UG建模技術(shù)在《機(jī)械制圖》中的應(yīng)用

摘要：在《機(jī)械制圖》教學(xué)中引入U(xiǎn)G三維建模技術(shù)，運(yùn)用UG軟件的特征建模、特征關(guān)聯(lián)等技術(shù)來(lái)講解《機(jī)械制圖》的組合體、尺寸標(biāo)注等相關(guān)知識(shí)，教學(xué)過(guò)程更加形象、直觀，降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。通過(guò)UG建模模塊與制圖模塊的轉(zhuǎn)換，引導(dǎo)學(xué)生分析幾何特征的三視圖，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。

Abstract： UG 3d modeling technology is introduced in the teaching of mechanical drawing. The feature modeling and feature association of UG software are used to explain the knowledge about the combination and dimension of mechanical drawing. The teaching process is more visual and intuitive， which reduces the students' learning difficulty. Through the transformation of UG modeling module and drawing module， the students are guided to analyze the three views of geometrical features and cultivate students' spatial imagination ability.

關(guān)鍵詞：UG；三維建模；機(jī)械制圖；三視圖

Key words： UG；3d modeling；mechanical drawing；three view drawing

中圖分類號(hào)：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2018）17-0287-02

0 引言

《機(jī)械制圖》旨在培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，讓學(xué)生能夠正確識(shí)讀零件的三視圖并具備一定的繪圖能力，工程圖是工程領(lǐng)域科技工作人員表達(dá)和交流設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)過(guò)程和設(shè)計(jì)結(jié)果的重要工具，因此，工程圖被譽(yù)為工程領(lǐng)域的“技術(shù)語(yǔ)言”。傳統(tǒng)《機(jī)械制圖》的教學(xué)過(guò)程是從抽象到具體，首先介紹正投影法的基本理論，然后介紹點(diǎn)、線、面的投影，最后再講解基本體與組合體的投影。傳統(tǒng)教學(xué)往往側(cè)重于知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)知識(shí)體系的系統(tǒng)性，忽視了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，由于職業(yè)院校的學(xué)生空間想象能力較差，學(xué)生剛接觸該課程就覺(jué)得學(xué)習(xí)難度大，從而產(chǎn)生畏難情緒，以至于喪失學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)的教學(xué)方式通常是采用一邊講解一邊繪圖練習(xí)，運(yùn)用教學(xué)模型、教學(xué)掛圖等教具，通過(guò)繪制三維圖形等方式來(lái)幫助學(xué)生理解機(jī)件的形狀與結(jié)構(gòu)，這種教學(xué)方法效率低，課堂信息量少，這一教學(xué)模式不適應(yīng)現(xiàn)代職業(yè)教育發(fā)展的需要。同時(shí)，數(shù)字化制造與信息技術(shù)的快速發(fā)展也為《機(jī)械制圖》的教學(xué)提出了更高的要求。UG等三維CAD技術(shù)給傳統(tǒng)的《機(jī)械制圖》教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn)，同時(shí)，也為《機(jī)械制圖》教學(xué)提供了新的方法與手段。

1 UG建模及特征分析

運(yùn)用UG軟件通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)等命令，建立三維模型，幫助學(xué)生建立空間“體”的概念。在UG建模過(guò)程中可以結(jié)合《機(jī)械制圖》的基本體與組合體教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行講解。在UG建模之前采用形體分析法引導(dǎo)學(xué)生對(duì)三維模型進(jìn)行分析，將組合體分解成若干個(gè)基本體，并分析各個(gè)基本體之間的位置關(guān)系和組合形式。根據(jù)對(duì)三維模型的分析結(jié)果確定采用疊加法還是采用切割法，或者綜合采用疊加法與切割法來(lái)建模；接下來(lái)，對(duì)每個(gè)基本體進(jìn)行特征建模，分析每個(gè)基本體的外形尺寸，建模時(shí)可以通過(guò)修改外形尺寸，來(lái)觀察基本體大小的變化，從而引導(dǎo)學(xué)生分析定形尺寸對(duì)物體大小的影響。在后續(xù)基本體的繪制過(guò)程中，不但要確定基本體的外形尺寸（定形尺寸），還要確定基本體的位置尺寸（定位尺寸），同樣可以通過(guò)改變位置尺寸的大小，來(lái)觀察位置尺寸的變化對(duì)物體結(jié)構(gòu)的影響，加深學(xué)生對(duì)定位尺寸的理解（如圖1所示）。同時(shí)UG軟件的三維模型和投影視圖之間的尺寸是相互關(guān)聯(lián)的，這樣便于對(duì)幾何模型進(jìn)行修改，在修改設(shè)計(jì)方案的時(shí)候，對(duì)三維模型的任何一個(gè)尺寸進(jìn)行更改，二維視圖都會(huì)自動(dòng)進(jìn)行更新，這樣可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。

在基本體建模完成以后，通過(guò)對(duì)基本體進(jìn)行并集或差集形成組合體，在并集或差集過(guò)程中，組合體會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生相貫線及截交線，由此可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相貫線、截交線的形成過(guò)程及相貫線、截交線的特性。最后對(duì)三維模型進(jìn)行檢查，運(yùn)用縮放功能來(lái)觀察模型局部細(xì)小結(jié)構(gòu)，運(yùn)用動(dòng)態(tài)觀察功能全方位觀看模型的立體結(jié)構(gòu)。

2 組合體的三視圖

UG軟件可以在建模模塊與制圖模塊之間快速切換，可以實(shí)現(xiàn)三維圖與二維圖之間的快速轉(zhuǎn)換，運(yùn)用這一特性引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)三維實(shí)體與三視圖之間的投影關(guān)系，有助于培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力與三視圖的識(shí)讀能力。例如，在組合體建模完成之后，可以進(jìn)入制圖模塊，生成組合體的三視圖與軸測(cè)圖，在三視圖的布局過(guò)程中講解三視圖的投影規(guī)律，保證“長(zhǎng)對(duì)正、高平齊、寬相等”。接下來(lái)再進(jìn)入U(xiǎn)G建模模塊，選擇組合體中的一個(gè)基本特征，然后再進(jìn)入制圖模塊分析該基本特征的三視圖，選擇部分的三視圖顯示為橙色，引導(dǎo)學(xué)生分析局部特征的三視圖。可以引導(dǎo)學(xué)生觀察立體的某一個(gè)表面，分析該平面的位置特征，然后在三視圖中找到該平面對(duì)應(yīng)的投影，由學(xué)生總結(jié)出這種位置平面的投影特性（如圖2所示），最后提煉出正平面、側(cè)平面、鉛垂面等各種位置平面的投影特性。通過(guò)對(duì)每一個(gè)局部特征進(jìn)行三視圖分析，可以一步步演示組合體三視圖的繪制過(guò)程，這樣將復(fù)雜的組合體進(jìn)行分解、簡(jiǎn)化，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。點(diǎn)、線、面的投影是教學(xué)中的難點(diǎn)，要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間想象能力，可以對(duì)三維模型的的點(diǎn)、線、面進(jìn)行分析，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)點(diǎn)、線、面的投影特性。幫助學(xué)生將立體表面上的點(diǎn)、線、面的空間位置與三視圖中點(diǎn)、線、面的投影對(duì)應(yīng)起來(lái)。也可以利用UG軟件提供的top、front和left視圖方向來(lái)進(jìn)行觀察，通過(guò)選擇不同的投影視圖引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察，這樣可以幫助學(xué)生更好的掌握點(diǎn)、線、面的投影關(guān)系。利用UG三維實(shí)體建模與工程制圖轉(zhuǎn)換的形式進(jìn)行教學(xué)，可以讓學(xué)生掌握三維實(shí)體與視圖之間的轉(zhuǎn)換方法，培養(yǎng)學(xué)生CAD繪圖基本技能。將抽象的投影關(guān)系形象化、可視化，這樣不僅降低了學(xué)習(xí)難度，同時(shí)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)對(duì)大量的實(shí)體模型進(jìn)行講解、訓(xùn)練，強(qiáng)化學(xué)生“三維一二維一三維”的思維轉(zhuǎn)換能力，可以培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，提高學(xué)生的做圖速度和識(shí)圖能力。

3 結(jié)束語(yǔ)

將UG特征建模技術(shù)引入《機(jī)械制圖》課程教學(xué)當(dāng)中，學(xué)生可以身臨其境地感受零件的建模過(guò)程，讓教學(xué)過(guò)程更加形象、直觀，學(xué)生更容易接納，能夠更好的培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)對(duì)三維模型幾何特征的分析，將復(fù)雜的組合體進(jìn)行分解、簡(jiǎn)化，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度?？梢愿鶕?jù)教學(xué)的需要利用UG軟件建立零部件模型庫(kù)，可以方便學(xué)生自主學(xué)習(xí)，開(kāi)拓學(xué)生的視野。同時(shí)，可以節(jié)省教學(xué)模型的購(gòu)買，減少教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入。

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