基于機械制圖的計算機繪圖課程的改革

高征兵

（揚州大學 機械工程學院，江蘇 揚州225009）

機械制圖是工科類專業(yè)“卓越工程師教育培養(yǎng)計劃”（簡稱“卓越計劃”）中重要的技術基礎課。工程圖樣是工程信息的載體，是機器設計制造、電子線路連接、建筑施工等的主要依據。工程圖樣被稱為“工程界的語言”，是科技人員進行技術交流的工具。隨著計算機圖形學和計算機輔助設計技術的發(fā)展，計算機圖樣已成為當今社會最為重要的工程圖樣。因此，計算機繪圖課程的核心任務應該是在讀懂機械圖樣的基礎上提高應用計算機繪制機械圖樣的能力。

1 計算機繪圖課程在機械類專業(yè)中的地位和現狀

機械類專業(yè)中計算機繪圖課程在機械制圖、機械CAD/CAM等系列課程中起著承上啟下的作用。機械制圖中的投影理論及有關的制圖標準是計算機繪圖的依據，而計算機繪圖課程既是對機械制圖課程內容的反饋與提高，又是后續(xù)課程機械CAD/CAM等課程的基礎，同時也是機械設計、機械制造裝備設計等課程的課程設計及畢業(yè)設計中圖樣輸出的重要手段。因此，開好計算機繪圖課程，對機械類專業(yè)的學生意義十分重大。

但由于學生的層次、教學的側重點以及教學指導思想的不同，各個學校所開設的計算機繪圖課程的教學方法、教學要求和教學內容也不盡相同。如部分高校以講解計算機圖形學的理論為主，使用程序設計語言進行編程，重點放在圖形基礎、圖形處理以及二次開發(fā)上；大部分高校則偏向于介紹計算機繪圖軟件，將重點放在軟件的使用上。筆者所在高校在開設本課程初期授課內容是以介紹圖形學理論為主、AutoCAD為輔；現在該課程內容則以軟件Auto－CAD和SolidWorks的使用為重點。目前大多數教材以軟件體系的模式基于多種專業(yè)的適用性而編寫，這種教材大都是軟件“幫助”的翻版，面面俱到，平鋪直敘，與機械制圖課程的聯(lián)系不夠緊密，與機械制圖課程的相關載體結合不多，因此，對機械制圖課程起不到鞏固和提高的作用，使用計算機也無法繪制出讀不懂的機械圖樣。

2 教學改革

針對以上現狀，提高計算機繪圖課程的教學效果是當務之急。近年來，通過“基于機械制圖的計算機繪圖課程的改革”的課題研究以用創(chuàng)新教學，即以機械制圖課程教學內容為主線，將AutoCAD、Solid－Works緊緊圍繞機械制圖課程內容，結合案例由淺入深、各操作命令合理穿插的方式作為授課方法，以培養(yǎng)學生機械制圖的空間想像能力、空間思維能力以及知識綜合運用能力的這一出發(fā)點作為計算機繪圖課程的教學模式，在計算機繪圖課程的內容、體系以及授課順序上進行教學改革和創(chuàng)新。經近幾年的教學實踐已獲得初步教學效果。具體做法：

2.1 AutoCAD繪圖基礎介紹

AutoCAD是美國Autodesk公司開發(fā)的通用計算機輔助繪圖軟件，可以用來創(chuàng)建、瀏覽、管理和輸出2D或3D設計圖形。AutoCAD在機械、汽車、造船、測繪、電子、建筑和服裝等行業(yè)的二維制圖中得到了廣泛的應用[1]，因此該軟件只介紹其二維應用。

（1）基本知識、操作簡介：介紹AutoCAD軟件的基本功能、運行環(huán)境、操作界面、文件操作等基本知識。以畫直線命令為例，說明在AutoCAD中命令的操作方法、點坐標的各種輸入方法以及圖限、圖層管理等輔助功能。

（2）平面圖形的繪制：平面圖形的繪制是Auto－CAD的重點內容，平面圖形是各種視圖的組成。本節(jié)所介紹的內容如下：舉例說明如何綜合使用常用的繪圖及編輯命令，迅速繪制、編輯、查看各種平面圖的圖形部分；以機械圖中的技術要求及標題欄的填寫為例，說明如何新建不同的文字樣式及如何使用單行文字和多行文字；以平面圖形中的尺寸為例介紹各種尺寸的標注及設置；以圖紙為例介紹圖樣輸出及樣板圖的建立。有了這些內容就可以奠定繪制機械圖樣的基礎

（3）機件的表示法：在掌握了平面圖形的繪制內容后，本節(jié)介紹視圖、剖視圖、斷面圖、局部放大圖和簡化畫法等機件圖樣的畫法，重點講授應用輔助、編輯等命令如何快速保證視圖之間的對應關系、視圖的配置及標注等內容。掌握了機件圖樣的畫法就掌握了零件工程圖圖形的繪制方法。

（4）零件工程圖和裝配圖：工程圖是表達設計者思想以及加工、制造、裝配零部件的依據。一張完整的零件工程圖包括一組圖形、尺寸、技術要求及標題欄，其中圖形繪制、尺寸標注、標題欄的填寫均已作了介紹，所以講授零件工程圖的重點是應用塊命令、尺寸標注中的相關選項對表面結構、尺寸公差、幾何公差等技術要求進行標注。在上述內容的基礎上用繪圖、編輯等命令增加其它零件、添加零件序號、明細欄等內容就構成了一張完整的裝配圖，這就是裝配圖的直接繪制法，另外還可通過塊插入法繪制裝配圖。

2.2 Solidworks內容介紹

SolidWorks是美國SolidWorks公司在UGS公司Parasolid內核的基礎上開發(fā)的一個軟件，現在Soid－Works公司已被法國達索公司收購，成為達索公司的一個全資子公司。它是當今最為流行的三維機械CAD之一，具有基于特征、參數化、實體造型、功能強大等特點，使得SolidWorks成為領先的、主流的三維CAD.它不僅能夠提供不同的設計方案，減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用[2]。現已成為眾多高校作為計算機繪圖首選的三維軟件之一。

（1）參數化草圖繪制：SolidWorks將用于產生三維特征的二維輪廓線稱為草圖，參數化草圖繪制是創(chuàng)建各種零件特征的基礎。零件建模是草圖的立體化，可以說掌握了草圖的繪制便掌握了零件的建模。本節(jié)主要介紹各種草圖繪制實體命令、草圖繪制工具命令、尺寸的標注和修改以及幾何關系的添加、刪除等操作，從而繪制出符合設計要求的圖形。有了AutoCAD基礎，學生可較快地掌握這部分內容。

（2）零件建模：SolidWorks的核心功能是零件的三維建模，零件模型是由各特征來生成的，零件的設計過程就是特征累積過程。所謂特征是指在Solid－Works中可以用參數驅動的實體模型，它是建模的最小單元。本節(jié)主要介紹為實體造型提供參考、繪制草圖參考面的基準特征；介紹拉伸、旋轉、掃描和放樣等基礎建模特征；介紹圓角、倒角、筋、抽殼、孔、異形孔等附加特征以及線性陣列、圓周陣列、鏡像、表格驅動的陣列、草圖驅動的陣列、曲線驅動的陣列等特征操作方法。掌握了這些特征操作后再對零件進行形體分析、結構分析和工藝分析，那么零件的建模就水到渠成了。

（3）裝配體建模：SolidWorks中裝配體設計有兩種方式，一種是把設計好的零件一個一個地進行裝配，稱為自下而上設計；另一種是在裝配的環(huán)境中完成零件設計，這種設計方式被稱為自上而下的設計。本節(jié)結合后一種方式以介紹前一種方式為主，要求學生掌握裝配零件之間的配合關系；通過裝配體已有零件，利用復制、鏡向、陣列等方法生成重復零件；修改裝配體中已有的零部件；通過隱藏/顯示零部件、壓縮零部件的功能簡化復雜裝配；零部件間的干涉檢查；爆炸圖的生成等內容。

（4）工程圖設計：在SolidWorks中可以由三維模型直接生成相應的工程圖。本節(jié)主要介紹在Solid－Works中如何生成標準視圖、派生視圖、剖面視圖等各種工程圖；工程圖中各種尺寸、技術要求的標注以及標題欄、明細欄填寫等內容。實踐證明，只有圍繞機械制圖課程中零件圖和裝配圖的相關內容講授這部分內容，才能繪制出與國標相符的二維工程圖。本節(jié)也簡要介紹將SolidWorks中的工程圖文件.sldrw轉換成AutoCAD中的.dwg文件，以便于直接在AutoCAD中編輯工程圖文件。圖1是在SolidWorks中直接生成的千斤頂裝配體工程圖文件[3]。

圖1 千斤頂裝配圖

（5）其他內容：大綱以外的其他一些內容，如系列化零件設計、鈑金設計、曲線和曲面設計等內容可以選講或課堂演示，供有余力的同學課后學習。這些是機械制圖課程教學涉及不多的內容，通過學習增加了學生對機械專業(yè)的再認識。

3 結束語

通過以上教學模式取得了一些成績，主要體現在這樣幾方面：最直接的是本課程的通過率提高了，后續(xù)課程老師反映學生的圖紙質量比以往有所提高；報名參加全國應用工程師、計算機繪圖師的同學增加了，部分同學憑這些證書找到了心儀的工作單位；參加最近幾屆“高教杯”全國大學生先進成圖技術與產品信息建模創(chuàng)新大賽所取得的成績比以往更加理想等等。

這種基于機械制圖課程內容講授計算機繪圖課程的授課方法不僅改善了教學效果，激發(fā)了學生對計算機繪圖的學習興趣，提高了學習效率，同時也鞏固及提高了機械制圖課程的內容，起到了事半功倍的效果，也為后續(xù)課程的學習及今后的工作打下了堅實的基礎。