三坐標(biāo)測量實踐教學(xué)設(shè)計的論文
摘要：三坐標(biāo)測量機是一種高效率、高精度的測量設(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)計的三坐標(biāo)測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)代測量技術(shù)，提高學(xué)生的工程實踐能力，有利于學(xué)生的就業(yè)。實踐證明，三坐標(biāo)測量機開設(shè)實踐教學(xué)，有利于學(xué)生鞏固公差、測量等理論知識，增強學(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)測量；實踐教學(xué)；測量技術(shù)
三坐標(biāo)測量是20世紀(jì)60年代逐漸興起的一個產(chǎn)業(yè)，隨著人們對于產(chǎn)品加工能力的進(jìn)步，對于測量技術(shù)也有進(jìn)一步的要求。三坐標(biāo)測量機是一種以精密機械為基礎(chǔ)，集光、機、電、計算機綜合為一體的現(xiàn)代精密測量設(shè)備。將三坐標(biāo)測量機作為學(xué)生的實踐教學(xué)內(nèi)容之一，有利于學(xué)生鞏固測量技術(shù)的理論知識，同時能掌握先進(jìn)的測量技術(shù)。便于拓展學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)，提高他們的工程實踐能力，為學(xué)生的就業(yè)打下良好基礎(chǔ)。
1教學(xué)設(shè)計
課程設(shè)計采用西安愛德華測量有限公司生產(chǎn)的Dasiy686的三坐標(biāo)測量機。測量系統(tǒng)所配備的軟件AC-DMIS是一種基于DMIS語言的交互式測量軟件，既能檢測規(guī)則的特征元素，也能檢測自由曲面。在實踐教學(xué)環(huán)節(jié)分為手動測量和自動測量。手動測量是用手操器控制測頭系統(tǒng)進(jìn)行測量。自動測量是在CNC模式下，運行預(yù)先借助CAD編制好的程序，來控制機器實現(xiàn)自動測量。課程中將被測件的CAD模型導(dǎo)入測量軟件中，由學(xué)生根據(jù)教學(xué)要求在數(shù)模上直接編程，再自動模式下檢測工件，最后輸出測量報告并打印。為提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，將被測零件定為他們在數(shù)控銑床上自主加工的零件。通過對該零件的檢測使學(xué)生對于產(chǎn)品質(zhì)量檢測有進(jìn)一步的認(rèn)識，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)容共分為七個方面，分別為：開機、測頭選擇、基本幾何元素的測量、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）開機。開機操作中主要注意兩點：一回零，即回到測量機的機械初始狀態(tài)。二是檢查氣源供壓力能否實現(xiàn)此氣浮導(dǎo)軌形式的三坐標(biāo)測量機的運動。（2）測頭選擇。本課程采用的是雷尼紹的PH10T測頭系統(tǒng)，基本組成是測頭座、連接器本體、模塊選項、測針。此外可根據(jù)測量需要可添加測頭加長桿或測針加長桿。其中對于測針的選用，要注意：一在滿足測量要求的情形下，盡量選用短測針，以便減少由測針彎曲帶來的偏移；二要盡量減少連接點，因為加長桿的接入會額外引入新的彎曲和變形點，從而降低測量精度。（3）基本幾何元素的測量。三坐標(biāo)測量包含十二個基本幾何元素，分別是點、圓、圓弧、橢圓、球、方槽、圓槽、圓環(huán)、直線、平面、圓柱和圓錐。它們是由測量點通過最小二乘法、最大內(nèi)切法或最小外接法計算得出的。前八個是點元素，它表達(dá)元素的尺寸和空間位置。后四個是矢量元素，它既要表達(dá)元素的空間方向，同時也可能表達(dá)元素的尺寸和空間位置。此外，還有組合元素，它主要是針對點元素之間的組合。比如兩個圓可以通過兩個圓心的'組合得到一條組合直線。（4）相關(guān)功能。三坐標(biāo)測量的相關(guān)功能分別是：相交、角度、距離、垂直、對稱、鏡像、圓錐、投影以及平面相交點的計算。通過相關(guān)功能的應(yīng)用使學(xué)生對基本幾何元素有進(jìn)一步的認(rèn)識理解。（5）工件坐標(biāo)系的建立。三坐標(biāo)測量機的坐標(biāo)系有：原始坐標(biāo)系、機械坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系以及模型坐標(biāo)系。原始坐標(biāo)系，是開機時的坐標(biāo)系；機械坐標(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，也就是測量基準(zhǔn)，可以根據(jù)測量需要建立若干個；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)零件放置位置與機械坐標(biāo)系不平行時，可通過建立坐標(biāo)系來實現(xiàn)找正，從而避免誤差；二是指出零件放置位置，實現(xiàn)程序的自動運行；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個點確定基準(zhǔn)平面�；鶞�(zhǔn)平面的目的是空間找正，其法線就作為Z軸。②2個點確定基準(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個點確定坐標(biāo)零點。根據(jù)右手直角笛卡爾坐標(biāo)系，確定了兩個軸，第三軸也就固定了。再用前面學(xué)過的相關(guān)功能之類的運算求得坐標(biāo)零點。按照X=0，Y=0以及Z=0進(jìn)行同時偏置即可得到坐標(biāo)原點。（6）借助CAD編程。三坐標(biāo)測量的編程方式有三種：一是自學(xué)習(xí)編程；二是脫機編程，即高級語言編程；三是借助CAD編程，是此課程的重點，它是一種數(shù)模比對測量的編程方法，必須有CAD模型，將其導(dǎo)入測量軟件中，在模型上進(jìn)行編程，可實現(xiàn)高效無圖化生產(chǎn)。編程的步驟分別為：①建立工件坐標(biāo)系，來找正零件位置；②建立安全平面，避免自動運行程序時出現(xiàn)撞針現(xiàn)象；③在自動模式下，打開CAD系統(tǒng)中的特征測量直接在模型上拾取被測元素，如用線拾取要測量的圓，面拾取要測量的圓柱等；④查看所有節(jié)點路徑，確定路徑無碰撞，再運行程序。首次運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。測量結(jié)束后，軟件可輸出多種形式的檢測報告。根據(jù)圖紙的加工要求選擇需要的測量結(jié)果，顯示在檢測報告中，將其保存并打印出來。
3結(jié)語
三坐標(biāo)測量課程的引入，填補了學(xué)生在先進(jìn)測量技術(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)的主觀能動性。同時通過檢測自主設(shè)計生產(chǎn)的被測件，使學(xué)生對于設(shè)計、生產(chǎn)和測量有更直觀、更深刻的認(rèn)識，從而提高他們的綜合創(chuàng)新設(shè)計能力以及解決復(fù)雜問題的能力，對于他們今后的就業(yè)有一定的指導(dǎo)意義。
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