UG軟件在機(jī)械制圖課程中的應(yīng)用

張?chǎng)┚?，?龍 ，晉芳偉

（1.三明學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，福建 三明 365004；2.三明機(jī)械CAD工程研究中心，福建 三明 365000）

UG軟件在機(jī)械制圖課程中的應(yīng)用

張?chǎng)┚?，2，吳 龍1，2，晉芳偉1，2

（1.三明學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，福建 三明 365004；2.三明機(jī)械CAD工程研究中心，福建 三明 365000）

介紹“機(jī)械制圖”課程中引入U(xiǎn)G軟件進(jìn)行教學(xué)的原因，教學(xué)中改進(jìn)的具體方法和內(nèi)容，對(duì)作業(yè)的講解和課堂理論教學(xué)進(jìn)行闡述。在課程教學(xué)中引入了三維造型技術(shù)，提出了適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)的制圖軟件環(huán)境，為培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)的工程應(yīng)用人才打下扎實(shí)的制圖功底。

機(jī)械制圖；教學(xué)改革；三維軟件

《機(jī)械制圖》課程是機(jī)械及其相關(guān)工程類專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和技術(shù)性。它直接影響了學(xué)生后續(xù)課程的學(xué)習(xí)以及相應(yīng)的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)，同時(shí)也是是同學(xué)們畢業(yè)后從事設(shè)計(jì)生產(chǎn)、科研項(xiàng)目必備的基礎(chǔ)知識(shí)之一。

本門課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和讀圖構(gòu)型能力。只有在建立良好的空間立體感的基礎(chǔ)之上，才能繪制出高質(zhì)量的專業(yè)圖紙；同理，在讀圖過(guò)程中，只有理解圖紙傳遞的信息，才能在腦海里想象出物體的立體結(jié)構(gòu)，讀懂圖紙所表達(dá)的技術(shù)信息。

UG軟件具有強(qiáng)大的功能，為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過(guò)程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。UG共包含CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）模塊、CAE（計(jì)算機(jī)輔助分析）模塊和CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）模塊等三大模塊。其中，CAD模塊主要為工業(yè)設(shè)計(jì)和風(fēng)格造型、產(chǎn)品設(shè)計(jì)等方面，具有高性能的機(jī)械設(shè)計(jì)和制圖功能，為制造設(shè)計(jì)提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設(shè)計(jì)任何復(fù)雜產(chǎn)品的需要。CAE模塊主要功能為以數(shù)字化方式仿真、檢測(cè)確認(rèn)和優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)。CAM模塊，采用圖形方式，觀測(cè)刀具沿軌跡加工產(chǎn)品的情況，以減少使用培訓(xùn)時(shí)間并優(yōu)化加工工藝。UG軟件所有模塊都可在實(shí)體模型上直接生成加工程序，并保持與實(shí)體模型全相關(guān)[2]。

1 機(jī)械制圖課程引入U(xiǎn)G的原因

（1）為適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)技術(shù)指標(biāo)的變化，在教學(xué)過(guò)程中引入機(jī)械業(yè)界廣泛使用的三維軟件UG，使得學(xué)生能夠及時(shí)了解并真正認(rèn)識(shí)到機(jī)械行業(yè)的設(shè)計(jì)趨勢(shì)。目前，在企業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)制造中，已經(jīng)看不到手工繪圖的場(chǎng)景了，都已經(jīng)采用“無(wú)紙化”繪圖。在技術(shù)交流中，應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行零部件生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、制造以及模擬仿真和文檔管理，這就使得我們?cè)诮虒W(xué)中也要跟上時(shí)代的腳步。UG軟件是一款集CAD/CAE/CAM為一體的三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，也是當(dāng)今世界最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件之一，以其強(qiáng)大的功能和工程背景，已經(jīng)在我國(guó)的航空、航天、汽車、模具、家電等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用[1]。

（2）制圖課程在講解投影法、畫法幾何和工程制圖等三部分內(nèi)容，基本以平面圖形進(jìn)行講解，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)具有一定難度。在課堂教學(xué)中，適當(dāng)?shù)牟捎肬G軟件進(jìn)行零件或者物體的三維造型設(shè)計(jì)，可以很大程度上吸引學(xué)生的注意力，并且將學(xué)生難懂的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)體演示，使得同學(xué)們?cè)谶M(jìn)行讀圖和繪圖時(shí)，加深對(duì)立體結(jié)構(gòu)的理解，改變學(xué)生學(xué)習(xí)的態(tài)度，提高課堂學(xué)習(xí)的興趣和探索知識(shí)的精神。

（3）在教學(xué)方法上，將現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)模型相結(jié)合。學(xué)生初次接觸到制圖的基礎(chǔ)知識(shí)，難免在物體的空間與平面圖形轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生困惑甚至不解，立體思維比較差的學(xué)生更難將空間模型轉(zhuǎn)換為二維圖紙進(jìn)行繪制。若采用立體模型以及三維輔助軟件UG的幫助，可以有效的解決學(xué)生的繪圖、識(shí)圖所產(chǎn)生的困難。

2 UG在機(jī)械制圖課程中的應(yīng)用

2.1 UG應(yīng)用在教學(xué)內(nèi)容講解中

機(jī)械制圖的教學(xué)原則應(yīng)以學(xué)生能夠掌握國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)進(jìn)行機(jī)械零部件設(shè)計(jì)或者后續(xù)機(jī)械課程的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)正確繪圖和讀圖的能力為宗旨。故在教學(xué)內(nèi)容中，將部分內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?/p>

比如，對(duì)于線型元素的換面法求解問(wèn)題，復(fù)雜曲面立體與曲面立體相交空間曲線的求解，利用圖解法求解直線實(shí)長(zhǎng)和對(duì)投影面的夾角等內(nèi)容，進(jìn)行了刪減，減少教學(xué)內(nèi)容。增強(qiáng)的內(nèi)容：如立體視圖的投影畫法，尺寸標(biāo)注等等內(nèi)容。

講解機(jī)械制圖課程教學(xué)內(nèi)容時(shí)，以案例為整體介紹，從而引出課程學(xué)習(xí)目的。首先，采用UG軟件建立模型，展示給學(xué)生一個(gè)機(jī)械中常見的裝配體結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 蝸輪蝸桿減速器

圖1中為機(jī)械傳動(dòng)裝置，采用蝸輪蝸桿進(jìn)行傳遞運(yùn)動(dòng)。向同學(xué)講解如果要將運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行改變，將水平運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為垂直運(yùn)動(dòng)，需要此時(shí)的蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。加工制造出這樣的機(jī)構(gòu)，前提條件就是設(shè)計(jì)人員要清晰、正確繪制各個(gè)零件的圖紙以及總裝圖紙，這樣生產(chǎn)制造人員才能夠加工出實(shí)際零件，然后根據(jù)裝配圖進(jìn)行安裝和調(diào)試。具體繪制各個(gè)零件，可以應(yīng)用UG軟件的工程圖模塊進(jìn)行演示，如何在國(guó)標(biāo)規(guī)定下，嚴(yán)謹(jǐn)正確繪制零件圖和裝配圖，需要掌握制圖方面的詳細(xì)規(guī)定和具體畫法。首先，在圖紙采用上，標(biāo)題欄繪制，每個(gè)不同線條的畫法和表達(dá)含義上，講解制圖的基礎(chǔ)內(nèi)容。其次，繪制的是平面圖紙，怎樣將立體空間結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為平面，這將引入投影法的基本概念。再次，繪制立體模型，可以將立體抽象為點(diǎn)、線、面進(jìn)行基本功的訓(xùn)練，最后繪制出立體基本視圖。

采用了UG三維造型技術(shù)，可以在初始階段讓學(xué)生理解機(jī)械零件指什么，組裝起來(lái)的結(jié)構(gòu)，以及怎樣用平面圖形表達(dá)立體結(jié)構(gòu)。這樣，在學(xué)習(xí)制圖時(shí)，就有一個(gè)清晰的概念和基本的認(rèn)識(shí)。

2.2 UG應(yīng)用在平時(shí)作業(yè)講解

機(jī)械制圖是實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，在每一部分的內(nèi)容結(jié)束后，都要輔以相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的題目進(jìn)行練習(xí)。習(xí)題的內(nèi)容要與教材的內(nèi)容相配套，及時(shí)在學(xué)生每次作業(yè)做完后，在課堂上對(duì)出現(xiàn)的較集中的錯(cuò)誤進(jìn)行板書示范糾正，讓學(xué)生明白立體結(jié)構(gòu)和繪圖的真正意圖。比如在講解習(xí)題集作業(yè)曲面立體相貫內(nèi)容時(shí)，學(xué)生們?cè)谧鳂I(yè)中對(duì)于補(bǔ)畫相貫線的立體結(jié)構(gòu)想象不清楚，可以采用UG建立模型，旋轉(zhuǎn)各個(gè)角度讓學(xué)生觀察，然后再根據(jù)立體模型反推回題目，進(jìn)行相貫線的繪制。

通過(guò)對(duì)難度較大或者學(xué)生出錯(cuò)率較高的題目的立體模型建立，可以幫助學(xué)生們建立所繪圖形的立體空間架構(gòu)，這樣，不僅完成了手工繪圖的作業(yè)，學(xué)生也可以從各個(gè)角度觀察立體模型具體結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)不與實(shí)際工業(yè)脫軌，也為工程類學(xué)生更好的理解本行業(yè)的專業(yè)知識(shí)打下基礎(chǔ)。

2.3 采用UG進(jìn)行教學(xué)案例

以機(jī)械制圖中組合體內(nèi)容為實(shí)際教學(xué)案例為例，講解具體教授過(guò)程。如圖2所示為制圖題中常見題型。

圖2 立體主視圖和俯視圖

該題目要求根據(jù)兩視圖，繪制出立體的左視圖，并標(biāo)注尺寸。同學(xué)們?cè)诶L制立體的左視圖之前，首先要根據(jù)給定的主視圖和俯視圖分析立體模型的結(jié)構(gòu)，其基本形體特征以及各個(gè)形體之間的位置關(guān)系；其次，想象出立體模型空間結(jié)構(gòu)；再次，根據(jù)想象空間結(jié)構(gòu)，按照投影基本形式，繪制出左視圖；最后按照組合體尺寸標(biāo)注原則進(jìn)行標(biāo)注。圖3～圖5為具體講解過(guò)程。

標(biāo)注如圖5所示的組合體尺寸，先確定組合體三個(gè)方向基準(zhǔn)，即長(zhǎng)度基準(zhǔn)、寬度基準(zhǔn)和高度基準(zhǔn)，如圖3所示。確定尺寸基準(zhǔn)后，標(biāo)注出兩個(gè)主要形體結(jié)構(gòu)（即圖4中編號(hào)2和編號(hào)3）的形狀尺寸，如圖5中尺寸R16，直徑Φ17，厚度11，R6等等；再標(biāo)注定位尺寸，如主視圖中16和22，用來(lái)定位鉆Φ17孔的位置；俯視圖中12定位長(zhǎng)圓孔的位置；最后標(biāo)注總體尺寸，如主視圖中總長(zhǎng)60，總高22，俯視圖中總寬44?？傮w尺寸與定形尺寸一致時(shí)，不再進(jìn)行標(biāo)注。

圖3 組合體立體模型

圖4 組合體形體結(jié)構(gòu)分析

圖5 組合體左視圖繪制及尺寸標(biāo)注

2.4 UG軟件應(yīng)用效果

現(xiàn)在課堂教學(xué)基本都采用多媒體課件進(jìn)行，這樣可以在課件中多角度展示立體模型的空間構(gòu)架和元素之間的交互關(guān)系，而且有助于學(xué)生空間思維的培養(yǎng)。如果使用實(shí)際機(jī)械零部件模型，實(shí)際模型較小，對(duì)于后排的學(xué)生看不清楚。其次，所展示的模型破舊，有些模型也找不齊全，在課堂上，直接采用UG軟件，備課時(shí)，將課堂上平面圖形的立體結(jié)構(gòu)建立出來(lái)，輔助教學(xué)，這樣，同學(xué)們很容易看懂三維模型，再將其轉(zhuǎn)換為二維平面圖紙中，用制圖圖形展示出。

課程中二維、三維繪圖軟件的應(yīng)用，使得繪圖的效率和質(zhì)量大幅度的提高，在圖紙的修改、反復(fù)利用和保存管理等方面，體現(xiàn)出了手工繪圖無(wú)法比擬的優(yōu)越。三維軟件在教學(xué)中的引入和應(yīng)用，加深了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更重要的是，對(duì)于二維圖形和三維立體之間的空間轉(zhuǎn)換，給學(xué)生提供了想象的空間，豐富了思維模式，也為提高學(xué)生的讀圖能力和繪圖能力提供了有力的技術(shù)支持。

機(jī)電工程學(xué)院的機(jī)械專業(yè)學(xué)生已經(jīng)在機(jī)械制圖課程的第一學(xué)期系統(tǒng)學(xué)習(xí)了制圖的投影理論、簡(jiǎn)單立體投影和組合體投影、各種機(jī)件的表達(dá)方法等。在第二學(xué)期，將CAD技術(shù)引入教學(xué)，學(xué)生們除了學(xué)習(xí)AUTOCAD軟件以外，還可以學(xué)習(xí)三維造型軟件，比如UG軟件。在授課過(guò)程中，用UG建立模型，再將模型轉(zhuǎn)換為二維工程圖，講解圖紙繪制，會(huì)大大提高知識(shí)的接受程度。

采用UG軟件教學(xué)中，首先采用二維簡(jiǎn)單圖形，通過(guò)拉伸或者旋轉(zhuǎn)等特征操作成為立體模型，再將其他立體通過(guò)疊加或切割的方式進(jìn)行組合修改，以期得到預(yù)想的立體，最后再將立體模型轉(zhuǎn)換為二維工程圖。

學(xué)生在讀圖時(shí)，根據(jù)圖紙建立模型時(shí)，首先分析立體結(jié)構(gòu)的每個(gè)主體特征和主要部分，分別進(jìn)行模型的建立，然后進(jìn)行各個(gè)部分的整合，組成為一個(gè)完整的模型。整個(gè)教學(xué)過(guò)程讓學(xué)生對(duì)工程圖的認(rèn)識(shí)從被迫接受枯燥的理論知識(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生自主的研究和思考，由感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí)。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)三維軟件UG的教學(xué)，使得學(xué)生更深入的理解工程圖的繪制并不是簡(jiǎn)單的抄畫，圖紙的繪制包含了產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)，工藝要求，技術(shù)要求，產(chǎn)品的制造和檢驗(yàn)，是一個(gè)生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、制造工藝流程而言重要的技術(shù)文件。

希望在后續(xù)的教學(xué)中繼續(xù)深化改革，繼續(xù)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的制圖態(tài)度，以及掌握先進(jìn)制圖技術(shù)的能力，真正理解“機(jī)械制圖”不是一門考后就結(jié)束的課程，而是貫穿在整個(gè)職業(yè)生涯中的基本技能，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的工作作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，構(gòu)架起一座銜接專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的大橋。

[1]張 冶，洪 雪.Unigraphics NX三維工程設(shè)計(jì)與渲染教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[2]雷松麗.UG NX7機(jī)械與產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)實(shí)例精講[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

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The App lication of UG Software in MechanicalDraw ing

ZHANGWen-juan1，2，WU Long1，2，JIN Fang-wei1，2
(1.SchoolofMechanical&Electronic Eng.，Sanming University.，Sanming Fujian365004，China；2.Sanming Engineering Research CenterofMechanicalCAD，Sanming Fujian 365000，China)

In the paper,itwassaid that the reason ofMechanicaldrawing about the UG software application in teaching.Thework in the teachingwas improved.The combination of the theory and the practicalofhomework teaching.In order to adapt to themodern industrial design about the environmentof software,the three-dimensionalmodeling technology was introduced into the class teaching.Itwas cultivated to engineerof the rigorousstyle for drawing skills.

mechanicaldrawing；the reform of teaching；three-dimensionalsoftware

G642.0

B

1672-545X（2014）04-0246-03

2014-01-05

校級(jí)高等教育教學(xué)改革項(xiàng)目(編號(hào)：L1215/Q);福建省教育廳A類科技項(xiàng)目(編號(hào)：JA12298);福建省教育廳質(zhì)量工程項(xiàng)目（編號(hào)：ZL1002/RM(sj)）;福建省教育廳“卓越計(jì)劃”改革試點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：SD1109）

張?chǎng)┚辏?980—），女，甘肅蘭州人，碩士，講師，主要從事機(jī)械工程專業(yè)教學(xué)，研究方向：板料成形有限元仿真、模具CAD/CAE/CAM。