基于三維造型的機械制圖課程教學方法研究
——以裝配圖教學為例

陸美文，陳偉珍，胡華麗

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學院，廣西 南寧530023）

當今科學技術(shù)飛速發(fā)展，三維軟件在生產(chǎn)實踐中已得到普遍應(yīng)用，教學實踐中也不斷的利用新技術(shù)、新手段來輔助教學。其中，UG NX軟件是Siemens PLM Software推薦的CAD/CAE/CAM一體化軟件，它的功能具有強大的實體造型、曲面造型、模擬裝配、工程圖生成和仿真運動等功能，因此，UG NX軟件廣泛應(yīng)用于機械、汽車、航空、電器等眾多領(lǐng)域，同時在眾多專業(yè)課程的教學和虛擬仿真實踐中都得到了廣泛應(yīng)用[1]。

UG軟件強大的實體造型功能，幫助教師們改變了傳統(tǒng)的實物模型教學方式，克服了實物模型教學的種種不足，讓機械制圖課更加形象生動、直觀高效、提高教學質(zhì)量。由于三維繪圖軟件UG造型極其便捷高效，教師在課堂的動態(tài)教學中，可以實現(xiàn)隨機應(yīng)變，按需造型以及修改模型，從而更大幅度地擴大了課堂知識容量，提高了課堂教學效率。為了解決教學實踐中的難題，本文對UG NX三維軟件輔助裝配圖教學進行了研究和實踐。

1　裝配圖在教學中存在的問題

在機電類專業(yè)的教學中，裝配圖的教學是機械制圖課程學習的重點和難點，對于沒有實際生產(chǎn)實踐經(jīng)驗而剛?cè)腴T學習機械制圖的的學生來說，想象整個機器（或部件）的內(nèi)外結(jié)構(gòu)，并完整準確地表達出來，對學生有限的空間思維是一個高難度的挑戰(zhàn)。

1.1　機器或部件的工作原理不明晰

在裝配圖教學中，教師往往是拿著部件模型先講解機器或部件的工作原理，教師講得頭頭是道，學生聽得一頭霧水，一是模型太小無法讓每個人都看得清楚，二是要理解工作原理還得有足夠的空間想象力。對于空間思維能力較弱、學習基礎(chǔ)較差的高職學生而言，無疑帶來了極大的困難，逐漸失去了繼續(xù)學習的信心。

1.2　拆裝順序說不明

零件的拆裝順序是學生理解零件結(jié)構(gòu)、作用和繪制裝配圖的關(guān)鍵，教師在教學中一般也是邊拆裝部件模型邊講解零件的裝配關(guān)系以及裝配順序。由于模型較小，學生也看得不清楚，更不能理解其中的關(guān)系，使教學效果大打折扣，學生也慢慢失去學習耐心和興趣。

1.3　裝配圖的零件關(guān)系難理解

教師在講裝配圖的畫法時，邊講邊在黑板上畫圖，或者由PPT展示。由于裝配圖較復(fù)雜，包含多個零件的形狀結(jié)構(gòu)，學生需要不斷地將實物轉(zhuǎn)換成二維圖，一些空間思維比較缺乏的同學，就無法跟上。同時，離較遠的同學也難以看清零件之間的分界線，特別是非接觸面之間的分界線，無法看清是一條線還是兩條，學習起來比較困難。

2　解決裝配圖教學難點的思路

2.1　直觀演示工作原理

教師在講解工作原理時，通過仿真運動，可以直觀地展示機器或部件的工作狀態(tài)，對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運動，通過剖切功能，能看到內(nèi)部的運轉(zhuǎn)情況，學生一目了然。對所繪制的三維模型可以任意放大縮小，并且可以自由地將三維模型精確地旋轉(zhuǎn)到任何一個方位、角度，而且可以隨時將三維模型轉(zhuǎn)換為平面投影，以便學生直接認識從三維模型到各個視圖的形成過程及特點。

2.2　動態(tài)展示機器或部件的裝配關(guān)系

通過三維裝配應(yīng)用模塊，按照機器或部件的安裝順序，逐個添加零件。利用剖視圖的功能，讓學生可以看得見內(nèi)部的裝配關(guān)系。同步畫出二維的裝配圖，直觀的對比三維圖與二維圖的輪廓線關(guān)系。

通過三維軟件建立了立體的、有光的、有色的生動渲染畫面，虛擬逼真地、直觀地表達出大腦中的產(chǎn)品設(shè)計效果。比傳統(tǒng)的二維設(shè)計更符合人的思維和視覺習慣，聲色并茂吸引學生的注意力，提高學生學習興趣和教學效果。

3　三維軟件在裝配圖教學中的應(yīng)用

3.1　仿真機器或部件的運動

應(yīng)用三維軟件，將機器或部件建模、組裝完成，在立體模型的基礎(chǔ)上，添加一系列機構(gòu)連接和驅(qū)動，使零件運轉(zhuǎn)，從而模擬機構(gòu)的實際運動，演示其工作過程。如圖1所示，在講解安全閥時，模擬安全閥的工作過程，液體壓力過大時閥門被推開，液體溢出，壓力減小，閥門關(guān)閉。同樣，在講解齒輪油泵時，也可以通過仿真兩齒輪的嚙合運動，使泵體型腔兩邊產(chǎn)生壓力差而帶動油液流動，模擬油泵吸油泵油的工作過程。學生就可以直觀的感受機器的工作原理，大大提高理解的程度。

圖1　液壓安全閥

3.2　零件裝配過程與畫裝配圖同步進行

以液壓安全閥裝配圖的繪制為例。三維軟件完成建模后，逐一演示零件的裝配過程，同時使用剖切功能，展示裝配后零件的裝配關(guān)系，學生可以直觀清楚地看到接觸面或是非接觸面的關(guān)系，在繪圖時準確繪制輪廓線，還可以通過截切、旋轉(zhuǎn)，使零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系一覽無余，直觀的展現(xiàn)零件之間的裝配關(guān)系，使學生全面系統(tǒng)的理解裝配圖的繪制方法。

（1）對所有零件建立模型，進入UG NX10.0，進入“裝配”應(yīng)用模塊，添加第一個零件——閥體，并畫出閥體的全剖視圖。如圖2所示。

圖2　添加閥體

（2）添加閥門，并畫出閥門的全剖視圖，閥門與閥體連接為接觸面連接，在連接處只畫一條粗實線，將被閥門擋住的閥體輪廓線擦掉。如圖3所示。

圖3　添加閥門

（3）添加彈簧和彈簧墊，并按規(guī)定畫法畫出彈簧和彈簧墊的全剖視圖，彈簧底部與閥門連接為接觸面連接，在連接處只畫一條粗實線，彈簧墊與彈簧接觸面只畫一條粗實線；將被彈簧擋住的閥門和閥體的輪廓線擦掉。如圖4所示。

圖4　添加彈簧和彈簧墊

（4）添加螺桿和墊片，并畫出螺桿和墊片的主視圖，螺桿與彈簧墊接觸面，墊片與閥體接觸面只畫一條粗實線，非接觸面畫兩條粗實線。如圖5所示。

圖5　添加螺桿和墊片

（5）以此類推，添加閥蓋并畫出閥蓋的全剖視圖，螺桿與閥蓋連接為螺紋旋合，按外螺紋規(guī)定畫法來畫；添加標準件螺栓和螺母，將后面沒有被擋住的部分輪廓畫出；添加閥帽和螺釘，并畫出閥帽的全剖視圖，螺釘與閥帽為螺紋旋合，按外螺紋畫，閥帽和閥蓋接觸面只畫一條粗實線。最后完成液壓安全閥裝配圖，如圖6所示。

圖6　液壓安全閥裝配圖

4　在裝配圖教學中應(yīng)用三維軟件應(yīng)該注意的問題

教學實踐證明，在課堂教學中適當引入三維繪圖軟件輔助教學，除了可以提高學生學習課程的熱情，培養(yǎng)學生的空間想象能力外，還可以使學生對三維繪圖軟件一定的了解，為后續(xù)軟件類課程的學習做了很好的鋪墊。同時，三維繪圖軟件能很好地實現(xiàn)二維工程圖的自動生成，且二、三維雙向關(guān)聯(lián)，具備完備的智能化標注能力和二維工程圖的編輯及修改能力等，在培養(yǎng)空間思維能力，創(chuàng)造良好學習條件方面起到了巨大的作用。但是，為培養(yǎng)學生空間思維能力，需要進行大量的二維與三維之間的雙向思維訓練，這就需要做大量的習題和自主學習，比如由實體畫出三視圖，由三視圖想象出三維實體的結(jié)構(gòu)形狀等，離開了三維模型后，這些練習往往需要獨立思考，學生便產(chǎn)生畏難情緒，從而影響后續(xù)的學習。因此，利用三維軟件進行造型輔助教學應(yīng)該適可而止，僅僅用于入門和建立空間思維能力的初始階段，更多的是要引導(dǎo)學生自主學習和積極思維，建立空間思維能力，培養(yǎng)繪圖識圖能力。其次，機械制圖課程應(yīng)該向著課程項目化改造的方向發(fā)展，將學生感興趣的三維軟件課程與機械制圖課程整合，在學習機械制圖課程的同時學習三維軟件課程，從而提高學生學習機械制圖課程的興趣和教學效果。

5　結(jié)束語

機械制圖是機電類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課。在三維軟件技術(shù)普及應(yīng)用的今天，教師能通過合理的方式將手工繪圖與計算機繪圖，將看圖、畫圖和三維造型的理論與實踐相結(jié)合進行一體化教學，使學生在學習二維制圖與三維造型的時候能融會貫通，相輔相成，相互促進，通過制圖與識圖，通過三維軟件將空間思維與實物模型無縫對接，靈活切換，突破了教學的難點，大大節(jié)約學生學習制圖與識圖的時間，同時也節(jié)約學習三維軟件操作的時間。根據(jù)教學內(nèi)容適當利用三維軟件優(yōu)化教學過程，可以大大提高教學效率，起到事半功倍的效果。

參考文獻：

[1]毛炳秋.中文版UG NX8.0基礎(chǔ)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.