三坐標(biāo)測(cè)量實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)的論文
摘要：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種高效率、高精度的測(cè)量設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。在3+1教學(xué)模式下所設(shè)計(jì)的三坐標(biāo)測(cè)量課程有著重要的意義。課程的設(shè)立，便于學(xué)生掌握現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，有利于學(xué)生的就業(yè)。實(shí)踐證明，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)開(kāi)設(shè)實(shí)踐教學(xué)，有利于學(xué)生鞏固公差、測(cè)量等理論知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，拓寬學(xué)生的就業(yè)方向。
關(guān)鍵詞：三坐標(biāo)測(cè)量；實(shí)踐教學(xué)；測(cè)量技術(shù)
三坐標(biāo)測(cè)量是20世紀(jì)60年代逐漸興起的一個(gè)產(chǎn)業(yè)，隨著人們對(duì)于產(chǎn)品加工能力的進(jìn)步，對(duì)于測(cè)量技術(shù)也有進(jìn)一步的要求。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)是一種以精密機(jī)械為基礎(chǔ)，集光、機(jī)、電、計(jì)算機(jī)綜合為一體的現(xiàn)代精密測(cè)量設(shè)備。將三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)作為學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容之一，有利于學(xué)生鞏固測(cè)量技術(shù)的理論知識(shí)，同時(shí)能掌握先進(jìn)的測(cè)量技術(shù)。便于拓展學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提高他們的工程實(shí)踐能力，為學(xué)生的就業(yè)打下良好基礎(chǔ)。
1教學(xué)設(shè)計(jì)
課程設(shè)計(jì)采用西安愛(ài)德華測(cè)量有限公司生產(chǎn)的Dasiy686的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)。測(cè)量系統(tǒng)所配備的軟件AC-DMIS是一種基于DMIS語(yǔ)言的交互式測(cè)量軟件，既能檢測(cè)規(guī)則的特征元素，也能檢測(cè)自由曲面。在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)分為手動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量。手動(dòng)測(cè)量是用手操器控制測(cè)頭系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。自動(dòng)測(cè)量是在CNC模式下，運(yùn)行預(yù)先借助CAD編制好的程序，來(lái)控制機(jī)器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。課程中將被測(cè)件的CAD模型導(dǎo)入測(cè)量軟件中，由學(xué)生根據(jù)教學(xué)要求在數(shù)模上直接編程，再自動(dòng)模式下檢測(cè)工件，最后輸出測(cè)量報(bào)告并打印。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，將被測(cè)零件定為他們?cè)跀?shù)控銑床上自主加工的零件。通過(guò)對(duì)該零件的檢測(cè)使學(xué)生對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，并了解自己在數(shù)控加工方面的欠缺。
2教學(xué)內(nèi)容
課程內(nèi)容共分為七個(gè)方面，分別為：開(kāi)機(jī)、測(cè)頭選擇、基本幾何元素的測(cè)量、相關(guān)功能的使用、工件坐標(biāo)系的建立、借助CAD編程和結(jié)果輸出。（1）開(kāi)機(jī)。開(kāi)機(jī)操作中主要注意兩點(diǎn)：一回零，即回到測(cè)量機(jī)的機(jī)械初始狀態(tài)。二是檢查氣源供壓力能否實(shí)現(xiàn)此氣浮導(dǎo)軌形式的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的運(yùn)動(dòng)。（2）測(cè)頭選擇。本課程采用的是雷尼紹的PH10T測(cè)頭系統(tǒng)，基本組成是測(cè)頭座、連接器本體、模塊選項(xiàng)、測(cè)針。此外可根據(jù)測(cè)量需要可添加測(cè)頭加長(zhǎng)桿或測(cè)針加長(zhǎng)桿。其中對(duì)于測(cè)針的選用，要注意：一在滿足測(cè)量要求的情形下，盡量選用短測(cè)針，以便減少由測(cè)針彎曲帶來(lái)的偏移；二要盡量減少連接點(diǎn)，因?yàn)榧娱L(zhǎng)桿的接入會(huì)額外引入新的彎曲和變形點(diǎn)，從而降低測(cè)量精度。（3）基本幾何元素的測(cè)量。三坐標(biāo)測(cè)量包含十二個(gè)基本幾何元素，分別是點(diǎn)、圓、圓弧、橢圓、球、方槽、圓槽、圓環(huán)、直線、平面、圓柱和圓錐。它們是由測(cè)量點(diǎn)通過(guò)最小二乘法、最大內(nèi)切法或最小外接法計(jì)算得出的。前八個(gè)是點(diǎn)元素，它表達(dá)元素的尺寸和空間位置。后四個(gè)是矢量元素，它既要表達(dá)元素的空間方向，同時(shí)也可能表達(dá)元素的尺寸和空間位置。此外，還有組合元素，它主要是針對(duì)點(diǎn)元素之間的組合。比如兩個(gè)圓可以通過(guò)兩個(gè)圓心的'組合得到一條組合直線。（4）相關(guān)功能。三坐標(biāo)測(cè)量的相關(guān)功能分別是：相交、角度、距離、垂直、對(duì)稱、鏡像、圓錐、投影以及平面相交點(diǎn)的計(jì)算。通過(guò)相關(guān)功能的應(yīng)用使學(xué)生對(duì)基本幾何元素有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)理解。（5）工件坐標(biāo)系的建立。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的坐標(biāo)系有：原始坐標(biāo)系、機(jī)械坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系以及模型坐標(biāo)系。原始坐標(biāo)系，是開(kāi)機(jī)時(shí)的坐標(biāo)系；機(jī)械坐標(biāo)系，是回零后的坐標(biāo)系，它是唯一的；工件坐標(biāo)系，是根據(jù)零件的基準(zhǔn)建立的坐標(biāo)系，也就是測(cè)量基準(zhǔn)，可以根據(jù)測(cè)量需要建立若干個(gè)；模型坐標(biāo)系，是三維模型的基準(zhǔn)。建立工件坐標(biāo)系意義在于：一是找正零件，當(dāng)零件放置位置與機(jī)械坐標(biāo)系不平行時(shí)，可通過(guò)建立坐標(biāo)系來(lái)實(shí)現(xiàn)找正，從而避免誤差；二是指出零件放置位置，實(shí)現(xiàn)程序的自動(dòng)運(yùn)行；三是使零件與模型坐標(biāo)系一致，以便編程。建立工件坐標(biāo)的方法有很多種，其中最常用的是工件位置找正法，即3-2-1法則。具體如下：①3個(gè)點(diǎn)確定基準(zhǔn)平面�；鶞�(zhǔn)平面的目的是空間找正，其法線就作為Z軸。②2個(gè)點(diǎn)確定基準(zhǔn)直線�；鶞�(zhǔn)直線的目的是軸向擺正，它是圍繞第一軸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的第二軸。③1個(gè)點(diǎn)確定坐標(biāo)零點(diǎn)。根據(jù)右手直角笛卡爾坐標(biāo)系，確定了兩個(gè)軸，第三軸也就固定了。再用前面學(xué)過(guò)的相關(guān)功能之類的運(yùn)算求得坐標(biāo)零點(diǎn)。按照X=0，Y=0以及Z=0進(jìn)行同時(shí)偏置即可得到坐標(biāo)原點(diǎn)。（6）借助CAD編程。三坐標(biāo)測(cè)量的編程方式有三種：一是自學(xué)習(xí)編程；二是脫機(jī)編程，即高級(jí)語(yǔ)言編程；三是借助CAD編程，是此課程的重點(diǎn)，它是一種數(shù)模比對(duì)測(cè)量的編程方法，必須有CAD模型，將其導(dǎo)入測(cè)量軟件中，在模型上進(jìn)行編程，可實(shí)現(xiàn)高效無(wú)圖化生產(chǎn)。編程的步驟分別為：①建立工件坐標(biāo)系，來(lái)找正零件位置；②建立安全平面，避免自動(dòng)運(yùn)行程序時(shí)出現(xiàn)撞針現(xiàn)象；③在自動(dòng)模式下，打開(kāi)CAD系統(tǒng)中的特征測(cè)量直接在模型上拾取被測(cè)元素，如用線拾取要測(cè)量的圓，面拾取要測(cè)量的圓柱等；④查看所有節(jié)點(diǎn)路徑，確定路徑無(wú)碰撞，再運(yùn)行程序。首次運(yùn)行程序注意減慢速度，防止撞針；⑤保存程序文件。（7）結(jié)果輸出。測(cè)量結(jié)束后，軟件可輸出多種形式的檢測(cè)報(bào)告。根據(jù)圖紙的加工要求選擇需要的測(cè)量結(jié)果，顯示在檢測(cè)報(bào)告中，將其保存并打印出來(lái)。
3結(jié)語(yǔ)
三坐標(biāo)測(cè)量課程的引入，填補(bǔ)了學(xué)生在先進(jìn)測(cè)量技術(shù)上的空缺，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。同時(shí)通過(guò)檢測(cè)自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的被測(cè)件，使學(xué)生對(duì)于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測(cè)量有更直觀、更深刻的認(rèn)識(shí)，從而提高他們的綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力以及解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，對(duì)于他們今后的就業(yè)有一定的指導(dǎo)意義。
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