基于三維造型的機械制圖課程教學方法研究
——以裝配圖教學為例

陸美文，陳偉珍，胡華麗

（廣西水利電力職業技術學院，廣西 南寧530023）

當今科學技術飛速發展，三維軟件在生產實踐中已得到普遍應用，教學實踐中也不斷的利用新技術、新手段來輔助教學。其中，UG NX軟件是Siemens PLM Software推薦的CAD/CAE/CAM一體化軟件，它的功能具有強大的實體造型、曲面造型、模擬裝配、工程圖生成和仿真運動等功能，因此，UG NX軟件廣泛應用于機械、汽車、航空、電器等眾多領域，同時在眾多專業課程的教學和虛擬仿真實踐中都得到了廣泛應用[1]。

UG軟件強大的實體造型功能，幫助教師們改變了傳統的實物模型教學方式，克服了實物模型教學的種種不足，讓機械制圖課更加形象生動、直觀高效、提高教學質量。由于三維繪圖軟件UG造型極其便捷高效，教師在課堂的動態教學中，可以實現隨機應變，按需造型以及修改模型，從而更大幅度地擴大了課堂知識容量，提高了課堂教學效率。為了解決教學實踐中的難題，本文對UG NX三維軟件輔助裝配圖教學進行了研究和實踐。

1　裝配圖在教學中存在的問題

在機電類專業的教學中，裝配圖的教學是機械制圖課程學習的重點和難點，對于沒有實際生產實踐經驗而剛入門學習機械制圖的的學生來說，想象整個機器（或部件）的內外結構，并完整準確地表達出來，對學生有限的空間思維是一個高難度的挑戰。

1.1　機器或部件的工作原理不明晰

在裝配圖教學中，教師往往是拿著部件模型先講解機器或部件的工作原理，教師講得頭頭是道，學生聽得一頭霧水，一是模型太小無法讓每個人都看得清楚，二是要理解工作原理還得有足夠的空間想象力。對于空間思維能力較弱、學習基礎較差的高職學生而言，無疑帶來了極大的困難，逐漸失去了繼續學習的信心。

1.2　拆裝順序說不明

零件的拆裝順序是學生理解零件結構、作用和繪制裝配圖的關鍵，教師在教學中一般也是邊拆裝部件模型邊講解零件的裝配關系以及裝配順序。由于模型較小，學生也看得不清楚，更不能理解其中的關系，使教學效果大打折扣，學生也慢慢失去學習耐心和興趣。

1.3　裝配圖的零件關系難理解

教師在講裝配圖的畫法時，邊講邊在黑板上畫圖，或者由PPT展示。由于裝配圖較復雜，包含多個零件的形狀結構，學生需要不斷地將實物轉換成二維圖，一些空間思維比較缺乏的同學，就無法跟上。同時，離較遠的同學也難以看清零件之間的分界線，特別是非接觸面之間的分界線，無法看清是一條線還是兩條，學習起來比較困難。

2　解決裝配圖教學難點的思路

2.1　直觀演示工作原理

教師在講解工作原理時，通過仿真運動，可以直觀地展示機器或部件的工作狀態，對于內部結構的運動，通過剖切功能，能看到內部的運轉情況，學生一目了然。對所繪制的三維模型可以任意放大縮小，并且可以自由地將三維模型精確地旋轉到任何一個方位、角度，而且可以隨時將三維模型轉換為平面投影，以便學生直接認識從三維模型到各個視圖的形成過程及特點。

2.2　動態展示機器或部件的裝配關系

通過三維裝配應用模塊，按照機器或部件的安裝順序，逐個添加零件。利用剖視圖的功能，讓學生可以看得見內部的裝配關系。同步畫出二維的裝配圖，直觀的對比三維圖與二維圖的輪廓線關系。

通過三維軟件建立了立體的、有光的、有色的生動渲染畫面，虛擬逼真地、直觀地表達出大腦中的產品設計效果。比傳統的二維設計更符合人的思維和視覺習慣，聲色并茂吸引學生的注意力，提高學生學習興趣和教學效果。

3　三維軟件在裝配圖教學中的應用

3.1　仿真機器或部件的運動

應用三維軟件，將機器或部件建模、組裝完成，在立體模型的基礎上，添加一系列機構連接和驅動，使零件運轉，從而模擬機構的實際運動，演示其工作過程。如圖1所示，在講解安全閥時，模擬安全閥的工作過程，液體壓力過大時閥門被推開，液體溢出，壓力減小，閥門關閉。同樣，在講解齒輪油泵時，也可以通過仿真兩齒輪的嚙合運動，使泵體型腔兩邊產生壓力差而帶動油液流動，模擬油泵吸油泵油的工作過程。學生就可以直觀的感受機器的工作原理，大大提高理解的程度。

圖1　液壓安全閥

3.2　零件裝配過程與畫裝配圖同步進行

以液壓安全閥裝配圖的繪制為例。三維軟件完成建模后，逐一演示零件的裝配過程，同時使用剖切功能，展示裝配后零件的裝配關系，學生可以直觀清楚地看到接觸面或是非接觸面的關系，在繪圖時準確繪制輪廓線，還可以通過截切、旋轉，使零件內部結構關系一覽無余，直觀的展現零件之間的裝配關系，使學生全面系統的理解裝配圖的繪制方法。

（1）對所有零件建立模型，進入UG NX10.0，進入“裝配”應用模塊，添加第一個零件——閥體，并畫出閥體的全剖視圖。如圖2所示。

圖2　添加閥體

（2）添加閥門，并畫出閥門的全剖視圖，閥門與閥體連接為接觸面連接，在連接處只畫一條粗實線，將被閥門擋住的閥體輪廓線擦掉。如圖3所示。

圖3　添加閥門

（3）添加彈簧和彈簧墊，并按規定畫法畫出彈簧和彈簧墊的全剖視圖，彈簧底部與閥門連接為接觸面連接，在連接處只畫一條粗實線，彈簧墊與彈簧接觸面只畫一條粗實線；將被彈簧擋住的閥門和閥體的輪廓線擦掉。如圖4所示。

圖4　添加彈簧和彈簧墊

（4）添加螺桿和墊片，并畫出螺桿和墊片的主視圖，螺桿與彈簧墊接觸面，墊片與閥體接觸面只畫一條粗實線，非接觸面畫兩條粗實線。如圖5所示。

圖5　添加螺桿和墊片

（5）以此類推，添加閥蓋并畫出閥蓋的全剖視圖，螺桿與閥蓋連接為螺紋旋合，按外螺紋規定畫法來畫；添加標準件螺栓和螺母，將后面沒有被擋住的部分輪廓畫出；添加閥帽和螺釘，并畫出閥帽的全剖視圖，螺釘與閥帽為螺紋旋合，按外螺紋畫，閥帽和閥蓋接觸面只畫一條粗實線。最后完成液壓安全閥裝配圖，如圖6所示。

圖6　液壓安全閥裝配圖

4　在裝配圖教學中應用三維軟件應該注意的問題

教學實踐證明，在課堂教學中適當引入三維繪圖軟件輔助教學，除了可以提高學生學習課程的熱情，培養學生的空間想象能力外，還可以使學生對三維繪圖軟件一定的了解，為后續軟件類課程的學習做了很好的鋪墊。同時，三維繪圖軟件能很好地實現二維工程圖的自動生成，且二、三維雙向關聯，具備完備的智能化標注能力和二維工程圖的編輯及修改能力等，在培養空間思維能力，創造良好學習條件方面起到了巨大的作用。但是，為培養學生空間思維能力，需要進行大量的二維與三維之間的雙向思維訓練，這就需要做大量的習題和自主學習，比如由實體畫出三視圖，由三視圖想象出三維實體的結構形狀等，離開了三維模型后，這些練習往往需要獨立思考，學生便產生畏難情緒，從而影響后續的學習。因此，利用三維軟件進行造型輔助教學應該適可而止，僅僅用于入門和建立空間思維能力的初始階段，更多的是要引導學生自主學習和積極思維，建立空間思維能力，培養繪圖識圖能力。其次，機械制圖課程應該向著課程項目化改造的方向發展，將學生感興趣的三維軟件課程與機械制圖課程整合，在學習機械制圖課程的同時學習三維軟件課程，從而提高學生學習機械制圖課程的興趣和教學效果。

5　結束語

機械制圖是機電類專業的技術基礎課。在三維軟件技術普及應用的今天，教師能通過合理的方式將手工繪圖與計算機繪圖，將看圖、畫圖和三維造型的理論與實踐相結合進行一體化教學，使學生在學習二維制圖與三維造型的時候能融會貫通，相輔相成，相互促進，通過制圖與識圖，通過三維軟件將空間思維與實物模型無縫對接，靈活切換，突破了教學的難點，大大節約學生學習制圖與識圖的時間，同時也節約學習三維軟件操作的時間。根據教學內容適當利用三維軟件優化教學過程，可以大大提高教學效率，起到事半功倍的效果。

參考文獻：

[1]毛炳秋.中文版UG NX8.0基礎教程[M].北京：電子工業出版社，2012.