CAD機械制圖教學探索與實踐

汝紹鋒+張燕

摘 要 運用CAD軟件制圖是機械類專業(yè)必備的一種能力，針對目前二維和三維CAD制圖教學中存在的一些問題，提出開展實物案例驅(qū)動的二維制圖模式，強調(diào)二維圖紙標注的重要性，引導建立二維和三維制圖的關(guān)聯(lián)性，養(yǎng)成合理的繪圖方法和習慣，拓展CAD制圖教學內(nèi)容，從而培養(yǎng)學生學習的主動性和互動性，提高學生對機械制圖的研究興趣。

關(guān)鍵詞 機械制圖 ；CAD ；教學方法 ；實踐

中圖分類號 TH126

Abstract Using the CAD drawing is an essential kind of ability for mechanical engineering. Aiming at some problems in 2d and 3d CAD drawing teaching， it has carried out the real case driven for 2d graphics mode. Emphasized the importance of 2d drawings marked. Guide to establish the relevance of 2d and 3d drawings. Develop the reasonable drawing method and habit. Expand CAD drawing teaching content， to cultivate the students' learning initiative and interactivity， to improve students' interest in the study of the mechanical drawing.

Key words mechanical drawing ； CAD ； teaching cases ； practice

機械制圖理論課是學習二維和三維制圖軟件的基礎(chǔ)，是讀懂和繪制圖紙的前提條件。在科技并不發(fā)達的時代，人們在圖紙上用鉛筆和丁字尺畫出的線條組成了一幅幅圖紙制造出了當時的機器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，制圖的方式也發(fā)生了翻天覆地的變化。目前人們拿著鉛筆和圖紙畫圖的經(jīng)歷僅僅存在于大學期間必要的課程設(shè)計中，大部分機械圖紙都是依賴于CAD設(shè)計軟件來完成[1-4]。機械類專業(yè)需要學習的CAD軟件主要包括2類，一類是以二維繪圖為主的AutoCAD和CAXA等，另一類是以三維繪圖為主的Pro/ENGINEER、Solidworks、Inventor和CATIA等[5-6]。但是在CAD機械制圖教學中普遍存在僅教會軟件基本繪圖方法，而忽略圖紙標注規(guī)定和缺少實物測量等問題，特別是在三維CAD制圖教學中僅注重三維模型的建立，而忽略三維制圖與二維制圖的聯(lián)系，導致學生在學習CAD制圖時感覺枯燥和脫節(jié)等。筆者結(jié)合自身的教學情況，總結(jié)在CAD機械制圖教學中的經(jīng)驗，以為CAD軟件制圖課程取得良好教學效果提供參考。

1 實物案例驅(qū)動的二維制圖

機械類專業(yè)學生在完成工程制圖及畫法幾何理論課后，將進行CAD制圖軟件的學習。結(jié)合理論課中掌握的投影關(guān)系和繪圖規(guī)則，首先要學習二維CAD制圖軟件。目前教學方法是：講述完CAD軟件各繪圖功能之后要求學生上機練習，即要求學生在課堂上掌握相應(yīng)圖形的繪制方法和一些編輯技巧，課后上機進行二維圖紙的繪制。上機繪圖的素材是教材或課程設(shè)計中現(xiàn)有的圖紙，針對CAD二維制圖教學僅停留在“照葫蘆畫瓢”的階段。這樣的學習方式容易使學生產(chǎn)生厭學情緒。由于現(xiàn)有圖紙不夠，易導致繪圖錯誤，而且在出錯處學生不能及時了解產(chǎn)生錯誤的原因。如圖1所示，在繪制主視圖（圖1a）加強筋板時，忽略和左視圖的投影關(guān)系，而將主視圖繪制成紅色虛線內(nèi)所示的錯誤形式（圖1b-c）。在二維機械制圖練習中，為了使制圖教學更加生動形象，可開展實物案例驅(qū)動的一體化教學模式。

實物案例驅(qū)動的一體化教學模式是在進行二維制圖上機練習過程中，通過現(xiàn)場測量實物模型獲得尺寸，結(jié)合工程制圖理論知識判斷各輪廓線的幾何關(guān)系，將獲得的尺寸和幾何關(guān)系運用二維CAD軟件繪制成圖，目的是提高學生繪圖興趣以及綜合運用知識的能力，前提是要求學生熟練掌握各項繪圖基本操作指令。以往的上機繪圖教學中，僅提供給學生帶有尺寸的圖紙，而在實物案例驅(qū)動教學中，可以提供一些塑料制成的實物模型（圖2）和必要的測量工具，讓學生通過實物模型測量和觀測，明確繪圖的目的性。在教學過程中，教師起到答疑解惑作用，實現(xiàn)制圖教學的主動性和互動性。

2 二維制圖的標注

一份機械圖紙必須包括圖形輪廓、尺寸標注、公差標注、粗糙度標注和技術(shù)要求等內(nèi)容，而目前二維CAD制圖教學往往忽視除尺寸標注外的其他必要標注內(nèi)容。機械圖紙最終是要送到車間進行加工制造的，它不同于風景園林和藝術(shù)設(shè)計圖紙，沒有公差和粗糙度等標注內(nèi)容，技術(shù)人員將很難讀懂圖紙，更談不上加工制造，所以在二維CAD制圖教學中必須強化圖紙的標注。在練習教學中發(fā)現(xiàn)，學生在完成主要圖形輪廓繪制后，便稱圖紙馬上就要完工，這是由于在教學中沒有強調(diào)圖紙標注的重要性而產(chǎn)生的一種錯覺，一幅完整的圖紙標注可能會占用整個圖紙繪制時間的50 %。在案例驅(qū)動的繪圖教學中，雖然沒有必要將滿足加工要求的準確公差值等內(nèi)容弄清楚，但必須掌握尺寸公差、表面粗糙度、形狀和位置公差的標注規(guī)則和方法，還要學會一些標注的技巧，以提高制圖效率，如利用動態(tài)塊繪制不同位置的表面粗糙度。

3 二維和三維制圖在教學中關(guān)系

隨著計算機技術(shù)的不斷革新，三維CAD軟件得到飛速發(fā)展，其功能變得越來越強大，但教學中存在三維制圖與二維制圖脫節(jié)的問題，即三維CAD只教三維建模，二維CAD只管二維繪圖。而且有些人認為制圖加工還得靠二維CAD，三維CAD建模僅僅用來展示，目前有相當部分工廠企業(yè)是以三維制圖為主，二維制圖為輔來進行產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)。因此，在教學中要讓學生清楚三維制圖與二維制圖的關(guān)系。

二維制圖過程可以理解為虛擬的“鉛筆”和“圖紙”，“鉛筆”畫出的長度就是標注后顯示的尺寸，而三維制圖過程實際上可以理解為三維設(shè)計過程，它是將平面圖紙立體化，與二維制圖最大的不同就是尺寸驅(qū)動圖形的大小變化，這是三維CAD制圖靈活性的體現(xiàn)。同時還要強調(diào)二維制圖是三維制圖的基礎(chǔ)，無論哪一種制圖方式最終目的是進入車間，輸出產(chǎn)品。進入車間的圖紙一般是標注完整的二維圖，因此二維CAD制圖既是“輸入端”，又是“輸出端”。而三維立體圖的繪制是設(shè)計過程，建立的三維模型導出成符合投影規(guī)律的二維圖形，再經(jīng)過尺寸標注形成最終結(jié)果“輸出端”。所以在三維CAD制圖教學中必須強化與二維CAD制圖的聯(lián)系，使建立的三維模型“落地”。如圖3所示，利用三維CAD軟件建立模型（圖3a），通過格式轉(zhuǎn)換導入到二維CAD軟件中進行尺寸標注和一些必要的修改（圖3b），以完成從設(shè)計到出圖的過程。

4 繪圖方法與插件選用

在二維與三維繪圖過程中，為完成某種結(jié)構(gòu)圖形，可以選用不同的繪圖方法。對于一個簡單的圖形來說，選用不同的繪圖方法可能對后期修改影響不大；對于一個較為復雜的圖形而言，不同的繪圖方法對后期調(diào)整和修改的影響較大，這是目前CAD制圖教學中普遍忽視的一個問題。為了提高學生繪圖效率和培養(yǎng)良好的繪圖習慣，讓學生了解和體會不同的繪圖方法是必要的。在選擇繪圖方法時要盡量服從一些基本規(guī)則，如簡化草圖規(guī)則和按加工順序繪制規(guī)則等。相對于二維制圖方法而言，三維制圖方法的選擇更為靈活多變，下面以三維繪圖來說明不同的繪圖方法。

在三維制圖中完成一個零件模型（圖4）的建立，可以選擇2種不同的繪圖方法。首先建立一個包含圓角的復雜草圖（圖4a），再通過拉伸特征完成零件模型的建立；或先繪制一個較簡單的草圖（圖4b），再通過拉伸和圓角2個特征完成零件建立。2種繪圖方法完成的效果是一樣的，區(qū)別在于：繪制復雜的草圖時系統(tǒng)運行比較快，因為草圖圓角的計算要比圓角特征快，但是復雜的草圖繪制和編輯不便于后期修改；而簡單的草圖管理方便，使用靈活，方便后期對零件的修改。因此，在繪制零件時，應(yīng)盡量選用簡單草圖繪制方法。

CAD軟件提供了相當豐富的插件功能，包括渲染、數(shù)值模擬、運動和動力學分析等功能。靈活選用這些插件功能可以培養(yǎng)學生學習積極性，將繪制的模型進行材質(zhì)和光線渲染，以提高模型的展示性（圖5a）；對懸臂梁模型進行模擬受力分析，可及時對建立的模型進行校核（圖5b）。但在CAD制圖教學環(huán)節(jié)中還很少涉及插件功能的運用，可以適當增加插件功能的教學內(nèi)容，以提高學生學習制圖軟件的主動性，擴展學生知識面。

5 小結(jié)

機械類專業(yè)開展CAD制圖教學要以實物案例驅(qū)動的一體化模式培養(yǎng)學習主動性；通過標注著重突出機械圖紙，以增強機械圖紙的可讀性；引導建立二維繪圖與三維設(shè)計的關(guān)聯(lián)性，使學生養(yǎng)成良好的繪圖習慣；同時靈活運用插件功能，拓寬教學內(nèi)容，通過CAD制圖課程的學習，為培養(yǎng)機械類專業(yè)人才打下堅實基礎(chǔ)。

參考文獻

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