三維軟件Inventor 在機械制圖中的應用探究

劉艷紅

在機械類專業(yè)中，機械制圖是職業(yè)院校學生所必須掌握的專業(yè)基礎課，也是實踐性較強的課程。由于學生的基礎知識薄弱，對知識的掌握和理解較慢，在制圖課上應用三維軟件直觀反映物體三視圖的投影，使學生更容易接受。對此，筆者根據(jù)多年的教學經驗總結了一些方法與技藝。

一、三維ACD軟件對制圖教學的影響

在傳統(tǒng)教學中，機械制圖常利用黑板繪畫、掛圖及模型的授課方式，教師邊講解邊畫圖，學生大多模仿教師，教學效果不是特別顯著。三維軟件在機械制圖教學中更加直觀、生動，易于引起學生的求知欲望。用三維軟件配合機械制圖進行講解，更能清晰表達物體的內外部結構，加深學生對知識點的理解，最終達到教學目的。

機械制圖中所適用的制圖軟件很多，最常用的有AutoCAD、CAXA和Inventor等軟件。它們都是機械制圖中常用的二維和三維繪圖軟件，AutoCAD和CAXA軟件操作簡單，容易上手，在二維繪圖中應用比較廣泛，而Inventor在三維設計中的功能更加強大，直觀性較強，能夠迅速生成實體零件，使用投影畫圖更加方便。例如我們在講到點線面投影作圖時，如果只講理論知識，學生難以理解，通過模型觀察時，有些面的投影不易看得清楚，而通過三維軟件展現(xiàn)實體的形狀，能夠一目了然地找到物體位置上的點線面，再由教師引導學生總結其作圖口訣，學生能很快掌握其投影特性。這正好符合由感性認識到理性認識的規(guī)律，再以理論知識運用投影特性和規(guī)律，指導實踐畫圖，提高了學生的逆向思維能力。在教學中利用Inventor的三維造型使學生快速理解三維與平面的轉換，特別是在學習組合體和剖視圖等章節(jié)內容，通過Inventor三維軟件的拉伸和旋轉命令得到物體形狀，然后利用Inventor的工程圖的投影功能快速準確地進行三視圖投影，最后運用三維軟件的裝配和運動仿真使學生進一步了解零部件的裝配關系和運動位置，大大提高了學生的空間想象能力和思維能力。學生通過對三維軟件的操作學習，對機械制圖各章節(jié)的知識點有了更深一步的理解，也符合制圖課對學生的正向及逆向思維的反復鍛煉，為后續(xù)章節(jié)內容的學習打下良好的基礎。

二、用三維軟件繪制組合體視圖

組合體的視圖是機械制圖書本的重點部分。它既是對前面基本體的總結，又為學習零件圖和裝配圖奠定基礎。所以組合體的學習是進一步培養(yǎng)學生空間想象能力和讀圖能力的關鍵。而機械課程的改革勢必要進行“一體化教學”，將學生的動手能力與理論知識相結合。在教學中以模擬生產中常用零件加工、銷售等為一體的各種活動為學生學習的任務，第一步要進行零件的識讀，根據(jù)圖樣提供的信息讀懂零件上的各項數(shù)據(jù)，所以制圖課的學習是生產加工的第一環(huán)節(jié)，根據(jù)圖樣內容需要理論聯(lián)系實際，同時也是職業(yè)院校進行“一體化”教學的需求。由于知識點過多，學生消化需要一定的時間，而課堂時間有限和組合體模型的復雜多樣性，既不能進行“滿堂灌”，又要把重點和難點講清楚，因此僅僅依靠在黑板上用粉筆寫的板書往往只能講一兩個地方的注意事項，不能照顧到全局，依靠傳統(tǒng)的模型和掛圖等教學工具，學生領會不到畫圖的先后順序及關鍵注意點。如果過度依賴PPT課件進行教學，學生會出現(xiàn)視覺疲勞，師生的互動環(huán)節(jié)會有所減少。此時，教師通過PPT課件結合用三維軟件Inventor，先做出組合體實體的三維造型。課堂上采用師生互動，學生提出問題，教師進行解答，由教師引導學生進行思考如何把組合體分解成若干基本體，再投影出各基本體的三視圖。學生通過教師的每一步課堂操作，分析出每一個基本體的畫圖步驟。在畫圖過程中，教師要善于總結規(guī)律，讓學生通過一些簡單易學的口訣得到畫組合體的步驟：“先基準，后輪廓；先外部，后內部；三個視圖一起畫”。師生同步進行，很容易幫助學生找到組合體畫圖的一些“套路”。在利用三維軟件畫圖的過程中，教師引導學生有意識地記圖。例如在畫圖過程中要強調基本體中圓柱體實心和空心的實線及虛線之分，棱柱上切割形狀及圓柱的切肩和開槽圖特征，理解截交線和相貫線的性質等，掌握組合體中每一條線和線框的含義，通過對比模型及三維軟件的實體造型，判斷出哪些線易出錯等，如何做到減少漏線的錯誤。這就要求教師著重強調為什么“三個視圖一起畫”，它的優(yōu)點是為了讓學生掌握這樣的畫圖方式很少會出現(xiàn)漏線和多線。掌握了這一方法后，學生就能認識到，任何復雜的組合體都能化繁為簡。學生畫完每個基本體后，再檢查基本體之間的表面連接及位置關系，遵循這樣的畫圖規(guī)律才不會出現(xiàn)問題，通過加強補視圖和補漏線練習，進一步提高觀察能力和思考能力。

三、用三維軟件表達視圖上的特殊圖線

當學生對三視圖的學習已掌握了一定的方法時，就對物體的外形圖大部分有了進一步的了解，例如對于截交線的畫法，當要用到面形分析法時，要對每個面的投影分析其形狀特征，而運用Inventor軟件的視圖導航功能就可以很方便地觀察到不同視覺的圖形輪廓，從而加深學生的觀察能力。最后，教師進行總結，進一步提高學生的繪圖能力。對于內容形狀比較復雜的零件，要運用剖視圖進行畫圖。由于機械零件內部不易觀察，學生易出現(xiàn)漏線現(xiàn)象。Inventor軟件的演示能夠動態(tài)地剖開物體，讓學生觀察發(fā)現(xiàn)內部形狀和剖切后能看到的部分圖線，通過的 Inventor顏色區(qū)分進行對比，對剖面線的位置用灰色區(qū)域進行展示，使剖面線的位置非常清楚。教師再引導學生，強調剖視圖中的知識點是物體與剖切平面接觸的部分就是剖面線要表示的灰色區(qū)域，由此再引出金屬材料中畫剖面線的規(guī)定，從而讓學生加深了剖切符號的位置及畫法。

對于物體內部中的孔和槽的畫法，學生用單一剖切平面剖開機件得到的圖形還比較容易理解，但對于幾個平行或幾個相交的剖切平面剖切機件的畫圖易出現(xiàn)問題。學生往往不能準確地畫出孔或槽的位置，易出現(xiàn)圖形不完整及孔和槽的相分離狀況。這時通過Inventor軟件的剖切功能就很容易找出圖線位置。對于易出錯的部分，通過三維軟件的觀察及Inventor軟件工程圖的投影功能，引導學生注意剖切位置線和標注的名稱及投影方向的箭頭等問題。同樣，對比斷面圖的理解也可以通過三維軟件清晰地進行比較，使學生理解剖視圖與斷面圖的區(qū)別和標注的不同，加深對剖視圖的理解和畫圖時應注意的問題。

四、運用Inventor畫零件圖和裝配圖

在機械制圖過程中，零件圖作為生產的指令，反映了零件的形狀、尺寸和各種技術要求的信息，稍有差錯都將影響零件質量而產生廢品。由于實物零件的內部過于復雜，學生無法進行觀察對比。通過運用三維軟件的模擬顯示，可節(jié)省大量時間，例如比較零件圖的表達方案，如何通過最少的視圖數(shù)量，清晰地反映物體整體形狀是我們要解決的問題。用Inventor軟件進行選擇投影，對比分析哪種方案更加合理、清晰，更能符合視圖的要求，讓學生提高視圖選擇的能力，使學生對零件表達方案的選擇有更深入的理解和體會。

讀裝配圖要求學生有一定的綜合性、專業(yè)性的檢驗能力。在講到畫裝配圖時，要運用到大量的標準件，利用Inventor的標準件（例如螺栓、螺母等）自動調出功能，能將標準件自動放置在正確的位置，縮短了繪圖時間，提高了制圖效率。這樣一來，學生只需要注意在工程圖的投影中螺紋的規(guī)定畫法、螺紋緊固件的標注及零部件序號標注和尺寸標注。Inventor能夠通過約束關系快速裝配所繪的零部件，并且在裝配環(huán)境下進行運動仿真，使學生能夠通過觀察了解零件的裝配情況，以及零件與零件之間的干涉、碰撞情況，從而對機械產品進行優(yōu)化，提高了課堂教學效率和學生的畫圖和識圖能力。

三維軟件在機械制圖的教學中還有很多優(yōu)勢，例如Inventor對機械制圖上零件圖的尺寸標注非常方便，利用Inventor的工程標注可檢驗零件的合格性。對此，教師一定強調制圖要符合國家標準，做到尺寸標注的準確、清晰、完整和合理，對于未注出的尺寸要進行技術說明等，通過選擇合適的尺寸基準標注尺寸，運用制圖軟件快速標注形位公差和表面粗糙度等要求，完成尺寸標注。Inventor的草圖尺寸驅動功能，可以重新快速更改草圖尺寸而得到新的實體，完成新的實體建模，提高了圖形更改的效率。

為了促進學生學習制圖的興趣，鼓勵學生多參加一些機械設計方面的比賽，經常對學生作品進行展示，評出優(yōu)秀作品，特別是對參加省市級比賽獲獎的學生進行表彰，調動學生學習機械制圖的熱情，通過校內競賽形成良好的學習氛圍，形成以賽促教、以賽促學的風氣。

利用三維軟件Inventor對機械制圖及其他機械課程教學產生的顯著影響，使教師教學更輕松，學生學習興趣明顯提高。通過Inventor的工程圖投影非常便捷。運用它的運動仿真，學生能夠很快找到制圖的合理性，從而產生更大的興趣和學習的欲望。Inventor不僅提高了產品生產效率，又為企業(yè)節(jié)約了開發(fā)成本，提高了設計人員的工作效率。總而言之，Inventor的三維造型新穎靈活，學生上手容易。對于復雜的機械工程圖樣，學生能夠輕松地進行機械制圖，能多個角度形象地展示出其空間結構，直觀性強。該軟件給學生提供了更好的學習環(huán)境，為以后的學習提供了更廣泛的設計空間。

（作者單位：周口市高級技工學校）