姚利娟

(西南科技大學(xué) 工程技術(shù)中心，四川 綿陽(yáng) 621010)

工程訓(xùn)練是大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要組成部分，旨在對(duì)學(xué)生進(jìn)行全面系統(tǒng)的工程技術(shù)教育和工藝技術(shù)訓(xùn)練，使學(xué)生了解工程概念，提高工程素質(zhì)，并最終成為適應(yīng)現(xiàn)代工程發(fā)展需要的應(yīng)用型創(chuàng)新人才［1－3］。傳統(tǒng)的金工實(shí)習(xí)等訓(xùn)練項(xiàng)目已不能滿足新形勢(shì)下的人才培養(yǎng)需求，開(kāi)展現(xiàn)代加工制造技術(shù)的教學(xué)與實(shí)踐的必要性日益凸顯。在這種背景下，《產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)》與《先進(jìn)制造技術(shù)》等一系列課程逐漸被納入工程訓(xùn)練課程體系中。

現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù)中具有舉足輕重的地位，對(duì)實(shí)現(xiàn)零件互換性、保證產(chǎn)品質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化程度的日益提高，對(duì)產(chǎn)品的可靠性及質(zhì)量的要求越來(lái)越高，測(cè)量?jī)x器也越來(lái)越趨于精密化、集成化、智能化［4］。

20世紀(jì)60年代后期發(fā)展起來(lái)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為上述發(fā)展趨勢(shì)的典型代表，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種高效的新型精密測(cè)量設(shè)備，可用于測(cè)量各種機(jī)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，并且特別適用于測(cè)量帶有空間曲面的工件。由于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)具有高準(zhǔn)確度、高效率、大測(cè)量范圍的優(yōu)點(diǎn)，已成為幾何量測(cè)量?jī)x器的一個(gè)重要發(fā)展方向［5］。

將三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用于現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，能夠使學(xué)生在實(shí)際動(dòng)手操作中，了解現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的基本特點(diǎn)，并掌握一定的先進(jìn)測(cè)量方法，對(duì)拓展學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)、提高工程實(shí)踐能力起到積極作用［6］。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用?？怂箍倒旧a(chǎn)的Explorer 07.10.05三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，如圖1所示。

圖1 Explorer三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)

Explorer系列測(cè)量機(jī)是功能完善的通用型數(shù)控測(cè)量機(jī)，并配備PC－DMIS測(cè)量軟件，能夠滿足各種中小尺寸零部件的測(cè)量需要。其各項(xiàng)指標(biāo)如下［7］:

1)主要技術(shù)指標(biāo)

行程范圍(mm)X/Y/Z:700×980×500;最大三維速度(mm/s):520;最大三維加速度(mm/s2):780。

2)精度指標(biāo)

最大示值誤差(MPEE):2.5+3.3 L/1 000 μm;最大探測(cè)誤差(MPEP):2.8 μm。

實(shí)驗(yàn)授課對(duì)象為以機(jī)械專業(yè)為主的理工科學(xué)生，針對(duì)學(xué)生所學(xué)專業(yè)及所具備的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的不同，將實(shí)驗(yàn)劃分為三個(gè)層次，如圖2所示［8］。

圖2 現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)層次

1.1 基礎(chǔ)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)認(rèn)知實(shí)驗(yàn)面向所有理工科學(xué)生，以講授及演示操作為主。主要涉及現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的基本概念、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的硬件構(gòu)成和功能。包括:三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的主體部分，終端控制計(jì)算機(jī)和打印機(jī)，數(shù)控設(shè)備及其外設(shè)以及三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的軟件功能。另外，在本階段的實(shí)驗(yàn)中，將介紹三坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量原理及其在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中的應(yīng)用。

1.2 基本操作技能實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

基本操作技能實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)近機(jī)械類及機(jī)械類專業(yè)低年級(jí)學(xué)生，學(xué)習(xí)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)及測(cè)量軟件的基本操作，如選擇并校驗(yàn)測(cè)頭、裝夾待測(cè)工件以及如何利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)簡(jiǎn)單零件進(jìn)行單一幾何量的手動(dòng)測(cè)量，如手動(dòng)測(cè)量點(diǎn)、直線、平面、圓、圓柱等，并學(xué)習(xí)分析所測(cè)量的尺寸及形位公差。

為加強(qiáng)本實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)與工程訓(xùn)練體系內(nèi)其他實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的聯(lián)系，本實(shí)驗(yàn)所選用的待測(cè)工件均來(lái)自學(xué)生在其他實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中所做的作品，如圖3所示。其中，圖3(a)工件要求測(cè)量上表面各孔的相對(duì)位置、前后兩側(cè)面的平行度以及兩側(cè)面相對(duì)上表面的垂直度;圖3(b)工件則主要檢測(cè)軸兩端的同軸度。

檢測(cè)步驟如下:

1)合理選擇并校驗(yàn)測(cè)頭，以保證測(cè)量精度;

2)裝夾工件，要求定位合理且便于測(cè)量;

3)手動(dòng)測(cè)量所需幾何量，其中工件a主要測(cè)量上表面、前后兩個(gè)側(cè)面及上表面各孔。工件b主要測(cè)量軸兩端的柱體;

4)對(duì)所測(cè)量進(jìn)行評(píng)價(jià);

5)生成檢測(cè)報(bào)告。

圖3 實(shí)驗(yàn)所用工件

針對(duì)圖3所示的兩個(gè)工件，部分檢測(cè)結(jié)果分別如表1和表2所示。

表1 工件a檢測(cè)結(jié)果 mm

表2 工件b檢測(cè)結(jié)果 mm

基本操作技能實(shí)驗(yàn)的目的在于使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)原理的學(xué)習(xí)和實(shí)際操作，加深對(duì)公差測(cè)量等方面理論知識(shí)的理解，并初步掌握三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的測(cè)量方法。同時(shí)通過(guò)對(duì)其他實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)作品的檢測(cè)，將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工及質(zhì)量檢測(cè)等環(huán)節(jié)結(jié)合到一起，能夠?qū)I(yè)生產(chǎn)過(guò)程有更加完整、清晰地認(rèn)識(shí)和了解。

1.3 技能提升實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

技能提升實(shí)驗(yàn)只針對(duì)機(jī)械專業(yè)三、四年級(jí)學(xué)生開(kāi)設(shè)，要求學(xué)生首先掌握三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)自動(dòng)檢測(cè)零件的基本方法，在此基礎(chǔ)上針對(duì)某一特定零件，分析零件圖紙及加工技術(shù)要求，設(shè)計(jì)測(cè)量方案;針對(duì)零件的各項(xiàng)形位公差進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，最終生成檢測(cè)結(jié)果，并與技術(shù)要求進(jìn)行比對(duì)，以驗(yàn)證零件是否符合加工工藝要求。

為提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力，技能提升實(shí)驗(yàn)所用待測(cè)工件一般選用工業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)基本零件，如箱體類或盤(pán)蓋類零件等。以圖4所示教學(xué)樣品工件為例，要求測(cè)量的幾何量包括左右兩側(cè)孔的同軸度、斜面的傾斜角度等。

具體實(shí)驗(yàn)步驟如下:

1)分析零件圖紙，明確零件技術(shù)要求，以確定待測(cè)幾何量，擬定測(cè)量方案;

2)根據(jù)圖紙標(biāo)明的零件加工基準(zhǔn)或CAD數(shù)模中的坐標(biāo)系建立零件坐標(biāo)系，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量;

3)評(píng)價(jià)所測(cè)量，生成檢測(cè)報(bào)告。

圖4所示工件的最終檢測(cè)報(bào)告如圖5所示。

圖4 技能提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)樣品工件

圖5 工件檢測(cè)報(bào)告

技能提升實(shí)驗(yàn)的目的在于，使學(xué)生了解三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)在零件自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用及自動(dòng)測(cè)量方法，并掌握如何評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果。同時(shí)，嘗試解決實(shí)際生產(chǎn)中所遇到的測(cè)量問(wèn)題［9］。

2 結(jié)束語(yǔ)

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)以其高精度、高效率等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代加工制造行業(yè)。經(jīng)教學(xué)實(shí)踐證明，將三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)應(yīng)用到現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，為學(xué)生提供包括簡(jiǎn)單幾何量測(cè)量、產(chǎn)品檢測(cè)等在內(nèi)的多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，能夠使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加深對(duì)測(cè)量技術(shù)等基本理論知識(shí)的理解，了解現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)，掌握以三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)為代表的現(xiàn)代測(cè)量方法的基本原理和典型應(yīng)用，使學(xué)生在拓展自身知識(shí)結(jié)構(gòu)的同時(shí)提高了工程實(shí)踐能力。

［1］ 周婭，魏德強(qiáng)，廖維奇，等．機(jī)電綜合工程訓(xùn)練中心建設(shè)的探索與實(shí)踐［J］．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28(12):9－10，14．

［2］ 周郴知，蘇龍江．關(guān)于工程訓(xùn)練中心建設(shè)的思考［J］．中國(guó)教育技術(shù)裝備，2006(12):43－45．

［3］ 惠記莊，劉海明，鄒亞科，等．現(xiàn)代工程訓(xùn)練中心建設(shè)及訓(xùn)練模式的探索［J］．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009，26(3):115－118．

［4］ 趙志剛，趙偉，黃松嶺．試論現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的主要進(jìn)步特征及發(fā)展趨勢(shì)［J］．電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2008(Z1):1－7．

［5］ 高大軍，余曉芬．坐標(biāo)測(cè)量機(jī)交互式虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008，27(9):58－60，84．

［6］ 趙天嬋，馮俊，胡珺．充分利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)培養(yǎng)學(xué)生工程實(shí)踐能力［J］．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2008，25(6):152－155．

［7］ ?？怂箍禍y(cè)量技術(shù)(青島)有限公司．實(shí)用坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007．

［8］ 陳偉，張其平．重新認(rèn)識(shí)與組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30(10):357－359，367．

［9］ 楊雪榮，成思源，馬登富，等．基于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐［J］．實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30(11):112－115．