鱼骨图技术在三坐标测量曲线轮廓度中的应用

赵彦 赵志彬

摘要：利用鱼骨图分析技术让学生掌握腔盘模具母线轮廓度的测量，即按照接受任务、制订测量方案、测量工件、分析测量数据、总结与拓展五环节实施。教师主要通过设置问题方式来引导学生学习，评价学习结果。学生完成了学习任务，学习了相应的知识和技能，提高了职业素养，达到了举一反三的学习效果。经过此模式训练后，学生的综合职业能力得到良好提升。

关键词：鱼骨图；曲线轮廓度；三坐标测量

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）19-0071-03

一、引言

在现代制造业中，精密的坐标测量系统越来越多地应用于生产过程。人们不再单纯依靠传统的专用工装量具方法完成对简单或复杂零件的测量，因为此方法成本高、效率低，无法实现柔性、通用的计量检测，对产品质量的控制能力和应变能力也较差[1]。

学院数控加工专业开设了的机械产品几何量精密测量一体化课程，其中利用三坐标测量机解决通用量具无法测量的问题是教学设计中一个方向。一体化课程中的鱼骨图技术，以一项具体的工作任务为载体，通过五个逻辑递进的环节完成任务目标。学生经过此过程的训练，能够学习该任务涉及的知识点和技能点，达到举一反三的学习效果，提高了综合职业能力。

二、鱼骨图分析技术

鱼骨图顾名思义像鱼的骨架，头尾间用粗线连接，有如脊椎骨。我们的工作流程是从鱼尾到鱼头，鱼头代表了任务目标，脊椎就是达成目标的所需的工作步骤。

图1给出了鱼骨图脊椎的五个环节。图的下方给出了完成各个环节的输出结果、工作流程和职业素养要求。图的上方给出了对应工作流程所需的知识点和技能点。本文将鱼骨图技术应用于曲线轮廓度的三坐標测量，通过企业的工作任务，让学生亲身参与到实际工作中来，学习和掌握与工作过程相关的知识点和技能点，从而获得与工作岗位更贴近的工作能力。

本文主要采用过程引导的教学方式。教师的作用是为学生提供能够独立探究的情境，让学生发现要学习的内容，然后再将这些内容与已有知识相联系，达到解决问题，提高技能的目的。

三、接受任务

是指学生获得与工作过程相关知识和信息的阶段。学生主要通过提炼任务书要点，锻炼阅读理解和获取信息的能力。鼓励学生通过文字、视频、因特网等途径为完成任务搜集资料。

（一）输出结果

本环节的输出结果是明确测量要求、工期，选定设备和辅具。

（二）工作流程

1.识读任务单。学生接到该任务后，根据现有的测量设备设施条件和已掌握的知识技能进行综合分析。

2.识读图纸，确定可行性。教师设置了3个问题引导学生读图。图2给出了模具加工图及其部分尺寸，从中可知，问题1：模具的轮廓母线从右向左是由

种圆弧线和一条直线相切而成？问题2：评价母线轮廓度时，谁是基准？谁是被测对象？问题3：在找到母线路径前，首先要正确建立 。

上述3个问题主要目的是让学生读懂图纸，并明白任务要求，为完成任务开拓思路。

（三）职业素养

经过接受任务这一环节的训练，学生的快速阅读，获取信息能力得到了提高。

四、制订测量方案

本环节是根据已经获得的信息，分析项目目标和需求，设计与规划完成项目的步骤与方法，形成曲线轮廓度的测量方案。方案的制订，教师是引导者、协助者、评价者，学生是主体。

（一）输出结果

输出结果是测量流程单、工量夹具清单。表1给出了本方案主要结果元素。

学生小组讨论，确定好测量流程。教师判断学生对方案中每个步骤是否达到熟知的程度，以免学生在后期出错，影响测量精度和效率。

（二）工作流程

1.确定测量坐标系。问题1：为了降低测量误差，应尽量保证 基准、 基准与 基准相重合。这是建立坐标系要考虑的准则。问题2：依据所学的机械制造技术知识，分析模具加工基准和工艺流程？问题3：模具加工完毕后，理想情况下，侧曲面的中心线与端面的法线相 。（A平行 B垂直 C相交）其精度靠机床本身来保证，在 mm以内。φ50×15圆柱中心线与侧曲面的中心线相 。其位置度靠机床本身精度来保证，在 mm以内。

上述3个问题目的是检查学生思路，让学生明白加工基准，测量基准和建立坐标系的关系。

2.确定母线扫描路径。问题1：模具的外轮廓与其母线有什么关系？母线有哪些特征？问题2：如果两平面相交，其交线是一条 。如果平面和曲面相交，其交线是一条 。

上述问题目的是先让学生复习已学过的初中几何知识，将知识应用到解决实际问题上。教师判断学生对母线的理解和创建思路是否正确

3.确定采点布局。大部分学生都倾向于采点密度无限大，因为学生更多关注测量精度和测量结果的准确程度，而非效率和测量系统的精度。教师要让学生学会权衡得失。

问题1：模具有效使用部分在哪里？这部分的母线采点密度有什么要求？其余部位采点密度有什么要求？

（三）职业素养

培养了学生的空间想象和逻辑思维能力，增进了效率意识。

五、测量工件

本环节是利用前面环节获得的知识、技能进行模具母线轮廓度的测量。更重要的是将方案落到实处，并做到遇到问题及时调整。学生发挥主体作用，教师引导学生总结记录工作过程，并学会一些专业术语，为以后良好的工作习惯的养成奠定基础。

（一）输出结果

本环节的输出结果是测量报告。

（二）工作流程

学生讨论后得出以下三步工作流程。

1.建立测量坐标系。教师设置问题，加强学生对过程的认识，并让学生具备总结一般性规律的意识。

问题1：选取模具加工基准面的法线为 轴，这是坐标系的第一轴。圆柱中心线与端面的交点B，在端面右侧选择一点A，B指向A的连线为第二轴 轴。第三轴 轴垂直于前两轴。坐标系的原点设在 与 交点上。

学生建立好的坐标系要与三坐标测量机默认的坐标系正方向相一致，并与图3给出的坐标轴相一致。

2.创建母线扫描路径。学生根据方案建立了模具与理论模型的数据连接，并设置了一条母线的扫描路径和采点密度如何实现间隔为120°的3条母线路径是本过程的难点。教师设置问题引导学生记录路径创建过程。

问题1：本次测量要求测间隔为120°的3条母线的曲线轮廓度，当找到一条母线扫描路径后，可通过旋转 的方法，找到另外两条母线。其旋转角度分别是 度和 度。

本题目能够让学生掌握回转体不同位置母线的设置方法。图4给出了学生所创建的平面，其中曲线1就是一条母线。本文要评价b点之上部分母线的轮廓度。如果学生创建的母线扫描路径与图4所示相一致，说明学生已掌握了在曲面创建曲线的方法。

3.实施测量。图5（见下页）给出了评价结果。

（三）职业素养

测量工件这一环节主要培养了学生安全规范意识，严谨细致的工作能力。

六、分析测量数据

本环节是对前期工作进行合理性评价的重要环节，是给出结论的环节。此任务要求学生明确曲线类数据分析流程，学习测量结果的评价方式，并分析产生测量误差的原因。

教师通过问题引导学生在给出结论前学会全面、细致的思考，不可只依赖于软件结果。

（一）输出结果

本环节输出结果是测量方法及其准确性评价，其模板如图5所示。

（二）工作流程

1.分析理论曲线。图5给出了一条实测母线轮廓与理论母线轮廓对比图，从中可以看出：问题1：实测值位于理论值 ，（A上方 B下方）说明实测轮廓值 理论轮廓值，（A大于 B小于）此理论值是模具的 极限尺寸。最大偏差是 ，是否超出公差0.1mm。问题2：由图5得到的曲线轮廓度是 ，该值有无考虑公差0.1mm的技术要求？该值是准确的曲线轮廓度值吗？

上述两个问题目的是让学生明白评价曲线轮廓度时，要和公差范围内的理论曲线作对比。如果学生未思考理论曲线的公差，则给出的结论是错误的。

问题3：加工者按照模具基本尺寸编制好加工程序后，通过修改 来得到满足公差要求的轮廓。问题4：依据上述问题判断能否根据加工结果找到评价曲线轮廓度所需的理论正确几何形状线？

上述两个问题是让学生明确理论曲线的形成，从而找到正确评判的基准。

2.正确处理实测值。问题1：怎样正确处理实测值才能得到相对准确的曲线轮廓度？问题2：利用三坐标calypso软件里处理实测值的“拟合”命令[2]后，沿x方向平移 找到了最佳拟合点，此拟合值必需小于公差0.1mm。问题3：最佳拟合后的曲线轮廓度分别是多少？

上述问题目的是让学生学会正确处理实测值，并判断结果是否满足图纸要求。图6给出了学生拟合后轮廓度，相比图5小了0.0715，此结果相对准确。同理可得另外两条母线。

3.判别实测值是否符合图纸要求。学生总结图6中拟合和结果位置内容，给出了3条母线沿x方向的平移量及其轮廓度数据，如表2所示。从中可知平移量基本在公差范围之内，所得轮廓度约为0.05，满足图纸要求。

（三）职业素养

本环节主要培养了学生数据分析和沟通协调能力。

七、总结与拓展

在此环节教师也能及时发现教学过程中的问题，从而在新一轮的教学设计和实施时，通过调整与改善，提升教学质量。总之，教师要善于引导学生使得本环节成为一个学生参与下一步学习的加油站。

（一）输出结果

本环节输出结果是测量任务技术总结和拓展任务的测量方案。

（二）工作流程

1.撰写技术总结。撰写测量任务技术总结阶段，要求学生对学习过程进行回顾，总结问题和经验，并写出书面的报告。教师提供技术总结模板引导学生思考。

2.编写测量方案。完成本学习任务后，为了进一步拓展和训练学生对于曲线轮廓度的测量知识和技能，达到举一反三的学习效果，必须给出拓展学习任务。

（三）职业素养

本环节主要培养了学生技术总结写作能力和举一反三学习能力。

八、小结

本文利用鱼骨图分析技术引导学生完成一项企业检测任务。通过五个环节，以及各个环节中的输出结果、工作流程、职业素养等内容，训练了学生从全局出发分析、解决问题的能力，培养了学生严谨、细致的工作作风。学生在学习过程中，教师是引导者、协助者、评价者，学生是主体。学生在专业技能提高的同时，其逻辑思维能力也得到了提高。学生增进了知识，拓展了完成企业任务的工作经验，达到了举一反三的学习效果，最终学生综合职业能力得到提升。

参考文献：

[1]马骊群，曹铁泽，王继虎，等.便携式坐标测量系统在航空发动机关键部件检测中的应用[J].理论与實践，2008，28（6）：9-12，19.

[2]Carl Zeiss 3D Metrology Services. Calypso4.4 软件教程[M].德国：Carl Zeiss 3D Metrology Services GmbH，2005.