基于三維CAD軟件NX的工程制圖教學改革

張衛芬　楊星星

摘要：本文針對工程制圖的現狀提出了基于三維軟件NX的工程制圖的教學改革，適應了時代的需求。提出了以工程制圖的內容為主線，以NX軟件為輔助，兩者相融合的教學模式，教學內容和教學方法也作出了相應的調整，為工程制圖的教學改革提供有益的參考。

關鍵詞：工程制圖；教學改革；三維CAD教學

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）05-0058-02

一、工程制圖現狀及教學改革的必要性

工程制圖是機械專業重要的技術基礎課程，其學習效果的好壞直接關系到后續相關課程的學習情況。傳統的工程制圖主要以點、線、面為基礎，以二維平面圖為圖樣，教學時常用三維實物模型來訓練學生用二維平面圖形進行表達，或由不完整的二維平面圖進行讀圖來補充完整其他視圖，即需要學生從空間到平面，再由平面到空間進行反復思考，學生初學時對此覺得難度較大，導致部分學生產生厭學情緒，尤其是一些難點，如截交線、相貫線、讀圖等，更讓學生無所適從，學生在繪圖、讀圖等方面的能力提高較慢。

近年來發展迅速的三維CAD軟件可快速生成三維模型，大部分三維CAD軟件可參數化建模，只需修改相關參數和約束，即可獲得新的模型，且可由三維模型直接生成二維工程圖，投影不易出錯，三維建模需學生動手操作軟件，易激發學生的學習興趣，三維和二維之間的快速切換有利于學生在建立三維模型的同時理解二維視圖的表達。因此，基于三維CAD的優勢和社會發展的需求以及如何保證工程制圖的教學效果，我校與西門子公司進行了相關合作，采用西門子公司所提供的NX軟件作為教學軟件，開展了基于NX的工程制圖的教學改革。

二、工程制圖教學內容改革和NX在教學中的應用

為了既能掌握工程制圖的相關知識，又能利用NX軟件的優勢，在教學模式上采取以工程制圖的內容為主線，以NX軟件為輔助，兩者相融合的教學模式，教學內容和教學方式也作出了相應的調整。

1.工程制圖的基本知識和NX軟件簡介。主要介紹工程制圖的國家標準以及NX繪圖軟件的相關界面、基本命令，建立一個簡單的三維模型。

2.基本體。基本體是工程制圖的基礎內容，主要介紹圓柱、圓錐、棱柱、棱錐、球、圓環等內容，傳統工程制圖中重點介紹它們的三視圖的形成及特點，結合NX教學后，除了用課件介紹這些內容之外，還可結合軟件討論基本體如何形成。如以圓錐體形成為例，可通過旋轉、拉伸、掃描等方式得到，這可使學生加深理解轉向輪廓線、素線、母線、導線等重要概念，也有利于對三視圖中為何兩個視圖為三角形，一個視圖為圓形的表達和識別。在教學過程中，重點要求學生熟練掌握所有基本幾何體的建模過程和各種方法，并生成相應的投影視圖，為后續內容打好基礎。

3.組合體。組合體中有幾大難點，一是相貫線和截交線，例如兩圓柱體進行相關時，兩圓柱體的直徑和軸線的相對位置對相貫線影響很大，傳統教學中常介紹通過取點的辦法來完成相貫線的繪制，較為復雜。利用NX強大的參數化建模，通過改變參數即可實時觀察相貫線的變化，在生成的三視圖中也能得以體現，因此，在教學中，既介紹基礎的取點法，也利用軟件讓學生觀察相貫線的形成和變化，加深學生對內容的理解和掌握。二是組合體中的讀圖，讀圖常要求根據給定的視圖來補畫其他視圖，學生在學習中需根據已有視圖想象機件的空間形狀，然后再補畫。在教學過程中發現有的學生能想象出空間形狀，但補畫的視圖有欠缺，細節考慮不全，所畫非所想，利用NX的建模可將所想變為所得。三是組合體中的尺寸標注，實際教學中，學生漏標、多標或者標注不合理很常見，主要原因是形體分析不到位，如疊加式組合體，利用NX建模時，是逐漸一個一個形體疊加而成，學生在建模這一過程中能理解各個單獨形體的組成以及各形體之間的相互位置關系，再加以介紹定形尺寸和定位尺寸，使學生能熟練掌握尺寸標注的方法。在組合體這章中，形體分析尤為重要，在教學中，應注重培養學生如何利用NX進行CSG機件構型的訓練，既能分析形體的組成，也能迅速建模。

4.機件的表達方式。如果說工程制圖是工程界的語言，那么機件的表達方式則是這種語言的語法。“語法”中的重點和難點較多，尤其是各種剖切的方法以及剖視圖在投影時要注意的事項。該部分內容在講解時，介紹完基本知識點后選用相關典型機件，先利用NX進行三維建模，讓學生熟悉機件的外部和內部結構，然后生成二維視圖并進行相關剖切，這對于學生理解各種剖切的方法有很大幫助，可以在二維和三維之間自由切換，對剖切位置、剖視圖中的虛線是否存在、局部剖視中的斷裂線、斷面圖中何處有線等等問題能得到更直觀的理解。

5.常用件和標準件。NX軟件開發了常用件和標準件建模的快速方式，如齒輪，僅需輸入齒輪的基本參數即可完成建模，兩齒輪的嚙合的三維模型也可獲取。再如螺紋，可建模生成符號螺紋和詳細螺紋，符號螺紋在生成二維視圖時與國標一致，詳細螺紋給學生更直觀的印象。因此，利用NX與課件，使學生對標準件和常用件的參數、結構及表達方式得以理解和掌握。

6.零件圖和裝配圖。零件圖中，講解有關零件圖的內容，重點介紹零件結構、零件表達方案的選擇、零件圖的技術要求和零件圖的尺寸標注。利用NX完成零件的三維建模，并在制圖模塊中生成相應的二維工程圖，但零件圖中相當關鍵的如尺寸標注、形位公差、技術要求等仍需手動添加，對NX自動生成的二維工程圖中的一些細節也需要修改，這樣才能完成一張完整的且符合國家標準規范的圖紙。

利用NX來講解裝配圖可起到事半功倍的效果，傳統制圖教學中，裝配圖的難點一是如何正確畫出裝配圖，二是如何讀懂裝配圖。NX中通過給零件添加相關約束關系即可完成三維裝配，在這一裝配過程中，學生能實時觀察并分析各零件的形狀特征和相互的位置關系，加強了對各零件的結構形狀的認識，為裝配圖的二維視圖和讀裝配圖作好準備。利用制圖模塊可自動生成二維裝配圖，但裝配圖應選用何種表達方式仍是重點，裝配圖中如序號、明細欄、尺寸標注、技術要求等仍需手動添加。

三、教學方法

在教學過程中，除了傳統的課堂講授基本知識之外，還有上機練習、課后習題練習等相關教學環節。課堂教學中充分利用多媒體技術和CAI課件，通過生動的動畫、聲音、圖像等來講解制圖的內容，利用NX軟件讓學生自行建立所需的機件的模型，這對于學生理解和消化課堂教學內容有很大幫助，學生在建模過程中能充分調動其主動性和積極性，有些學生能積極思考，采用不同的方式方法來完成，但仍需教師在教學過程中把握要點，即不是以完成建模為目的，而是利用NX強大的建模功能來輔助學生理解制圖的內容，培養學生正確繪制和閱讀工程圖的能力，培養學生從平面到空間，再從空間到平面的思維能力。課后習題練習同樣重要，一方面有助于學生掌握NX軟件的使用，另一方面促進學生對課堂內容的理解和掌握，提高學生解決實際問題的能力。教師在平時加強學生的課外答疑輔導，才能發現問題，鞏固學習效果。

四、教學實踐與效果

經過工程制圖的教學改革后，學生的總體改變是對工程制圖課的興趣變濃，學生的空間想象能力得以提高，通過二維和三維的結合，更容易理解二維視圖。在二維視圖讀圖方面，更容易想象空間立體形狀，對投影和立體的對應關系理解更為透徹，三維軟件對一些空間想象能力較弱的同學有很好的輔助作用，能將頭腦中所想象的立體結構變成可見的三維模型，從抽象變為具體，大大提高了學生讀圖的能力。實踐證明，通過這種教學改革后，學生在建模、讀圖、尺寸標注、零件圖、裝配圖等方面都有很大提高，學生更能做到“有效聽課”，對一些空間立體感較弱的同學增加了學習興趣和自信心，學生成績普遍較高，收效甚好。

從教師角度來看，加強了教師自身對NX軟件的學習，并且尋找工程制圖和NX軟件之間的契合點以便更好的為教學服務，對教師的業務水平和知識的更新有很好的促進作用。在教學過程中不能片面的講解三維軟件，而是要培養學生學習工程制圖中的思維，三維軟件只是輔助理解工程制圖中的內容而不是課程的主要內容，促進教師在教學模式、教學內容、教學手段等方面的研究，提高教學質量和教學效果。

參考文獻：

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