浅谈三坐标测量机在实践教学中的应用

摘 要：三坐标测量机是对传统测量技术的飞跃性发展，利用先进的科学技术知识完成对零部件尺寸和形位公差的测量评价，已经在各个领域得到了应用。将三坐标测量机应用于实践教学，能够提高学生理论和实践相结合的能力，提高学生的综合技能水平。

关键词：三坐标测量机；实践教学；技能水平

三坐标测量机是60年代后期发展起来的一种高效的新型精密测量设备，目前被广泛应用于机械、电子、汽车、飞机等工业部门，它不仅用于测量各种机械零件、模具等的形状尺寸、孔位、孔中心距以及各种形状的轮廓，特别适用于测量带有空间曲面的工件。由于三坐标测量机具有高准确度、高效率、测量范围大的优点，已成为几何量测量仪器的一个主要发展方向。因此，将三坐标测量机引入本科院校机械类各专业的实践教学中是符合当前企业、市场对专业技能人才需求的重要举措。目前，很少有高校将三坐标测量应用于本科教学，对于机械类专业的学生来说，学习三坐标测量机的日常维护保养、基本操作，有利于学生毕业后满足企业的要求，也为学生的就业选择拓宽路径。

1 三坐标测量机介绍

（1） 三坐标测量机系统的硬件主要有三部分组成

a.终端控制计算机和打印机：在三坐标测量机系统的硬件结构中，计算机是整个测量系统的管理者。计算机实现与操作者对话、控制程序的执行和结果处理、与外设的通讯等功能。

b.数控设备及其外设：数控设备是计算机和测量机的接口（I/O，工具信号，紧急情况等）。数控设备通过由计算机传来的数据计算出参考路径，不断地控制测量机的运动及与手提式控制盒的通讯。

c.三坐标测量机：三坐标测量机的主体主要由以下各部分组成：底座、测量工作台、立柱、X向支撑梁和导轨、Y向支撑梁和导轨、Z轴部件、测头、驱动电机及测长系统。

（2） 三坐标测量原理。

坐标测量原理：任何形状都是由空间点组成，所有的几何测量都可以归纳为空间点的测量，因此精确进行空间点坐标的采集，是评定任何几何形状的基础。

三坐标测量机的基本原理是将被测零件放入它允许的测量空间，精确地测出被测零件表面的点在空间三个坐标位置的数值，将这些点的数值经过计算机数据处理，拟合形成测量元素，如圆、球、圆柱、圆锥、曲面等。

（3） 测量机简介。

天津理工大学中环信息学院现代制造技术实验室2于2014年7月从海克斯康测量技术（青岛）有限公司购进一台Inspector 08.10.06型三坐标测量机。

结构特性。

①采用精密横梁机械结构，全封闭框架移动桥式，结构简单、紧凑、运动质量轻、承载能力强，刚性好。

②工作台采用优质花岗岩（变形系数小），硬度高，承载能力强，温度稳定，热变形系数小，抗时效变形能力强，稳定性好。

③三轴采用直流伺服电机，光栅计量系统，实现全封闭控制，设备响应速度快，定位精度高。

④采用自洁式预载荷高精度空气轴承（气浮装置），运动更平稳。

⑤采用高精度接触式测头，性能可靠稳定，灵敏度高，重复性好，抗干扰能力强。

⑥采用高速高精度全数字自动控制系统和高精密光栅反馈系统（光栅尺及光栅读数头），配合伺服电机实现全闭环反馈控制。

⑦Z轴采用气缸平衡装置，具有自动安全保护，可以保证缺气时Z轴的定位精度及稳定性。

Inspector三坐标测量机的主要技术参数：

型号：Inspector08.10.06

测量行程：800*1000*600mm（ X轴* Y轴* Z轴）

探测误差：≤2.9um

测量示值误差：E=2.7+4.0L/1000um

2 实训内容

通过实训课程的学习，让学生了解三坐标测量机的组成、结构、类型、工作原理，熟悉并掌握三坐标测量机的日常维护保养及基本操作。学习PCDMIS测量软件的应用，测针的选择安装，测头的校正等。要求学生熟练掌握常见几何特征的手动测量、自动测量、“321”法建立坐标系及尺寸、形位公差的评价操作、报告输出打印等。

3 实训安排

实践课程是学院当前教学工作的重心，按照学院建设具有中环特色的应用技术型大学的要求，不断提高实践课程教学水平和人才培养质量，以专业人才培养方案为依据，围绕具有创新精神和实践能力，在工作现场从事技术应用、技术服务和技术管理的高级技术技能人才这一培养目标，充分利用实验室现有设备，以机械制造类企业对人才专业技能的需求为出发点，以“项目导入、任务驱动、案例教学”为手段，按照理实一体化模式进行，让学生“在学中做、在做中学”，注重将职业道德、安全操作规范、产品质量意识等方面的内容融入到教学过程中，在技能培养过程中注重培养学生的职业素质。

在教学过程中，突出精讲多练，理实一体化教学理念，在给学生讲解相关理论知识的同时采用多媒体课件、现场示范、学生实际动手操作等灵活多样的教学手段完成不同内容的教学，提高教学效果，提升学生的学习兴趣。教学中注重实际生产加工案例的运用、采用分组讨论式教学方法；积极将现代教学手段融入到教学过程中。另外，加强实训课程考核环节，制定考核评价体系，尽可能保证每节课都有考核，每个人都有考核；在考核成绩上，主要结合学生平时出勤、课堂表现、小组讨论中的表现、分析解决问题能力及实际动手操作机床规范程度等方面进行综合评定。尽可能保证学生有更多的时间去操作机床，更多的学生学会操作机床。

4 小结

通过把实际生产加工中所用到的高精度先进测量设备——三坐标测量机引入实践教学，一方面可以开拓学生的眼界和知识面，真正做到和实际应用相结合；另一方面，通过让学生實际动手操作，激发学生的学习兴趣，也能够把枯燥单一的理论知识在实践中得到应用，提升教学质量和教学效果，增强了学生的工程实践能力和专业技能水平。

参考文献：

[1]赵天婵，冯俊，胡珺.充分利用三坐标测量机培养学生工程实践能力[J].实验技术与管理， 2008（06）.

[2]赵志群.职业教育工学结合一体化课程开发指南[M].北京：清华大学出版社，2009.

[3]李明.三坐标测量技术的应用与发展[J].机械工人.冷加工，2002（11）.

[4]方韵梅.基于三坐标测量机的实验教学探索实践.中国电力教育，2013（05）.

[5]海克斯康测量技术（青岛）有限公司.使用测量技术[C].青岛，2012.

作者简介：李镇（1990），男，汉族，河南信阳人，学士，助理实验师，主要从事：数控实训、精密测量研究及教学工作。