新形勢下CAD技術(shù)和機械制圖的教學研究

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1008-925X(2011)11-0187-02

摘要:當前，三維CAD技術(shù)被越來越多地應(yīng)用到機械設(shè)計中去，開展新形勢下CAD技術(shù)和機械制圖的教學研究是必要之舉。基于此，本文分析了CAD技術(shù)三維化的影響，介紹了三維建模的方式，并據(jù)此提出若干提升教學效果的措施。

關(guān)鍵詞:CAD技術(shù)；機械制圖；教學；三維CAD技術(shù)

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，三維CAD技術(shù)被越來越多地應(yīng)用到機械設(shè)計中去，作為一種輔助設(shè)計技術(shù)，三維CAD改變了制造業(yè)的理論和技術(shù)，使人們的思維和工作方式都發(fā)生了很大的變化。為了適應(yīng)現(xiàn)代化設(shè)計制造、培養(yǎng)出較高素質(zhì)的機械設(shè)計人才，我們有必要對新形勢下的CAD技術(shù)和機械制圖的教學做出研究。

1 CAD技術(shù)出現(xiàn)了三維平臺為設(shè)計制造提供了方便 

傳統(tǒng)的二維設(shè)計平臺雖然設(shè)計者腦中已經(jīng)形成了設(shè)計產(chǎn)品的三維圖像，但是受到技術(shù)條件的制約，只能把腦中的三維圖像以二維的形式表現(xiàn)在設(shè)計圖紙上，只有根據(jù)多張產(chǎn)品設(shè)計的二維圖紙才能想象出圖紙中所表達的三維產(chǎn)品，有時在圖紙翻譯的過程中還會遺漏一些產(chǎn)品設(shè)計的信息，可見二維設(shè)計平臺有其弊端。

現(xiàn)代CAD技術(shù)為設(shè)計制造提供了一個三維平臺，設(shè)計者對腦中已經(jīng)形成的設(shè)計產(chǎn)品的三維圖像可以通過CAD軟件表現(xiàn)于電腦屏幕上，三維平臺不僅能表現(xiàn)出設(shè)計產(chǎn)品的三維圖像，還能直觀地看到產(chǎn)品各個零部件的材質(zhì)以及不同零件之間裝配關(guān)系，因此，CAD技術(shù)支持下的三維平臺改變了傳統(tǒng)的設(shè)計制造的概念。

計算機圖形和CAD技術(shù)教學已經(jīng)被引入到制圖教學中，但是效果卻不如預(yù)想的那么好，在實際的產(chǎn)品設(shè)計中，產(chǎn)品實體造型軟件應(yīng)用較少，學生們更多的還是使用傳統(tǒng)的二維繪圖軟件。

2 三維建模的方式

三維CAD系統(tǒng)與二維CAD系統(tǒng)不同，三維CAD系統(tǒng)提供多種產(chǎn)品的實體造型和特征造型的功能，在產(chǎn)品的設(shè)計過程中，可以實現(xiàn)產(chǎn)品的拉伸、旋轉(zhuǎn)、打孔、陣列等多種功能，也可以采取多種方式對產(chǎn)品進行三維建模。

2.1 滿足設(shè)計要求和工藝要求的建模方式。一個完整的產(chǎn)品是有多個零部件構(gòu)成的，從產(chǎn)品零部件的設(shè)計角度來看，零部件在產(chǎn)品中發(fā)揮的功能作用直接決定了零部件的整體結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)該充分考慮到產(chǎn)品裝配的相關(guān)性。從產(chǎn)品零部件的設(shè)計共計角度來看，零部件的工藝，如倒角、退刀槽等也直接影響著零部件的局部結(jié)構(gòu)。

特征互相疊加、形成特征樹是三維建模過程的主要要素。這些特征之間有著密切的關(guān)系。例如特征之間父子關(guān)系，子特征的體現(xiàn)必須依賴父特征的存在；父特征在發(fā)生修改等變化時，子特征也要隨之變化。例如圖1（a）所示的是一個軸，從設(shè)計的角度來看，要求軸必須有4個軸段；從加工工藝來看，要求軸必須經(jīng)過倒角和退刀槽等工藝步驟；軸左側(cè)的倒角和退刀槽是左側(cè)軸段子特征。使用旋轉(zhuǎn)和拉伸的方法對各個軸段進行建模，最后使用布爾

運算將設(shè)計出的4個軸段相連。

2.2 適應(yīng)機內(nèi)造型的建模方式。為了使產(chǎn)品的內(nèi)部零部件的結(jié)構(gòu)清晰、便于修改，可以使用多種方法對內(nèi)部零部件進行建模。例如：

2.2.1 簡化建模過程的結(jié)構(gòu)，對零部件進行建模的過程中要盡量減少零部件的特征數(shù)量，減少各個零部件之間的布爾運算。例如，圖1（a）表示的軸，可將圖1（b）所示的面繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)生成，各軸段與倒角和退刀槽一次同時形成。

2.2.2 將具有功能相同特征相同的設(shè)計特征組合在一起。

2.2.3 為了避免相同的操作多次使用，將多種不同的特征相組合，最后進行統(tǒng)一操作。

2.3 三維建模的教學安排。在教學的過程中，應(yīng)該對建模方法的順序做出合理的安排，為了更好的培養(yǎng)學生的工程意識，首先，在學生實際設(shè)計制造的前提下，讓學生學會滿足制造工藝要求和設(shè)計標準的建模形式。其次，學生應(yīng)該學會機內(nèi)造型的建模方式，并且學生要通過計算機內(nèi)部建立數(shù)字化集合模型，并進行三維模型顯示的原理、靈活多邊的建模方法。這對于發(fā)散思維、創(chuàng)新思維大有益處。

針對機械設(shè)計專業(yè)知識舉出比較薄弱的學生，應(yīng)該淡化學生對產(chǎn)品工藝專業(yè)性的要求，并且把如何設(shè)計產(chǎn)品的三維形狀作為重點。給學生留的二維環(huán)境下的機械制圖方面的作業(yè)，可以更好的幫助學生消化所學的概念性內(nèi)容，但是學生的創(chuàng)造性思維也將受到限制。三維環(huán)境下的機械制圖方面的作業(yè)，可以讓學生在設(shè)計產(chǎn)品的過程中，對產(chǎn)品的存在的內(nèi)部缺陷進行修改，極大的激發(fā)的學生們的創(chuàng)造欲望，同時也很大程度開闊了同學們的視野。

3 改變教學方式

3.1 以“體”為中心。在實際的教學中應(yīng)該以“體”為中心，因為學生對立體感的圖形比孤立的圖認知能力更好，所以我們應(yīng)該從三維物體本身著手，將原來的點、線、面教學方法整改為抽點、抽線、抽面的教學方法。

將點、線、面、體組合成多種三維圖像和二為圖像，增強學生這圖形組合能力的訓(xùn)練，可以增加學生對常見三維圖形的記憶，從而增強空間思維能力。

3.2 適度地增減教學內(nèi)容，適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計制造技術(shù)。有些教學內(nèi)容可以適當?shù)慕档推鋬?nèi)容的難度，例如機械制圖中相貫線的相關(guān)內(nèi)容，這些內(nèi)容對培養(yǎng)學生的空間三維能力不能起到很好的作用，而且在三維CAD中，輸入關(guān)鍵數(shù)據(jù)后相貫線也能自動生成，因此對于這些內(nèi)容，我們只需掌握其概念和基本畫法就足夠了。

因為CAD系統(tǒng)提供了全面的標準件庫，因此對于螺紋等標準件的教學內(nèi)容也可以適當?shù)淖龀鲂薷摹＊?/p>

4 結(jié)束語

三維CAD技術(shù)的發(fā)展，對CAD技術(shù)和機械制度的教學提出了嚴峻的考驗，機械制圖等教學的改革都應(yīng)該制造理論技術(shù)和現(xiàn)代信息科技技術(shù)為參照，加強對學生CAD技術(shù)和機械制圖能力的培養(yǎng)，以滿足現(xiàn)代社會發(fā)展對專業(yè)人才培訓(xùn)的需求。