UG三維軟件在“機(jī)械制圖”教學(xué)中的應(yīng)用與探討

白諭幸

摘 要：文章通過(guò)介紹UG_維建模軟件的三維造型功能實(shí)現(xiàn)“機(jī)械制圖”教學(xué)中零件的實(shí)體建模、創(chuàng)建模型零件庫(kù)和出工程圖的實(shí)際運(yùn)用，在降低教學(xué)難度、提高學(xué)習(xí)興趣和積極性、豐富課堂內(nèi)容等方面起到明顯促進(jìn)作用。實(shí)踐證明，運(yùn)用UG_維軟件在“機(jī)械制圖”教學(xué)改革中具備可行性。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖；教學(xué)改革；UG_維軟件

機(jī)械制圖是一種用于表達(dá)設(shè)計(jì)意圖和制造要求以及交流經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)文件，常被稱(chēng)為工程界的語(yǔ)言。作為一名工程技術(shù)人員，必須掌握這種基本的技術(shù)語(yǔ)言，需要具備畫(huà)圖和看圖的能力。因此，培養(yǎng)高級(jí)工程科學(xué)技術(shù)人員的高等工科院校，在教學(xué)中把“機(jī)械制圖”作為一門(mén)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課‘1]。

“機(jī)械制圖”課程學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者具備一定的空間想象力和三維思維能力，對(duì)學(xué)生的空間想象能力要求較高。在傳統(tǒng)的教學(xué)中，教師使用圓規(guī)和三角板在黑板上繪圖、CAI課件零件實(shí)物圖片展示、實(shí)體模型、多媒體動(dòng)畫(huà)等方式來(lái)幫助學(xué)生建立三維空間能力。因?yàn)榻虒W(xué)資源有限、顯現(xiàn)的方式固定和無(wú)法根據(jù)教學(xué)需要隨意改變，導(dǎo)致教學(xué)過(guò)程缺乏互動(dòng)，教學(xué)效果不理想‘2]。因此，對(duì)目前的教學(xué)形式進(jìn)行重組、優(yōu)化和改革十分必要。新的教學(xué)方式通過(guò)利用UG_維建模軟件建立零件的三維實(shí)體，將書(shū)本上的內(nèi)容以立體、有色的生動(dòng)畫(huà)面展現(xiàn)立體模型和零部件。對(duì)于復(fù)雜的型腔零件的內(nèi)部構(gòu)造，通過(guò)實(shí)體剖切和改變其透明度的方法讓學(xué)生進(jìn)行觀察，并且根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行不斷修改和實(shí)時(shí)更新現(xiàn)有的教學(xué)模型。將課堂上抽象的內(nèi)容采用最直觀的方式展示給學(xué)生，讓學(xué)生的平面思維轉(zhuǎn)換到立體空間的空間思維，利用物體的平面圖形的投影與實(shí)際零件實(shí)體緊密聯(lián)系起來(lái)的教學(xué)方法來(lái)降低教學(xué)難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新思維對(duì)同時(shí)對(duì)“機(jī)械制圖”課程的教學(xué)改革具有重要意義。

1 UG三維設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用于“機(jī)械制圖”教學(xué)中的優(yōu)點(diǎn)

UG是Siemens PLM Software公司開(kāi)發(fā)的一款集CAD/CAM/CAE-體操作軟件。其軟件功能強(qiáng)大，能實(shí)現(xiàn)實(shí)體建模、生成曲面、虛擬裝配和出工程圖等設(shè)計(jì)功能[3]。同時(shí)操作方便而簡(jiǎn)單，零件參數(shù)修改應(yīng)用于“機(jī)械制圖”教學(xué)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

（1）UG三維軟件具備良好的用戶界面，絕大多數(shù)操作都可通過(guò)圖標(biāo)建模，使用對(duì)象操作時(shí)，具有自動(dòng)推理功能。同時(shí)在操作過(guò)程中都有相應(yīng)的提示信息，方便用戶做出正確的選擇。對(duì)零件透明度調(diào)節(jié)、實(shí)體剖切、縮放以及旋轉(zhuǎn)都有指定的圖標(biāo)，操作簡(jiǎn)單方便。

（2）UG具備特征建模功能，如孑L、凸臺(tái)、型膠、槽溝、倒角等可直接作為實(shí)體造型基礎(chǔ)，其圖標(biāo)形象直觀，在建模過(guò)程中能采用參數(shù)驅(qū)動(dòng)。

（3） UG還具備出工程圖功能，可直接從三維實(shí)體模型直接生成二維工程圖。并且能對(duì)實(shí)體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)剖、階梯剖和軸測(cè)圖剖切后直接生成相應(yīng)剖視圖，同時(shí)可以根據(jù)教學(xué)需要，隨時(shí)在三維模型和二維視圖之間進(jìn)行切換。能實(shí)現(xiàn)形象化的讀圖過(guò)程，減輕了學(xué)生空間思維負(fù)擔(dān)，明顯提升教學(xué)效果。

2 UG在“機(jī)械制圖”教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

“機(jī)械制圖”在教學(xué)的過(guò)程中通過(guò)UG_維軟件對(duì)零件建模、剖切、視圖轉(zhuǎn)換和制作分解動(dòng)畫(huà)等輔助教學(xué)。

2.1建立基本體教學(xué)模型的應(yīng)用

平面投影是“機(jī)械制圖”最基本的內(nèi)容，投影作圖主要是通過(guò)圓柱、圓錐、棱臺(tái)等基本體進(jìn)行學(xué)習(xí)。在教學(xué)中使用UG_維軟件對(duì)基本體零件進(jìn)行實(shí)體建模，利用旋轉(zhuǎn)、只顯示線框等方式讓學(xué)生能快速建立基本體的三維空間的思維能力和了解投影作用的基本原理。同時(shí)UG零件庫(kù)的功能建立大量實(shí)體在教學(xué)的過(guò)程中能快速、方便調(diào)用，常用基本體的教學(xué)模型如圖1所示。

2.2在截交線中的應(yīng)用

截交線和相貫線是教學(xué)中的難點(diǎn)內(nèi)容，要求學(xué)習(xí)者具有很高的空間想象能力，教學(xué)過(guò)程中往往學(xué)生對(duì)其內(nèi)容很難掌握。為了讓學(xué)生對(duì)其內(nèi)容更好地掌握，利用UG_維軟件進(jìn)行實(shí)體建模創(chuàng)建不同的截平面來(lái)得到相應(yīng)的截交線。通過(guò)將三維零件轉(zhuǎn)為工程圖進(jìn)行驗(yàn)證，這種直觀的方法讓學(xué)生快速掌握截平面和截交線相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)。不截平面與圓錐相切實(shí)體時(shí)產(chǎn)生不同的截交線（見(jiàn)圖2）。

2.3在組合體中的應(yīng)用

組合體主要通過(guò)基本體經(jīng)過(guò)疊加、切割或打孔等方式組合而成。組合體畫(huà)三視圖時(shí)要求學(xué)生通過(guò)分析其組合形式和相對(duì)位置，判斷形體相鄰表面是否存在共面、相切或相關(guān)的關(guān)系，然后逐個(gè)畫(huà)出各基本形體的三視圖。舊的教學(xué)方式講授時(shí)需要采用大量時(shí)間來(lái)講解各組合體的連接以及其投影關(guān)系，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果不好。

在教學(xué)過(guò)程中如果采用UG_維軟件實(shí)體建模方法進(jìn)行講解，不僅能讓學(xué)習(xí)者直觀理解組合體的建模過(guò)程，而且將基本體之間的組合形式和連接方法得到充分體現(xiàn)。教師在講解的過(guò)程中也可以通過(guò)不同的視角、旋轉(zhuǎn)等方法讓學(xué)生對(duì)其深 入了解。通過(guò)將零件轉(zhuǎn)變?nèi)S視圖的方法，讓學(xué)生快速掌握其 投影關(guān)系，提高教學(xué)效率。如圖3所示，通過(guò)疊加、切割方法做 出的組合體，并且通過(guò)三維轉(zhuǎn)二維視圖的方法導(dǎo)出工程圖。

2.4在剖視圖中的應(yīng)用

剖視圖就是用假設(shè)的剖切面，在合適的位置剖開(kāi)機(jī)件，將處在觀察者與剖切面之間的實(shí)體移去，其余實(shí)體向投影面投射所得的圖樣（見(jiàn)圖4）。剖視圖的傳統(tǒng)教學(xué)方法主要通過(guò)引入“假想剖切面”的概念，借助一些實(shí)體模型、課本上的零件剖切圖等方法進(jìn)行教學(xué)。因此，在剖視圖的學(xué)習(xí)過(guò)程中，要求學(xué)生采用邏輯思維想象出剖開(kāi)后物體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行畫(huà)圖，對(duì)學(xué)生的空間思維能力具有較高要求，學(xué)習(xí)的過(guò)程中存在較高的難度。為了降低教學(xué)難度，使得剖視圖知識(shí)更為直觀、形象化的方法在課堂上講授。在教學(xué)的過(guò)程中采用UG_維軟件，使用建立實(shí)體模型方法，構(gòu)建剖切平面和實(shí)體切割等方面進(jìn)行演示，讓學(xué)生深入了解剖視圖中的“假想剖切面”、移去的實(shí)體以及其余部分形體向投影面產(chǎn)生的投射剖面區(qū)域。使原本抽象的邏輯思維轉(zhuǎn)變?yōu)榫唧w的形象思維，將抽象、生疏的剖視圖知識(shí)直觀化、形象化，達(dá)到簡(jiǎn)單直觀、易學(xué)易通的教學(xué)效果。

2.5在裝配圖中的應(yīng)用

裝配圖主要用來(lái)表達(dá)機(jī)械或部件的工作原理、零件間的裝配關(guān)系、零件主要結(jié)構(gòu)形狀以及裝配、檢驗(yàn)、安裝時(shí)所需尺寸數(shù)據(jù)、技術(shù)要求。在教學(xué)過(guò)中重點(diǎn)要求學(xué)生掌握裝配圖中視圖常用的表達(dá)方式、讀懂裝配圖和正確拆畫(huà)裝配圖中的零件圖。往往一張裝配圖上零件數(shù)量較多，零件間的裝配關(guān)系復(fù)雜。教師在講授的過(guò)程很難完全將知識(shí)點(diǎn)講透徹，學(xué)生存在聽(tīng)不懂、難理解的現(xiàn)象。采用UG_維建模與裝配圖相結(jié)合的教學(xué)方法很好地解決了裝配圖教學(xué)難題。

在裝配圖的教學(xué)中通過(guò)利用UG零件裝配功能，將裝配圖中的零件進(jìn)行實(shí)體建模，然后對(duì)其進(jìn)行零件裝配。在講授時(shí)可以對(duì)零件進(jìn)行實(shí)時(shí)裝配過(guò)程讓學(xué)生直觀了解零件間的裝配關(guān)系，同時(shí)也可以做零件拆卸、剖切、隱藏和爆炸圖等方式進(jìn)行講解。讓學(xué)習(xí)者深刻理解裝配體的工作原理、各零件間的裝配關(guān)系，充分提高教學(xué)質(zhì)量和效果，提高學(xué)生的學(xué)生興趣和積極性。

3結(jié)語(yǔ)

“機(jī)械制圖”的教學(xué)過(guò)程中，使作用CAD/CAM三維軟仵進(jìn)行實(shí)體建模和靈活運(yùn)用視圖間的轉(zhuǎn)換教學(xué)方法，不單能降低教師的教學(xué)難度，同時(shí)對(duì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和積極性具備良好效果。并且能讓學(xué)生在工程設(shè)計(jì)意識(shí)和創(chuàng)新思維方面得到明顯的提高，為今后的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。教學(xué)結(jié)果證明，結(jié)合CAD/CAM_維軟件進(jìn)行“機(jī)械制圖”課程的教學(xué)思路正確，廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)生在新的教學(xué)方式中學(xué)習(xí)對(duì)零件的建模和畫(huà)圖能力得到大幅度提高。近幾年，該校學(xué)生在制圖大賽中獲得優(yōu)異成績(jī)，充分說(shuō)明了將CAD/CAM三維軟件引入“機(jī)械制圖”課程中，對(duì)教學(xué)具有良好促進(jìn)作用。

[參考文獻(xiàn)]

[1]李曙生，金家楣.三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)在機(jī)械類(lèi)課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003 （2）：41-43

[2]王大紅，陳勇棠.基于UG技術(shù)的《機(jī)械制圖》課程改革[J]裝備制造技術(shù)，2007 （6）：153-155

[3]李銳，汪小芳.基于UG軟件的機(jī)械制圖教學(xué)改革[J].湖南農(nóng)機(jī)，2008 （3）：26-27