在機械制圖教學(xué)中引入三維建模應(yīng)用的探索

王修業(yè) 李定哲

摘? 要：本文介紹機械制圖課程所涉及的知識，分析了三維建模的基本步驟，并分析了在每一步三維建模的步驟中使用了哪些在機械制圖課程中所學(xué)的知識。簡略的分析了及時運用機械制圖課程中所學(xué)知識在三維建模中應(yīng)用的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：機械制圖;三維建模;應(yīng)用;教學(xué)

機械制圖是工科類學(xué)生普遍需要學(xué)習(xí)的一門基礎(chǔ)課程，是工科類學(xué)生后續(xù)專業(yè)學(xué)習(xí)中的重要基礎(chǔ)?，F(xiàn)如今，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，三維建模技術(shù)愈發(fā)成熟，開始占據(jù)工程制造中的主導(dǎo)地位，三維設(shè)計、三維建模已成為現(xiàn)代設(shè)計流程的重要組成部分。現(xiàn)階段已經(jīng)出現(xiàn)了將三維建模融入機械制圖的課程教學(xué)中，并且已經(jīng)取得了不俗的效果。而如何將機械制圖的知識融會貫通并應(yīng)用于三維建模仍然是我們需要探索的問題。

1機械制圖的基本知識

機械制圖的課程一共將內(nèi)容劃分為了五個部分，分別為機械制圖的基本知識和基本技能、幾何元素的投影、體的構(gòu)成及投影、形體的表達(dá)方法和機械零部件的表達(dá)方法。第一部分主要講授的是機械制圖的國家標(biāo)準(zhǔn)，手工繪圖的基本技能;第二部分是投影定理與投影變換;第三部分學(xué)習(xí)了如何表達(dá)組合體的三視圖，軸測圖與透視圖的畫法。第四部分為機件的表達(dá)方法（剖視圖、斷面圖）和有關(guān)尺寸標(biāo)注的基礎(chǔ);第五部分有螺紋、齒輪、軸承等零件的畫法，也有繪制零件圖、裝配圖的方法與步驟。

2三維建模的過程分析

當(dāng)使用CAD、Creo等三維建模軟件進(jìn)行三維建模時，第一步都是繪制二維的平面圖形，此時，我們需要使用到第二部分以及第三部分的知識，其中最主要的是三視圖部分的知識，繪制所需模型的三視圖，并選擇其中的一個視圖將其繪制在草圖上。在這個步驟中，需要正確的繪制出模型的三視圖，并且正確的標(biāo)注尺寸。及時的使用知識，能夠熟練掌握機械制圖的基本功，同時熟悉三維建模軟件的基本操作和命令，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下牢固的基礎(chǔ)。

將視圖轉(zhuǎn)變?yōu)槊嬗蚝螅剌S向進(jìn)行拉伸，建立最初的實體。將實體調(diào)整為正等軸測圖，將坐標(biāo)系設(shè)置在實體面上，將平面投影進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)或掃描。在過程中，主要使用的依然是投影定理。若是進(jìn)行齒輪、軸承等機械零部件建模的話，將要使用到繪制零件圖的基本知識，參考國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行三維建模。

在機械制圖課程中的第五部分學(xué)習(xí)了零件的測繪和裝配體拆裝和測繪，使用三維繪圖軟件中各種建模命令，進(jìn)行裝配體設(shè)計及生成裝配體工程圖，識別裝配圖并將各個模型進(jìn)行組裝，注意裝配方向、裝配基準(zhǔn)、裝配關(guān)鍵尺寸、配合公差等。對三維環(huán)境中的零件、間隙進(jìn)行尺寸標(biāo)注?？山柚S環(huán)境獨特的可視性和可操作性，隨意進(jìn)行剖切、拆卸、翻轉(zhuǎn)。明確的觀察部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系，了解裝配體的工作原理、拆裝順序。在機件的表達(dá)方法中，用剖視圖、局部剖視圖的知識配合使用建模軟件的三維剖切、三維觀察器等工具可以達(dá)到一目了然的效果。

對于復(fù)雜的模型，如疊加體和切割體的模型建立，可以利用軟件中的剖切功能，在建模過程中，可以清晰直觀的認(rèn)識其形成的過程，通過視覺直接的觀察模型復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。組合體在三維建模中需要使用到形體分析和面型分析的知識。使用三維建?？梢詮母鱾€不同的角度對復(fù)雜模型進(jìn)行投影。這往往是二維圖形無法全部表達(dá)的。

3優(yōu)勢

在使用三維建模時，人們需要在大腦中構(gòu)造的是一個實物圖形而不是平面圖形通過三維建模，利用電腦將所想的模型實際的反映出來，將大腦中的空間想象可視化，在平常的學(xué)習(xí)中，人們是通過畫圖的形式，用平面圖形進(jìn)行表達(dá)的。而在讀圖時，人們所看到的是平面圖形，當(dāng)圖形比較復(fù)雜，或者視圖比較特殊時，僅僅通過想象難以構(gòu)建立體圖形。使用三維建模軟件，可以將平面圖形和空間想象相連接，促進(jìn)三維形狀和二維圖形之間直覺思維的形成。

將機械制圖應(yīng)用在三維建模中，相對于傳統(tǒng)制圖，使用三維制圖軟件制圖效率更高，更加的精確，能節(jié)約大量的時間，所建成的模型同樣可以通過視角的調(diào)整來達(dá)到二維圖形的效果。對于越復(fù)雜的零件，使用建模軟件分析更為方便。

4結(jié)論

機械制圖是我國理工類大學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，涉及的知識多，應(yīng)用范圍廣，對空間想象力要求較高。正應(yīng)如此，將機械制圖運用在三維建模中，既能很好的將所學(xué)知識進(jìn)行實戰(zhàn)使用，又能更進(jìn)一步的提升空間想象能力。其次，三維建模所涉及運用的領(lǐng)域逐漸廣泛，機械制圖所學(xué)習(xí)的知識是正確建立三維建模的重要基礎(chǔ)。讓同學(xué)們在學(xué)習(xí)完相應(yīng)的知識后，通過三維建模軟件進(jìn)行課后的練習(xí)，達(dá)到一舉兩得的功效。

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基金項目：本文是南京理工大學(xué)2020年“本科教學(xué)改革與建設(shè)工程”項目一流課程建設(shè)（JY1.2.2）研究成果。