基于3D技術(shù)的高職機(jī)械制圖與CAD課程測(cè)繪實(shí)訓(xùn)實(shí)施與研究

趙明俠

摘要：繪制工程圖樣是機(jī)械類(lèi)專業(yè)學(xué)生從事相關(guān)專業(yè)的基本技能，本文分析了高職機(jī)械制圖與CAD課程測(cè)繪實(shí)訓(xùn)所存在的問(wèn)題，從測(cè)繪內(nèi)容、實(shí)施過(guò)程、考核、課外訓(xùn)練等幾個(gè)方面進(jìn)行思考，提出基于3D技術(shù)的切實(shí)可行的實(shí)施方法，以提高測(cè)繪實(shí)訓(xùn)的教學(xué)效果以及學(xué)生的CAD設(shè)計(jì)能力。

關(guān)鍵詞：3D技術(shù);機(jī)械制圖;測(cè)繪;3D打印

0? 引言

《機(jī)械制圖與CAD》是高職機(jī)械、機(jī)電類(lèi)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力及繪制和閱讀工程圖樣的能力。隨著課改的進(jìn)行專業(yè)基礎(chǔ)課的課時(shí)不斷減少，雖然課程的重點(diǎn)內(nèi)容還是“讀圖”和“繪圖”，但是很多同學(xué)在學(xué)完課程后還是看不懂圖紙，面對(duì)復(fù)雜一些的零部件在進(jìn)行測(cè)繪時(shí)不知如何正確選擇視圖表達(dá)方式，實(shí)際應(yīng)用能力較差，而零部件測(cè)繪作為《機(jī)械制圖與CAD》課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，一般以一周或者兩周集中實(shí)訓(xùn)的形式進(jìn)行，它是課程理論與實(shí)際應(yīng)用緊密結(jié)合的訓(xùn)練過(guò)程，于學(xué)生提高讀圖及作圖能力、培養(yǎng)良好工作習(xí)慣有很大的幫助，是提高學(xué)生動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)，也是企業(yè)是推廣先進(jìn)技術(shù)、進(jìn)行設(shè)備改進(jìn)的重要途徑，是工程技術(shù)人員的必備技能之一。

傳統(tǒng)的課程測(cè)繪主要還是沿著本科教學(xué)的模式，只是將測(cè)繪的難度降低了一些，但是高職學(xué)生的學(xué)生自主性較差，在測(cè)繪中往往是一部分學(xué)習(xí)好的學(xué)生先做完其他的學(xué)生的圖紙都是照抄的，實(shí)際達(dá)到的效果并不理想，而且學(xué)生往往認(rèn)為自己只要在測(cè)繪結(jié)束時(shí)按量交上圖紙就能過(guò)關(guān)，忽視測(cè)繪過(guò)程，使得測(cè)繪實(shí)踐周紀(jì)律松散周，課堂管理的難度加大。另外隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，三維CAD繪圖技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，將三維CAD技術(shù)融入機(jī)械制圖教學(xué)，利用三維立體圖和二維平面圖之間的轉(zhuǎn)換，能夠幫助學(xué)生快速、深刻理解立體空間向平面的轉(zhuǎn)化過(guò)程，為傳統(tǒng)的制圖技術(shù)帶來(lái)了新的活力。因此我們?cè)趯?shí)踐教學(xué)過(guò)程中在測(cè)繪的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式以及考核方式上進(jìn)行改革，以保證課程的實(shí)際教學(xué)效果達(dá)到要求。

1? 測(cè)繪教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

目前一般的機(jī)械制圖與CAD測(cè)繪往往在課程結(jié)束后安排一周的集中實(shí)踐時(shí)間，時(shí)間短，內(nèi)容單一，比例不足，學(xué)生在測(cè)繪實(shí)踐過(guò)程中無(wú)法體驗(yàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容與崗位緊密關(guān)聯(lián)，測(cè)繪實(shí)踐達(dá)不到預(yù)期效果。針對(duì)這一問(wèn)題我們要對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，除了一周的集中實(shí)訓(xùn)外要將測(cè)繪技術(shù)貫穿在課程教學(xué)中，對(duì)內(nèi)容重新設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在尺寸標(biāo)注、視圖表達(dá)方式選擇、測(cè)繪工具使用、公差技術(shù)應(yīng)用等難點(diǎn)問(wèn)題上逐一突破，并能綜合應(yīng)用。按照平面圖形-組合體-典型零件-裝配零部件這四塊由簡(jiǎn)到難的模塊，將測(cè)繪實(shí)踐內(nèi)容融入其中。在平面圖形中我們?cè)O(shè)計(jì)的內(nèi)容有：墊片、機(jī)床手柄、鉤頭楔鍵，組合體中有：頂尖、墊塊、閥芯，典型零件中有：傳動(dòng)軸、撥叉、端蓋、閥體，裝配體中有：齒輪油泵、千斤頂。通過(guò)課程教學(xué)中各個(gè)小的項(xiàng)目測(cè)繪讓學(xué)生掌握測(cè)繪的方法和手段，在集中實(shí)訓(xùn)周中利用綜合性較高的項(xiàng)目——減速器的測(cè)繪對(duì)相對(duì)分散的內(nèi)容進(jìn)行加強(qiáng)和系統(tǒng)訓(xùn)練。

2? 測(cè)繪實(shí)施過(guò)程

2.1 強(qiáng)調(diào)零件拆卸和徒手繪制草圖的重要性

在實(shí)施測(cè)繪時(shí)我們需要將學(xué)生分成小組一同完成測(cè)繪任務(wù)。在零部件拆卸前要讓學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)體、學(xué)習(xí)相關(guān)視頻講解，了解其結(jié)構(gòu)、工作原理和性能，在拆卸過(guò)程了解哪些是標(biāo)準(zhǔn)件和常用件、零件之間的連接關(guān)系以及裝配順序等。測(cè)繪時(shí)要讓學(xué)生掌握鋼尺、千分尺、游標(biāo)卡尺、螺距規(guī)、扳手、螺絲刀等測(cè)量工具和拆裝工具的正確使用方法以及明確拆卸的規(guī)范化。測(cè)繪模型拆卸完后，我們按照“先重要后次要”的順序?qū)α慵M(jìn)行尺寸測(cè)量、出草圖。在這個(gè)環(huán)節(jié)中一定要讓學(xué)生徒手繪圖，在制圖課程的教學(xué)過(guò)程中我們往往注重于學(xué)生的尺規(guī)作圖能力，忽視了徒手繪圖的環(huán)節(jié)，因此很多學(xué)生在測(cè)繪時(shí)也習(xí)慣用尺規(guī)來(lái)作圖，但是徒手快速繪制草圖，不僅僅可以提高出圖率，也是制圖的基本功。

2.2 應(yīng)用3D技術(shù)進(jìn)行三維建模及裝配

三維造型設(shè)計(jì)的基本思想是進(jìn)行參數(shù)化以及變量化設(shè)計(jì)。利用參數(shù)化及變量化設(shè)計(jì)使得結(jié)構(gòu)尺寸的可以隨著零件的設(shè)計(jì)而自動(dòng)修改，在裝配設(shè)計(jì)中可以建立裝配體中各個(gè)零部件之間的特征形狀和尺寸之間的關(guān)系，在其中一個(gè)零部件的形狀和尺寸發(fā)生變化時(shí)，與其相關(guān)的零部件的結(jié)構(gòu)與尺寸也隨之改變。這樣在設(shè)計(jì)過(guò)程中就可以減少大量的重復(fù)勞動(dòng)，減輕工作量。完成草圖繪制后，我們可以利用UG、solidworks、中望3D等三維建模軟件進(jìn)行零件建模和裝配。在建模過(guò)程中通過(guò)對(duì)零件的逐步造型設(shè)計(jì)，會(huì)加深學(xué)生對(duì)各種零件類(lèi)型的劃分以及表達(dá)方式的確定，建模過(guò)程也是對(duì)前面零件測(cè)繪結(jié)果檢查過(guò)程，如果在測(cè)繪時(shí)出現(xiàn)漏標(biāo)尺寸以及基準(zhǔn)選擇不合理等問(wèn)題，那么建模的時(shí)候都會(huì)出現(xiàn)困難，這就迫使學(xué)生自覺(jué)去檢查草圖的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)尺寸標(biāo)注等難點(diǎn)問(wèn)題的掌握。在進(jìn)行模型組裝時(shí)，各小組成員要將自己完成的部分進(jìn)行匯總，這時(shí)就會(huì)出現(xiàn)有的配合部分的尺寸由于不同的成員測(cè)量時(shí)尺寸不準(zhǔn)確而無(wú)法裝配的情況，學(xué)生會(huì)對(duì)自己的測(cè)繪結(jié)果進(jìn)行再次檢查，通過(guò)這個(gè)過(guò)程讓學(xué)生明白嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真的工作態(tài)度的重要性。

2.3 利用二維CAD軟件完善工程圖

在三維建模軟件中我們可以根據(jù)不同模型的視圖表達(dá)要求將建立好的零件模型和部件裝配體直接導(dǎo)成工程圖并進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)注，但如果生成相應(yīng)的零件圖與裝配圖比較復(fù)雜，直接導(dǎo)成工程圖后有些細(xì)節(jié)需要重新修改，這時(shí)我們就可以利用AutoCAD等二維繪圖軟件對(duì)圖紙進(jìn)行細(xì)節(jié)修改并完善相應(yīng)的尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求等。使用二維繪圖軟件主要是讓學(xué)生熟練掌握軟件的繪圖方法并強(qiáng)調(diào)繪圖的規(guī)范性和標(biāo)準(zhǔn)性。

2.4 引入3D打印技術(shù)，增強(qiáng)創(chuàng)意性

在測(cè)繪實(shí)訓(xùn)中通過(guò)零部件測(cè)繪、手繪草圖、三維建模等環(huán)節(jié)訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用制圖技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的能力，在此基礎(chǔ)上可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，對(duì)現(xiàn)有的零部件進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并利用3D打印機(jī)將設(shè)計(jì)結(jié)果快速展現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生體會(huì)到設(shè)計(jì)和創(chuàng)造的樂(lè)趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和測(cè)繪實(shí)踐效果。

3? 改革測(cè)繪考核方式

測(cè)繪教學(xué)過(guò)程以學(xué)生為主體，需要學(xué)生自己動(dòng)手完成相應(yīng)的任務(wù)，因此考核要以過(guò)程考核為主，重在考查學(xué)生在完成工作任務(wù)過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的能力。測(cè)繪成績(jī)?cè)谠幸陨辖粓D紙的數(shù)量及質(zhì)量為主要依據(jù)的基礎(chǔ)上，增大學(xué)生完成項(xiàng)目的過(guò)程和結(jié)果的評(píng)價(jià)。教學(xué)評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容和權(quán)重如表1。

4? 以技能競(jìng)賽為載體，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

三維建模和CAD設(shè)計(jì)技能的提高的需要大量的訓(xùn)練，把測(cè)繪課、課外實(shí)踐相結(jié)合，為學(xué)生提供訓(xùn)練場(chǎng)地讓其自主安排時(shí)間完成一定量的訓(xùn)練，不僅可以提高學(xué)習(xí)效果，還可以豐富學(xué)生的課余生活。另外為促進(jìn)全國(guó)中高職院校教育教學(xué)改革創(chuàng)新，搭建一個(gè)集比賽、培訓(xùn)、認(rèn)證、教研于一體的競(jìng)技與交流平臺(tái)，全國(guó)職業(yè)院校的技能大賽進(jìn)行的如火如荼，而機(jī)械制造類(lèi)的技能競(jìng)賽有“工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)與快速成型”、“三維數(shù)字化建模與加工”、“大學(xué)生機(jī)械制圖與3D建模技術(shù)”、“機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽”等項(xiàng)目，從這些技能競(jìng)賽的內(nèi)容來(lái)看，主要考察學(xué)生的三維CAD技術(shù)和創(chuàng)新能力，而高職機(jī)械專業(yè)的課程設(shè)置一般是將CAD/CAM課程單獨(dú)設(shè)置且安排靠后，等學(xué)生學(xué)了這門(mén)課程后也該定崗實(shí)習(xí)了，學(xué)生技能的掌握和大賽脫節(jié)，因此將機(jī)械制圖課程與三維CAD技術(shù)結(jié)合不但能提高課程的學(xué)習(xí)效果，也能使學(xué)生有更多的參加各種比賽的機(jī)會(huì)和能力。我們?cè)谡n外成立“三維數(shù)字化產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)”特訓(xùn)隊(duì)，利用課余時(shí)間對(duì)學(xué)生進(jìn)行技能訓(xùn)練，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與“3D打印創(chuàng)意大賽”、“大學(xué)生工程制圖及3D建模”等各類(lèi)比賽以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和應(yīng)用知識(shí)的能力，將技能競(jìng)賽融入理論和實(shí)踐教學(xué)中，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)選拔部分學(xué)生參與教師的課題研究及產(chǎn)品設(shè)計(jì)加工等社會(huì)服務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性的思維，增加學(xué)生就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)核心能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]張憶雯.“機(jī)械制圖”課程項(xiàng)目化教學(xué)中學(xué)生測(cè)繪技能的培養(yǎng)探析[J].職教通訊，2015（36）：48.

[2]蘇金英，高小慶.機(jī)械制圖測(cè)繪課程“四位一體”的教學(xué)改革研究[J].裝備制造技術(shù)，2018（11）：234-237.

[3]趙軍，商躍進(jìn)，張慧.機(jī)械制圖測(cè)繪課程教學(xué)改革與卓越工程師能力培養(yǎng)[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào)，2016，39（1）：277-280.

[4]許萍.對(duì)機(jī)械制圖與CAD和測(cè)繪課程整合教學(xué)的思考[J].無(wú)錫職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，11（4）：40-42.