以三維建模為基礎的機械制圖教學改革實踐研究

杜 昕

（陸軍勤務學院，重慶 401311）

0 引言

一直以來，機械制圖的課程教學將重點與目標放在畫圖與讀圖上，教學中要求學生先學畫幾何，將點、線以及面于各投影面當中的關系理清，再學習如何畫零件圖和裝配圖，致使很多學生在學習機械制圖時比較吃力、學得枯燥，甚至對于學習失去興趣，教學質量低下。近年來，隨著三維CAD（Computer Aided Design，計算機輔助設計）軟件的推出，機械制圖課教學的重點與目標已經從原來的讀圖與畫圖，逐步轉為機械零件的三維（3-Dimension，3D）建模設計上，零件的三維造型已經成為了機械制圖教學的重點內容，這一轉變使得學生在學習中得到了更多的樂趣與靈感，有效促進了學生創新思維與創新活力的培養。

1 基于三維建模的機械制圖教學計劃改革

1.1 二維/三維草圖繪制基礎操作教學

這部分操作需6 個學時便可完成，教師教會學生相關軟件的基礎操作，例如：何使用二維草圖繪制工具，草圖的添加和刪除，畫圖的基本指令、比較常用的快捷鍵、圖形的修復及快速繪制圖畫的技巧等，讓學生充分意識到學會二維草圖繪制是學習三維建模的基礎，任何三維模型都是通過二維草圖的拉伸、切除、旋轉、掃掠以及放樣等構建出來的[1]。

1.2 零件特征建模基本法教學

教師需要教會學生正確使用所有與零件特征建模相關的建模命令，讓學生了解產品設計的基礎均是零件建模，而零件模型又是以特征為基礎。零件建模如同“積木”，需要先構建出可以將零件基本形狀反映出來的特征，再以此為基礎特征將其他特征一一加入，例如拉伸、旋轉、倒角以及圓角等，要讓學生知道機械產品設計并非憑空想象出零件圖投影關系，而是需要以零件具體的特征開展三維建模。因此，需要通過更多的典型機械零件模型實例開展建模教學，并通過實例激發學生對于三維建模的興趣，提升學習效率[2]。

1.3 三維建模軟件當中的裝配體基礎操作教學

教師需要指導學生學會把單個構建出來的三維模型零件，在裝配體當中依據各個零件之間同軸、相切以及重合等配合關系組裝起來，使其構成完整產品。教學時，教師可以采用干涉檢查的命令與用關鍵零部件透明顯示等方法，對總裝中的各個子零部件實際的裝配位置進行控制，讓學生充分學習到三維模型裝配的基礎技能，為以后的生成裝配圖學習奠定基礎[3]。

1.4 三維建模軟件中的工程圖生成教學

工程圖是一個產品研發、設計以及制造過程中必不可少工具，雖然當前的三維設計技術水平明顯提升，但是三維模型并不能完全將設計的參數表達出來，例如加工需要的尺寸精度、幾何公差以及表面的粗糙程度等，依舊需要通過二維工程圖進行表達。因此，采用三維零件模型進行工程圖的創建，也必須要加入到現代機械制圖課教學當中，通過先建模再進行機械零件圖生成的方式開闊學生的思路，培養學生解決問題的能力，并以此掌握零件實際的內部結構與外表特征，再經由三維建模軟件的生成標準和規范生成完整的機械零件圖。三維建模軟件擁有強大的工程圖生成功能，同時具備了與我國國標的繪圖模板與標注符號以及各類輔助視圖工具，可以讓學生通過較為簡單的工程圖環境設置，在最短的時間內生成與國家標準規范相符的機械零件圖[4]。

1.5 三維建模與機械制圖結合教學

在這部分課程的教學中，教師需要先為學生構建一個三維零件模型，再讓學生依據規范標準自己生成機械零件圖，指導正確地將零件模型以及零件圖的方式表達出來，例如：通過半剖或者全剖將零件的內部結構表達出來；對于比較細微的結構則以放大局部的方式表達；某一個非正面方向的外觀輪廓則采用方向視圖表達，這些表達方式都能將相關知識更直觀地表達出來，讓學生更快理解。之后給學生提供一些標準規范零件圖，讓學生通過三維建模軟件構建出對應的三維零件模型；或者讓學生依據實物模型，進行測量后構建三維模型，以這種由三維零件模型轉變為機械零件圖繪制，再將機械零件圖轉變成為三維模型構建；由實物模型至三維數字模型的構建等逆向訓練與結合的方式實施教學的改革，全面提升學生的機械繪圖技能。

1.6 全面改革考核方式

目前，大部分的機械制圖專業考核依舊還是以紙質試卷為主，但是教學模式已經發了改變，如果考核方法不變，考核方式就失去了原有的公平性與有效性。因此，在課程教學生結束后，可以將傳統的筆試考核轉變為上機考核，通過下面3 種形式開展考核。

（1）給學生提供紙質正等測圖，并將尺寸標注出來，讓學生運用三維建模軟件構建出三維模型，以此對學生的三維建模軟件操作熟練程度進行考核[5]。

（2）給學生提供紙質零件圖，讓其運用三維建模軟件構建出三維模型，對學生的在機械零件圖方面的讀圖能力進行考核。

（3）給學生提供三維數字模型，讓其依據規范生成正確的機械零件圖，對學生是否能夠使用三維建模軟件進行正確的機械零件圖繪制能力進行考核，通過全方位的考核方式在激發學生學習積極性的同時，提高學生的實踐能力。

2 以三維建模為基礎的機械制圖教學內容改革

2.1 對教學的順序進行改革

為了與學生的認知規律相符，機械制圖課程教學應該轉變先三維、后二維的教學順序，將三維建模課程引入到教學內容中，由體起始，先三維之后再投影，同時注重三維造型能力與二維繪圖能力教學，加強培養學生的空間思維，多進行三維建模與徒手草圖的訓練，補充工程圖標注和注釋，全面提升教學效率[6]。

2.2 對教學內容進行全面優化

（1）將實用性低的圖解圖示、基本體與組合體的手工尺規尺寸標注、標準件與較為常用件尺規作圖等教學辦容刪除，簡化截交線與相貫線于企業當中的表示，只介紹其具體的走向便可。

（2）保留制圖的基礎規定、圖樣基本表示法、標準件與常用件識讀內容、零件圖與裝配圖的測繪內容等無關工具的內容，增加最新的學科發展動態、最先進的CAD 技術以及國家標準規定內容，加入徒手進行草圖與軸測圖繪制等技能教學。

（3）補充更多的新知識，隨著現代制造業對于三維設計的要求，教師內容應該加入更多的三維實例分析與構型，通過三維建模的介入增強學生的圖形意識，培養學生以職業能力作為本位的觀念，同時注重學生產品設計、工藝知識的教學，增強學生的三維分析與表達能力；加入圖學相關的技能考證，將“學、證”融為一體[7]。

3 以三維建模為基礎的機械制圖教學方法改革

3.1 以體切入，通過認知模型的建構激發學生的學習興趣。

“體”是日常生活中最為常見的，因此，機械制圖教學可以將體作為切入點，由認知模型入手，讓學生在深入了解構型的過程中，深化其對于設計表達的理解，讓學生學會相同圖形通過不同的構型可以構建出不同的模型。例如，長方形經過拉伸構型后可以構成長方體，經過旋轉構型則又可以成為圓柱體。相同模型，又可以通過不同的形狀進行構型，例如圓柱體，可以進行圓拉伸構型，也可通過長方形的旋轉完成構型，提醒學生在構型時必須以先草圖、后立體，盡量簡化構型步驟為原則。通過體切入，由認知模型開始完成構型的方法，將機械零件具體的成型過程更清晰的展現出來，提高學生設計和表達能力[8]。

3.2 從認識圖紙開始，增強學生的視圖表達能力

在實際教學中，教師首先要教會學生正確認識圖紙，讓學生對于視圖與尺寸的關系有一個正確的認識，例如圖形的結構特征是前后對稱，底部沿左至右方向挖槽，從右邊俯視可見挖槽方向，而主視圖可以將底座的外形輪廓反映出來，故只需要對主視圖輪廓進行拉伸，就可以實現底座主體的建模，由左視圖可定形尺寸，進行左邊的建模；再依據俯視圖的右邊定形尺寸與定位尺寸，進行底座右邊位置建模，最后完成上、下挖槽和左、右挖槽建模即可。

4 結束語

總之，要實現基于三維建模的機械制圖課程的全方位教學改革，需要從教學計劃、教學方法以及教師內容等方面入手。只有通過完善的教學計劃、創新的教學方式以及豐富實用的教學內容，全面激發學生對于機械制圖的學習興趣，培養學生的創新思維與活力，才能增強學生動手實踐能力與解決問題的能力，培養出具有超高創新精神的綜合實用型人才。