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一、“三坐标测量技术”实验项目背景
“公差配合与技术测量”是机械类专业基础课，其实用性强，与生产实际密切相关联。内容涉及机械产品及其零部件的设计、制造、维修、质量控制与生产管理等多方面标准及其技术知识。该课程基本概念多、名词术语多、原则规定多，而且还比较抽象。只有理论紧密结合实际，开设相应的实验教学项目，才能实现较高质量的教学效果。先进制造技术的发展对测量手段不断提出新的、更高的要求。各种现代化、数字化的测量仪器在企业生产中已得到了广泛的应用。为了使教学内容适应企业的要求，我校现代精密测量室引进了先进的三坐标测量机，改革了以前的实验教学，收到了较好的效果。
二、三坐标测量机的简介
三坐标测量机 （Coordinate Measuring Machining， 简称CMM） 是 20 世纪 60 年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。因为其具有高精度（达到μm级）、万能性（可代替多种长度计量仪器）、数字化（把实体的模型转化成数字化的三维坐标）等特点，现已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。三坐标测量机的基本测量原理就是将被测物体置于三坐标测量机的测量空间，通过测量头探测，获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算机按照最小二乘法等数学法则计算求出被测物体的几何尺寸，形状和相对位置。三坐标测量机一般由主机(包括光栅尺)、控制系统、软件系统及测头所组成，如图1所示。
笔者学校拥有的三坐标测量机是2007年从海克斯康中国（青岛）有限公司购进的一台固定桥式三坐标测量机。此型号的测量机具有许多优良的特性：首先它的花岗石台面与导轨采用整体结构，刚性好，受温度湿度影响的变形小、结构简单；其次大量利用自身重量轻，导热系数大的硬质铝合金作为运动部分的材料，测量机可以很快地并且均匀地适应温度梯度，它十分适合车间工作环境的要求；再次，气浮导轨的运用保证了保证机器运行平稳、高精度运动；拥有700×1000×700的测量空间，方便操纵，可以方便地在手动和自动模式之间切换。
2007年以来，我们利用三坐标测量机已经为机修、数控、模具、汽修专业的学生开出了多个实验，收到了较好的效果。下面就对笔者所在学校的“三坐标测量技术”实验教学项目进行介绍。
三、课程实验项目的内容
本课程是在学生修完机械设计、机械制造基础、机械制图等课程后才开设的。总课时是60，理论教学学时20，实践教学学时40。教学内容及教学进度安排如表1所示。
现在技工学校中三坐标测量机的拥有量很少，能开出实验的学校就更少。下面对学校现代精密测量室利用三坐标测量机开设的10个实验项目和实施情况进行简要介绍，作为提高实验教学质量，评价实验质量提供一个讨论的方向。我们把实验分为三个阶段。
1.基础性实验阶段
该阶段包括五个基本实验，主要是要求学生对三坐标测量机的应用和测量过程和保养有一个初步的了解。实验1是三坐标测量机认知实验，让学生实际观察三坐标测量机各部件，掌握三坐标测量机的基本构成以及正确使用三坐标测量机的方法和步骤，能独立正确操作三坐标测量机。实验2是PC-DMIS测量软件的应用实验，使学生掌握正确打开软件的步骤、PC-DMIS软件的特点、软件界面以及基本操作。有了三坐标测量机和测量软件，如果想得到正确的测量结果，还需要建立工件坐标系，所以开设了实验3。实验3是手动测量、建立坐标系。通过该实验，使学生掌握基本元素（点、线、面、圆、圆柱、圆锥、球）的手动测量的方法，以及利用“3-2-1”法正确建立坐标系及根据测量的需要进行坐标系的变换操作。建立好了工件坐标系和手动测量了所需要的基本元素，下面就可以对所需要的基本元素进行公差评价了。实验4是公差评价，使学生掌握几何尺寸公差、圆度、平面度、直线度等形状公差评价；垂直度、平行度、位置度等位置公差评价。最后，实验5是测量报告的输出。学生通过观看老师具体的操作，学会表格形式、图文形式等多种形式报告的基本操作过程。
2.进阶性实验阶段
通过第一阶段的实验练习，学生对三坐标测量机的测量流程有了较深的了解。在第一阶段主要是偏重于手动测量，在进阶性实验中我们主要是侧重于三坐标测量机的自动测量，主要包括两个实验。实验1是有图样的自动测量技术。通过该实验，学生在有工件和图样的情况下，学会分析图样，正确地建立坐标系，并产生测量程序进行自动测量。实验1是有实际工件的自动测量。在三坐标测量软件中对CAD功能的引入，还可以实现虚拟测量，即在没有实际工件的情况下对CAD模型在软件中进行测量。PC-DMIS测量软件拥有强大的CAD功能。实验2是三维数模的测量。在该实验中学生仔细观看老师的操作步骤和方法，学会建立具有CAD数模的工件的坐标系和自动测量的方法。
3.提高性实验阶段
这一阶段主要包括三个实验。实验1是曲线曲面的测量，学生通过老师讲解开放曲线、封闭曲线及曲面的检测具体步骤，学会实际工件中曲线曲面的检测方法。实验2是DMIS编程方法，实验内容包括DMIS产生的意义、DMIS语法、程序语句、DMIS程序的具体应用、自动精建坐标系、循环程序、插入空走点等。通过该实验，使学生掌握利用DMIS编程进行自动测量、多次循环测量等高级应用。实验3是专用测量模块使用，学生通过老师对每一个专用模块的操作讲解，了解统计模块、齿轮测量、凸轮测量、叶片测量等专用模块的使用。
四、课程实验项目的考核
考核是对教师的教学质量和学生的学习质量两方面的检查和评定。本课程实验项目的考核强调过程性考核和开放性考核，采用过程考核与期末考核相结合的方式。过程考核成绩包括平时考核成绩、开放考核成绩。平时考核成绩主要考核学生实训作业的完成情况以及职业纪律；开放考核成绩主要考核学生平时的理解能力、自主学习能力、语言表达能力、沟通合作能力等，以便发现和培养拔尖人才。考勤与平时表现占10%，实验成绩占50%，实验评定标准参看表2，期末成绩占40%。
考核过程应注重学生动手能力和实践中分析问题、解决问题能力的考核，提高学生学习的积极性，真实地反映学生的实验能力和素质。对在学习和应用上有创新的学生应给予特别鼓励，全面综合评价学生能力。
五、结语
本文简要介绍了公差实验课中利用三坐标测量机进行实验教学的基本情况，包括项目背景、实验内容及实验评价。通过把三坐标测量机引入实验教学，使学生对公差配合与技术测量从理论到实践有了全新的认识，拓宽了知识面，使学生对高精度的三维传感器、气浮导轨、精密光栅尺系统、计算机控制等在实际中的应用有了更深刻、更直观的认识。由于该实验课程的重要性与实用性，受到同学们的重视与喜欢。笔者已编写了该实验课程的授课计划、实验大纲、实验指导书、教材等一系列配套的教学资料。但怎样在传统的公差实验中引入高新设备以改进教学方式，仍是一项较为复杂的系统工程，期待大家对本文所介绍的实验项目提出宝贵的意见。
（作者单位：广东省机械高级技工学校）
“公差配合与技术测量”是机械类专业基础课，其实用性强，与生产实际密切相关联。内容涉及机械产品及其零部件的设计、制造、维修、质量控制与生产管理等多方面标准及其技术知识。该课程基本概念多、名词术语多、原则规定多，而且还比较抽象。只有理论紧密结合实际，开设相应的实验教学项目，才能实现较高质量的教学效果。先进制造技术的发展对测量手段不断提出新的、更高的要求。各种现代化、数字化的测量仪器在企业生产中已得到了广泛的应用。为了使教学内容适应企业的要求，我校现代精密测量室引进了先进的三坐标测量机，改革了以前的实验教学，收到了较好的效果。
二、三坐标测量机的简介
三坐标测量机 （Coordinate Measuring Machining， 简称CMM） 是 20 世纪 60 年代发展起来的一种新型高效的精密测量仪器。因为其具有高精度（达到μm级）、万能性（可代替多种长度计量仪器）、数字化（把实体的模型转化成数字化的三维坐标）等特点，现已广泛用于机械制造业、汽车工业、电子工业、航空航天工业和国防工业等各部门，成为现代工业检测和质量控制不可缺少的万能测量设备。三坐标测量机的基本测量原理就是将被测物体置于三坐标测量机的测量空间，通过测量头探测，获得被测物体上各测点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经计算机按照最小二乘法等数学法则计算求出被测物体的几何尺寸，形状和相对位置。三坐标测量机一般由主机(包括光栅尺)、控制系统、软件系统及测头所组成，如图1所示。
笔者学校拥有的三坐标测量机是2007年从海克斯康中国（青岛）有限公司购进的一台固定桥式三坐标测量机。此型号的测量机具有许多优良的特性：首先它的花岗石台面与导轨采用整体结构，刚性好，受温度湿度影响的变形小、结构简单；其次大量利用自身重量轻，导热系数大的硬质铝合金作为运动部分的材料，测量机可以很快地并且均匀地适应温度梯度，它十分适合车间工作环境的要求；再次，气浮导轨的运用保证了保证机器运行平稳、高精度运动；拥有700×1000×700的测量空间，方便操纵，可以方便地在手动和自动模式之间切换。
2007年以来，我们利用三坐标测量机已经为机修、数控、模具、汽修专业的学生开出了多个实验，收到了较好的效果。下面就对笔者所在学校的“三坐标测量技术”实验教学项目进行介绍。
三、课程实验项目的内容
本课程是在学生修完机械设计、机械制造基础、机械制图等课程后才开设的。总课时是60，理论教学学时20，实践教学学时40。教学内容及教学进度安排如表1所示。
现在技工学校中三坐标测量机的拥有量很少，能开出实验的学校就更少。下面对学校现代精密测量室利用三坐标测量机开设的10个实验项目和实施情况进行简要介绍，作为提高实验教学质量，评价实验质量提供一个讨论的方向。我们把实验分为三个阶段。
1.基础性实验阶段
该阶段包括五个基本实验，主要是要求学生对三坐标测量机的应用和测量过程和保养有一个初步的了解。实验1是三坐标测量机认知实验，让学生实际观察三坐标测量机各部件，掌握三坐标测量机的基本构成以及正确使用三坐标测量机的方法和步骤，能独立正确操作三坐标测量机。实验2是PC-DMIS测量软件的应用实验，使学生掌握正确打开软件的步骤、PC-DMIS软件的特点、软件界面以及基本操作。有了三坐标测量机和测量软件，如果想得到正确的测量结果，还需要建立工件坐标系，所以开设了实验3。实验3是手动测量、建立坐标系。通过该实验，使学生掌握基本元素（点、线、面、圆、圆柱、圆锥、球）的手动测量的方法，以及利用“3-2-1”法正确建立坐标系及根据测量的需要进行坐标系的变换操作。建立好了工件坐标系和手动测量了所需要的基本元素，下面就可以对所需要的基本元素进行公差评价了。实验4是公差评价，使学生掌握几何尺寸公差、圆度、平面度、直线度等形状公差评价；垂直度、平行度、位置度等位置公差评价。最后，实验5是测量报告的输出。学生通过观看老师具体的操作，学会表格形式、图文形式等多种形式报告的基本操作过程。
2.进阶性实验阶段
通过第一阶段的实验练习，学生对三坐标测量机的测量流程有了较深的了解。在第一阶段主要是偏重于手动测量，在进阶性实验中我们主要是侧重于三坐标测量机的自动测量，主要包括两个实验。实验1是有图样的自动测量技术。通过该实验，学生在有工件和图样的情况下，学会分析图样，正确地建立坐标系，并产生测量程序进行自动测量。实验1是有实际工件的自动测量。在三坐标测量软件中对CAD功能的引入，还可以实现虚拟测量，即在没有实际工件的情况下对CAD模型在软件中进行测量。PC-DMIS测量软件拥有强大的CAD功能。实验2是三维数模的测量。在该实验中学生仔细观看老师的操作步骤和方法，学会建立具有CAD数模的工件的坐标系和自动测量的方法。
3.提高性实验阶段
这一阶段主要包括三个实验。实验1是曲线曲面的测量，学生通过老师讲解开放曲线、封闭曲线及曲面的检测具体步骤，学会实际工件中曲线曲面的检测方法。实验2是DMIS编程方法，实验内容包括DMIS产生的意义、DMIS语法、程序语句、DMIS程序的具体应用、自动精建坐标系、循环程序、插入空走点等。通过该实验，使学生掌握利用DMIS编程进行自动测量、多次循环测量等高级应用。实验3是专用测量模块使用，学生通过老师对每一个专用模块的操作讲解，了解统计模块、齿轮测量、凸轮测量、叶片测量等专用模块的使用。
四、课程实验项目的考核
考核是对教师的教学质量和学生的学习质量两方面的检查和评定。本课程实验项目的考核强调过程性考核和开放性考核，采用过程考核与期末考核相结合的方式。过程考核成绩包括平时考核成绩、开放考核成绩。平时考核成绩主要考核学生实训作业的完成情况以及职业纪律；开放考核成绩主要考核学生平时的理解能力、自主学习能力、语言表达能力、沟通合作能力等，以便发现和培养拔尖人才。考勤与平时表现占10%，实验成绩占50%，实验评定标准参看表2，期末成绩占40%。
考核过程应注重学生动手能力和实践中分析问题、解决问题能力的考核，提高学生学习的积极性，真实地反映学生的实验能力和素质。对在学习和应用上有创新的学生应给予特别鼓励，全面综合评价学生能力。
五、结语
本文简要介绍了公差实验课中利用三坐标测量机进行实验教学的基本情况，包括项目背景、实验内容及实验评价。通过把三坐标测量机引入实验教学，使学生对公差配合与技术测量从理论到实践有了全新的认识，拓宽了知识面，使学生对高精度的三维传感器、气浮导轨、精密光栅尺系统、计算机控制等在实际中的应用有了更深刻、更直观的认识。由于该实验课程的重要性与实用性，受到同学们的重视与喜欢。笔者已编写了该实验课程的授课计划、实验大纲、实验指导书、教材等一系列配套的教学资料。但怎样在传统的公差实验中引入高新设备以改进教学方式，仍是一项较为复杂的系统工程，期待大家对本文所介绍的实验项目提出宝贵的意见。
（作者单位：广东省机械高级技工学校）