)課程。實(shí)踐證明，課程的開展促進(jìn)了學(xué)生對(duì)現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)以及圖紙基準(zhǔn)、形位公差的理解，也為后期學(xué)生利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行科研及企業(yè)項(xiàng)目承接奠定了基礎(chǔ)，具有推廣和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)；綜合實(shí)訓(xùn)；現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：P204 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）14-0159-03

一、引言

三坐標(biāo)測(cè)量隸屬智能制造的一部分，因其技術(shù)的成熟、測(cè)量時(shí)效高、精度高等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中，諸如汽車、造船、航天、儀器儀表等[1，2]。根據(jù)近幾年上海市對(duì)機(jī)制專業(yè)認(rèn)證的評(píng)估要求，已明確提出對(duì)技能化、應(yīng)用型學(xué)生培養(yǎng)的重要性。參考我校對(duì)接企業(yè)對(duì)人才反饋信息，對(duì)測(cè)量、制圖類本科技術(shù)型人才的需求越來越多，基于此，我院特開展機(jī)械專門化技術(shù)人才培養(yǎng)的教學(xué)轉(zhuǎn)型，以突破高校與企業(yè)人才供輸?shù)摹耙还铩本嚯x，化解機(jī)械專業(yè)認(rèn)證評(píng)估的尷尬和瓶頸。

在機(jī)制類專業(yè)內(nèi)，開展實(shí)訓(xùn)教學(xué)是培養(yǎng)高素質(zhì)人才的有效方式，是工科性專業(yè)必不可少的環(huán)節(jié)[3]。我校現(xiàn)有的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目包含海洋儀器測(cè)控、數(shù)控技術(shù)、三坐標(biāo)測(cè)量和快速成型部分。因場(chǎng)地和設(shè)備的限制因素，實(shí)訓(xùn)存在著操作少、走馬觀花、專注度不高、學(xué)生反饋不佳等現(xiàn)象。筆者針對(duì)上述三坐標(biāo)測(cè)量模塊，結(jié)合本校實(shí)際情況且自身對(duì)三坐標(biāo)教學(xué)方面的經(jīng)驗(yàn)，從培養(yǎng)應(yīng)用型人才和滿足專業(yè)認(rèn)證的需求出發(fā)，對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種理論和實(shí)踐高度結(jié)合，內(nèi)容從演示性、基礎(chǔ)性、提升性、綜合性和設(shè)計(jì)性層層遞進(jìn)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。在充分利用我校三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)設(shè)備的前提下，為我院機(jī)制專業(yè)學(xué)生在現(xiàn)代測(cè)量專業(yè)人才的培養(yǎng)方面提供新思路。

二、綜合實(shí)訓(xùn)課程概要

三坐標(biāo)測(cè)量實(shí)訓(xùn)課程，主要面向機(jī)械類本科、研究生。參考我校的課程設(shè)置，本綜合實(shí)訓(xùn)的開展安排在第四個(gè)學(xué)期，學(xué)生修過《互換性與測(cè)量技術(shù)》和《先進(jìn)制造技術(shù)》，對(duì)常規(guī)測(cè)量以及先進(jìn)測(cè)量有一定理論基礎(chǔ)。表1為三坐標(biāo)綜合實(shí)訓(xùn)課程概要，根據(jù)層層遞進(jìn)的因素，共設(shè)置集中的13個(gè)課時(shí)，約集中2天，匹配我校天山路生產(chǎn)實(shí)習(xí)中三坐標(biāo)測(cè)量課程的課時(shí)安排。課程的開展，促進(jìn)學(xué)生將測(cè)量的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工程問題中，且實(shí)現(xiàn)學(xué)生從基礎(chǔ)認(rèn)知到中級(jí)操作，再到高級(jí)提升的金字塔性人才的培養(yǎng)。

三、實(shí)訓(xùn)課程設(shè)置

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本實(shí)訓(xùn)課程采用我校2010年購買的?？怂箍档谋?三坐標(biāo)綜合實(shí)訓(xùn)課程概要global 4*5*4型三坐標(biāo)機(jī)，該機(jī)器配備PC-DIMS軟件，配備普通探針、星型探針、柱形探針，可以測(cè)量不同規(guī)格的零件。其測(cè)量行程范圍XYZ分別是400-500-400，測(cè)量精度可達(dá)0.001mm。

（二）演示性實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

演示性的實(shí)訓(xùn)課程采用本校CNC加工的短軸零件1，將測(cè)量機(jī)的操作分為前期準(zhǔn)備、測(cè)量過程和測(cè)量結(jié)束三個(gè)階段，先入為主地給學(xué)生鋪設(shè)先進(jìn)測(cè)量概念，與課本《互換性與測(cè)量技術(shù)》中尺寸、形位公差的測(cè)量方法形成對(duì)比，讓學(xué)生直觀地感受到三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的快捷和精確性，激發(fā)學(xué)生對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量的興趣和熱情。實(shí)訓(xùn)以報(bào)告的形式來檢驗(yàn)學(xué)生的掌握情況，為后續(xù)課程的開展奠定基礎(chǔ)。

（三）基礎(chǔ)性實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

基礎(chǔ)性實(shí)訓(xùn)是整個(gè)實(shí)中的重要部分。采用實(shí)訓(xùn)零件1，對(duì)?？怂箍等鴺?biāo)操作知識(shí)點(diǎn)的詳述和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)操作應(yīng)用，考驗(yàn)學(xué)生掌握新技術(shù)的能力。主要涉及如下5個(gè)方面：

（1）工件坐標(biāo)系建立方法，包含圖紙基準(zhǔn)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(guī)則、手動(dòng)特征采集方法；

（3）自動(dòng)運(yùn)行方法，包含自動(dòng)采集特征方法、移動(dòng)點(diǎn)、安全平面和安全空間；

（4）尺寸評(píng)價(jià)方法，基準(zhǔn)建立方法和形位公差評(píng)價(jià)方法；

（5）報(bào)告輸出，報(bào)告輸出樣式和報(bào)告分析模式。

實(shí)訓(xùn)內(nèi)容點(diǎn)采用理論講解和實(shí)際操作兩個(gè)部分，教師講解完后，立刻讓學(xué)生在測(cè)量機(jī)上進(jìn)行操作及相關(guān)案例操作問題討論。基礎(chǔ)性實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的考核采用課堂作業(yè)和課堂操作的形式進(jìn)行。

（四）提升性實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

根據(jù)近些年綜合實(shí)訓(xùn)的效果，發(fā)現(xiàn)機(jī)制專業(yè)類學(xué)生能夠很好地運(yùn)用三坐標(biāo)進(jìn)行零件的操作，但對(duì)于所檢測(cè)零件圖紙中的基準(zhǔn)、形位公差、尺寸公差的理解具有一定難度，這嚴(yán)重阻礙了學(xué)生深度思考和解決問題的能力?；?，在本次三坐標(biāo)的實(shí)訓(xùn)中，添加了2個(gè)課時(shí)的結(jié)合圖紙的尺寸公差、形位公差、基準(zhǔn)的回顧講解。本部分參考GB/T 1182-2008/ISO1101：2004編寫實(shí)訓(xùn)課程講義，講義格式采用形位公差解讀和三坐標(biāo)提取特征的形式結(jié)合講解，依此作為參考來輔助學(xué)生對(duì)類似問題的深入理解。表2為公差全跳動(dòng)知識(shí)點(diǎn)講義講解形式。本部分的考核形式采用課后作業(yè)，著重強(qiáng)調(diào)學(xué)生深度理解知識(shí)要點(diǎn)，能夠?qū)罄m(xù)的尺寸評(píng)價(jià)進(jìn)行深入理解和應(yīng)用。

（五）設(shè)計(jì)性實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

該實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與逆向工程設(shè)計(jì)相結(jié)合，是進(jìn)行復(fù)雜曲面造型、新產(chǎn)品的仿制、磨損件的還原等的重要手段，隸屬三坐標(biāo)利用的高級(jí)應(yīng)用范疇[3，4]。其占據(jù)1個(gè)課時(shí)，主要目標(biāo)是增加機(jī)制學(xué)生對(duì)三坐標(biāo)高級(jí)利用的認(rèn)知，服務(wù)其科研和科技創(chuàng)新。該部分的操作過程主要由實(shí)訓(xùn)老師操作講解完成。本實(shí)訓(xùn)采用如下圖2（a）所示的水輪機(jī)葉片翼型零件，且整個(gè)講解和操作過程由實(shí)訓(xùn)教師完成。本實(shí)訓(xùn)通過三坐標(biāo)點(diǎn)觸式掃描，得到翼型輪廓點(diǎn)的IGES或者STL數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)點(diǎn)導(dǎo)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(dǎo)入HTS快速成型機(jī)中，將翼型葉片打印出來，完成產(chǎn)品的復(fù)制，如圖2（c）。本部分實(shí)訓(xùn)以報(bào)告的形式進(jìn)行考核，將3D打印技術(shù)和三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)融合起來，提高學(xué)生的專業(yè)技能。

四、結(jié)論

以培養(yǎng)應(yīng)用技能型人才，滿足機(jī)制專業(yè)認(rèn)證需求，結(jié)合我校實(shí)訓(xùn)經(jīng)驗(yàn)而開展的三坐標(biāo)測(cè)量綜合實(shí)訓(xùn)，充分地結(jié)合了《互換性和測(cè)量技術(shù)》和《公差測(cè)量基礎(chǔ)》兩門課程，是對(duì)課本測(cè)量知識(shí)的理解、補(bǔ)充和延伸。根據(jù)我校小規(guī)模的課程實(shí)踐證明，其高度化的測(cè)量實(shí)踐操作，提高了機(jī)制類學(xué)生的動(dòng)手能力和主動(dòng)參與意識(shí)；其遞進(jìn)式的教學(xué)模式以及實(shí)際工程案例的引入，讓學(xué)生提前了解了工廠測(cè)量規(guī)范和提高實(shí)際工程問題解決能力，增加了學(xué)生就業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力，具有推廣和參考價(jià)值。

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