基于UG軟件的機械制圖課程教學改革研究

狄金葉 ，黃海龍 ，陳 艷 ，張 麗

（1.青島工學院 機電工程學院，山東 青島 266300；2.吉林大學工程訓練中心，吉林 長春 130025）

隨著全球工業對機械制造和應用的需求不斷提升，機械專業人才的培養要求正變得更加嚴格。機械類相關專業的學生在校就讀期間，應努力提升自身的識圖、讀圖、繪圖能力，具備扎實的分析表達力與合理的空間想象力。《機械制圖》課程作為必修專業課程，是培養以上能力的基礎課程，經過專業教學培養后，學生應達到掌握良好制圖知識技能的教學目標。當前，機械制圖的實際教學仍存在諸多教學困難，因而積極借助UG等專業的三維實體制作軟件來輔助機械制圖教學，深度推進機械制圖課程的教學改革，是十分必要的。

1 UG軟件概述

UG軟件是深度融合計算機功能輔助完成CAD/CAM/CAE一體操作的參數化軟件，功能強大，主要體現在基礎建模、設計制圖、加工裝配、模具仿真等方面，其在具體功能表現中，具有易操作的優勢，廣泛應用在機械、模具設計制造、機電一體化以及數控加工等領域。UG軟件中所裝載的CAD模塊，常會在具體課程教學中突出兩方面內容：其一是建模Model模，可提供相關工具來設計參數復雜的實體及曲面；其二是制圖Drafting模塊，能相應有效獲得與三維實體模型對應的二維工程圖[1]。UG軟件的應用，能夠對特殊結構組合中的難點部分進行必要的編輯建模，以便學生搭建更有效的觀察途徑來提升教學質量。

2 機械制圖傳統教學表現與改革必要性

機械制圖課程教學始終將圖樣作為重點內容。面對當前市場需求及行業競爭的日益激烈，國家相關標準的出臺稍顯滯后，同步性不足，弊端頻現。一方面教師的教學需要借助實物演示才能更有說服力和指導性，但實物的更新換代較快，實物演示的教學方法中信息滯后性嚴重；另一方面學生的抽象邏輯與空間思維能力尚且較弱，直接影響到學生對專業課程知識點的消化和吸收。因此，長期以來的傳統教學理念與手段如今已經不合時宜[2]。

第一，重手工繪圖而輕機械繪圖。如今，仍有些院校的機械制圖課程要求學生手工繪圖，雖然學生手繪能力較強，但效率低下，難以勝任企業要求。第二，教學視圖習慣與企業需求不符，機械制圖教學主要以第一視角投影建模組合視圖，而主流企業采用第三視角視圖，教學與應用存在脫節。第三，2D、3D圖的教學重心需要把握。采用輔助軟件進行三維機械圖教學時，并不應該舍棄二維工程圖，而且要堅持多面并重。因為二維圖可標明立體圖中無法明示的尺寸，可展示復雜機件內部構造，可表達設計人員的獨特設計理念。因此，現代機械制圖課程教學中，要加強對二維工程圖與三維實體圖的合理教學，堅持做好教學改革，增加二維圖的投影視圖與剖視圖教學內容，同時還應合理設置三維圖教學課時，合理使用UG等專業軟件，引導學生熟練掌握常用零件圖的繪制。

3 UG軟件的機械制圖課程教學改革應用

3.1 UG軟件的機械組合體教學應用

UG軟件的三維設計與實體渲染等功能，使其可制作形象生動的實體模型圖。教師想要在教學中及時繪圖，就需要自身具備過硬的UG操作技術。通過基本體的疊加或剪切轉化為組合體后，學生能更好地獲知模型生成特征[3]。教師利用可視化步驟，可在繪圖中講解不同線面及模型的特性。教師通過將二維視圖轉化為三維立體圖后，幫助學生建立空間模型，可有效增進學生的空間思維能力。

3.2 UG軟件的機械三視圖教學應用

三視圖是機械制圖的教學重難點，學生要學會掌握不同的投影規律，靈活結合兩類視圖來作出第三視圖，從而完成立體與投影的轉化，如圖1所示。傳統的教學中，教師需要將實物擺放好后，直接選擇三個方向，讓學生“所見即所得”，繪出可見部分。很多學生若沒有具體實物模型，空間想象力大打折扣，并不能較好地完成三視圖，久而久之直接影響到學生的興趣與信心。因此，教師應積極使用UG軟件，靈活搭建三維立體模型，并配合講解進行旋轉、投影等操作，讓學生體會立體與投影之間的規律，掌握必要點、線、面關系與特點，擴展想象力。通過演示UG中三維圖轉二維投影視圖的過程，學生可有效攻克三視圖教學難點。

圖1 典型三視圖

3.3 UG軟件的機械剖視圖教學應用

剖視圖是一類用于展現零件內形的特殊圖樣集合，其會受剖切位置與方法的差異性影響而出現不同的內容，有全剖和半剖之分，如圖2所示。傳統教學中使用實體模型或掛圖授課，學生對具體的剖切法與剖切點依然含糊不清，對于投影線、剖面線的作圖更是模棱兩可。可利用UG軟件構建實體模型，直接通過“剖面視圖”工具功能選擇不同點位剖切平面并生成假想剖切工程圖，從投影面觀察就可讀懂剖視圖。

圖2 典型半剖視圖

3.4 UG軟件的機械裝配圖教學應用

機械制圖的具體應用之一就是要讀圖指導裝配。裝配圖將不同產品的工藝規程進行合理設計制定，從而成為用于具體工業裝配、機械檢修工作的技術性文件資料。在傳統的機械裝配圖及零部件拆圖教學中，常常面臨教師難講、學生難懂的尷尬局面，因此可直接使用UG軟件繪制三維模型，使得教師所展示的機械裝配圖可形成實體化的裝配產品，同時教師利用UG軟件來制作各種裝、卸過程的清晰視頻動畫，可有效提高教學水平與質量[4]。UG裝配建模一般秉承“自頂向下”或“由底向上”的原則，需要整體加強UG中零件、裝配模型、裝卸視頻等各方面的創建應用。如減速器（見圖3）在UG的創建中，可用UG準確畫出機體、齒輪與軸、軸承、軸套、擋油環、調整環、螺栓、油塞、油標等箱體附件，并及時根據約束尺寸來完成主體與空腔的合并與創建。當然，利用UG中設置的裝配模塊還能建立裝配圖的剖視與爆炸圖（見圖4）。讓學生一目了然讀懂零件間裝配關系與具體的功能作用，進而完成對裝配圖的掌握。

圖3 UG軟件應用中的減速器立體效果圖

圖4 減速器裝配爆炸圖

4 基于UG軟件的機械制圖課程教學改革效果

4.1 形成了動態化的教學過程

授課教師在熟練掌握UG軟件后，可直接在課堂講解中進行實體模型的構建，并及時結合教學需要完成旋轉。如在組合體的教學部分，組合體的不規則構成隨著軟件的任意角度翻轉而變得清晰，借助切割功能，幫助學生掌握到不同投影面的投影效果。

4.2 擴大了學生的學習興趣

UG軟件的課堂教學應用將集中展現軟件的不同功能，其強大的功能讓學生耳目一新，教學難度也相應有所降低。學生會對實體模型的構建、空間層面的翻轉切割等操作產生濃厚的興趣，從而更有利于掌握二維與三維圖形教學，進一步釋放了學生的活力，挖掘了學生潛力，激發了學生的學習興趣與主動性。

4.3 提高了課程的教學質量

通過UG軟件的綜合教學應用，平面制圖與空間實體創建變得有機統一，在開發學生思維邏輯的同時，保障了學生綜合能力的提升。通過在機械制圖課程中開展現代軟件融合的教學改革，能夠重新定義課程教學內容，讓更多現代軟件服務于傳統教學學科，為傳統教學升級帶來更多的平臺與載體，有效激發了學生的學習熱情，為學生的發展帶來更大的動力。

5 結束語

UG軟件在機械制圖課程教學中的應用，擺脫了傳統課堂中的教學弊端與缺陷，讓多媒體課件的生動性帶活了課堂氣氛，讓學生的學習興趣大大增加，讀圖繪圖能力相應提升，空間構造組織能力進一步成型，從而為后期的專業教學奠定了基礎。