礦山機(jī)械類三維軟件的教學(xué)方法探討

馬瀟瀟 江偉

摘要：三維建模軟件的教學(xué)過程，應(yīng)包括先從單個(gè)命令的教學(xué)出發(fā)，拆分整體機(jī)械的零件，并對(duì)其逐一建模，之后把建好的零件模型用“product”工作臺(tái)裝配起來，最終使學(xué)生獨(dú)立完成整個(gè)機(jī)械的建模過程。

關(guān)鍵詞：CATIA;零件;裝配圖;工程圖

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2020）14-0288-02

一、引言

“礦山機(jī)械”作為“機(jī)械”大類學(xué)科的一個(gè)研究方向，一、二年級(jí)本科生所學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程與機(jī)械類本科生的基礎(chǔ)課程基本一致。因此，礦山機(jī)械類本科生的三維建模軟件課程，也是圍繞AUTOCAD、SOLIDWORKS、CATIA、Pro-E、UG等展開的。

CATIA是3D CAD/CAM/CAE行業(yè)中軟件的集大成者，目前廣泛應(yīng)用于汽車摩托車等機(jī)動(dòng)車制造、航空航天、機(jī)械、電子、家電、數(shù)控加工行業(yè)。特別是在數(shù)控、仿真等研究方向上，CATIA的自動(dòng)編程、傻瓜化仿真能力獨(dú)樹一幟，成為行業(yè)的執(zhí)牛耳者。1982—1993年，法國Dassault Aviation公司先后推出了CATIA的V1版本、V2版本、V3版本、V4版本。一直到1994年，Dassault System公司開始著手開發(fā)CATIA的V5版本。V5版本以更強(qiáng)大的功能、更立體化的集成性能、更友好的界面和更親民的操作性能，確立了其在3D CAD/CAM/CAE業(yè)界難以撼動(dòng)的領(lǐng)先地位。

為了使學(xué)生在未出校園時(shí)，就能學(xué)習(xí)到行業(yè)內(nèi)最精尖的三維操作軟件，在礦山機(jī)械類三維軟件的學(xué)習(xí)中，我校將CATIA V5作為重點(diǎn)授課內(nèi)容。所以，在探討礦山機(jī)械類三維軟件的教學(xué)中，本文也將從CATIA V5入手來討論。對(duì)其他三維軟件，也能達(dá)到觸類旁通、舉一反三的效果，而不用一一介紹每種軟件的教學(xué)方法。畢竟本文只是討論教學(xué)方法，而不是討論軟件的優(yōu)劣。

現(xiàn)在，本文以CATIA V5的授課為例，探討對(duì)本科生三維軟件的授課過程，應(yīng)從什么知識(shí)入手、按照什么步驟教學(xué)、最后應(yīng)達(dá)到什么目的等方面來探討。

二、基本命令的教學(xué)

對(duì)于從未接觸過三維制圖軟件的同學(xué)來說，一開始進(jìn)入三維實(shí)體造型的學(xué)習(xí)時(shí)，會(huì)感到非常茫然，不知從何入手。此時(shí)，如果授課教師從具體某個(gè)零件的建造過程開始授課，學(xué)生更會(huì)感到“高山仰止”。對(duì)于CATIA V5這種覆蓋面廣、綜合程度高的CAX軟件，如果授課教師能先對(duì)其用途、工作能力和工作臺(tái)進(jìn)行一個(gè)歸納性的介紹，則學(xué)生在進(jìn)行軟件的正式學(xué)習(xí)之前，就能有大體的了解。因此，在教學(xué)進(jìn)度上來說，應(yīng)對(duì)本門課程的教學(xué)順序做如下安排。

首先，用1—2個(gè)課時(shí)，對(duì)CATIA V5進(jìn)行大體上的介紹。介紹的內(nèi)容主要包括CATIA V5安裝的硬件要求，CATIA V5安裝的軟件要求，安裝程序的簡介，安裝過程中的注意事項(xiàng)，安裝和程序主體、程序補(bǔ)丁及CATIA的工作界面介紹。

再用1—2個(gè)課時(shí)對(duì)CATIA進(jìn)行大體的介紹以后、在進(jìn)行具體某個(gè)工作臺(tái)的學(xué)習(xí)之前，教師須用半個(gè)課時(shí)，講解CATIA V5的鼠標(biāo)使用和界面定制。在以后利用CATIA進(jìn)行三維建模的過程中，如果每次都在軟件中調(diào)用相應(yīng)的命令，則會(huì)大大延長建模時(shí)間。為了最大限度地發(fā)揮鍵盤和鼠標(biāo)的功能，使其達(dá)到“相輔相成、交相輝映”的效果，在教學(xué)過程中，對(duì)鼠標(biāo)使用的講解，是有“磨刀不誤砍柴工”的作用的。例如，同時(shí)按住鼠標(biāo)的中鍵和右鍵，在工作區(qū)旋轉(zhuǎn)三維圖。又如，同時(shí)按住鼠標(biāo)中鍵和右鍵，然后松開右鍵，之后前后四處移動(dòng)鼠標(biāo)，則可以放大和縮小工作區(qū)的三維圖。

CATIA的工作臺(tái)眾多、功能強(qiáng)大。CATIA的工作臺(tái)包括二維草圖工作臺(tái)、零件設(shè)計(jì)工作臺(tái)、裝配設(shè)計(jì)工作臺(tái)、工程出圖工作臺(tái)。通過僅僅一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，很難將該軟件的所有功能講完，即使講完，學(xué)生也很難吸收。這就要求教學(xué)過程有的放矢、張弛有度，從而融會(huì)貫通。作為機(jī)械類專業(yè)的學(xué)生，一般應(yīng)以“草圖編輯器”（如圖1所示）“零件設(shè)計(jì)”“裝配設(shè)計(jì)”三個(gè)工作臺(tái)為基礎(chǔ)，深入講解三個(gè)工作臺(tái)的各個(gè)命令。

特別要注意的是：在講解完全部二維草圖命令的時(shí)候，應(yīng)要求學(xué)生把減壓閥的零件圖的二維草圖全部畫出來以備用。

三、零件設(shè)計(jì)工作臺(tái)的教學(xué)

在完成草圖部分的講解后，就要進(jìn)入實(shí)體造型部分的授課。如前所述，機(jī)械類課程的實(shí)體教學(xué)，一般從“零件設(shè)計(jì)”工作臺(tái)開始入手。

一般機(jī)械類大學(xué)生都是從本門課開始接觸三維軟件的，如果實(shí)體造型部分的教學(xué)，還是像之前“草圖編輯器”一樣，按單個(gè)命令逐步教學(xué)的方式，一是會(huì)讓初學(xué)者覺得很茫然、無從下手;二是教學(xué)過程中，學(xué)生會(huì)“學(xué)了新命令，忘記舊命令”。教學(xué)進(jìn)度會(huì)被拖慢，教學(xué)效果也會(huì)大打折扣。筆者認(rèn)為，在進(jìn)入三維繪圖技藝的教學(xué)時(shí)，如果能從命令入手、以“完成零件實(shí)例”為目標(biāo)，則教學(xué)效果會(huì)事半功倍。比如，教授“凸臺(tái)”“螺紋”“凹槽”時(shí)，在“零件設(shè)計(jì)”工作臺(tái)下，同時(shí)以“減壓閥”零件里的螺母等各個(gè)零件為例，如果單個(gè)講解“孔”“鏡像”“加強(qiáng)肋”“參考圖元”“混合”等命令，學(xué)生會(huì)云里霧里，沒有全局把控。但如果能在講解這些命令的同時(shí)，繪制“減壓閥”里的各種零件繪制給學(xué)生看，之后，并要求學(xué)生在課堂上，馬上獨(dú)立完成閥體零件的創(chuàng)建，學(xué)生則能很快吸收這些技能，而不用一個(gè)個(gè)地去孤立地學(xué)習(xí)每個(gè)命令，低效又耗時(shí)。

四、裝配設(shè)計(jì)、工程圖工作臺(tái)的教學(xué)

在把減壓閥的十個(gè)零件全部建行完成以后，接下來就進(jìn)入裝配環(huán)節(jié)。首先，回到CATIA的軟件中，新建一個(gè)product文件。在軟件中，要先確認(rèn)是否進(jìn)入了裝配設(shè)計(jì)的工作臺(tái)。很多學(xué)生會(huì)在裝配設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)錯(cuò)工作臺(tái)，從而導(dǎo)致無法繼續(xù)接下來的實(shí)體造型工作。注意，進(jìn)入product工作臺(tái)后，可單擊特征樹的根目錄，之后單擊右鍵→屬性，在“零件編號(hào)”中修改本次裝配體的名稱。

在講解“裝配設(shè)計(jì)工作臺(tái)”時(shí)，因?yàn)閷W(xué)時(shí)分配方面的限制，如果從教科書上的命令和實(shí)例入手，則只能進(jìn)行單個(gè)裝配命令的講解和少零件的實(shí)體組裝。但如果教師在學(xué)期之初就能對(duì)課程進(jìn)行宏觀把握，在前面講解“零件設(shè)計(jì)工作臺(tái)”時(shí)，就能有的放矢地讓學(xué)生分別繪制一個(gè)較大的機(jī)械設(shè)備和各個(gè)零件并保存，則在講解裝配設(shè)計(jì)時(shí)，就可以把前面畫好的零件拿出來組裝成完成的機(jī)器。如此一來，既可以達(dá)到復(fù)習(xí)前面“零件設(shè)計(jì)工作臺(tái)”知識(shí)的目的，又不用為了學(xué)習(xí)“裝配設(shè)計(jì)工作臺(tái)”而另外畫新的零件圖，從而節(jié)約時(shí)間。同時(shí)，因?yàn)橐粋€(gè)裝配機(jī)器的繪制貫穿整個(gè)學(xué)期，所以應(yīng)給學(xué)生充分的時(shí)間來完成比較復(fù)雜機(jī)器的繪制。

圖2的減壓閥一共要畫九個(gè)零件并且組裝好。在本課程前面講解“零件工作臺(tái)”時(shí)，學(xué)生就已經(jīng)畫完了這幾個(gè)零件。到講解“裝配設(shè)計(jì)工作臺(tái)”時(shí)，教學(xué)過程中，只需要一心一意把裝配設(shè)計(jì)工作臺(tái)的命令講解完，并要求學(xué)生裝配好零件。

“工程制圖”工作臺(tái)的命令并不難，只要學(xué)生都能獨(dú)立完成前面的零件圖和裝配圖，則在需要哪一個(gè)實(shí)體的工程圖時(shí)，在“工程制圖”工作臺(tái)環(huán)境下把該實(shí)體調(diào)出來，出圖即可。

五、總結(jié)

總之，在礦山機(jī)械類三維軟件的教學(xué)過程中，如果教師具有“學(xué)以致用”的精神，在課程開始前就對(duì)本課程有一個(gè)總體規(guī)劃，高度模擬學(xué)生以后在工作中可能遇到的真正繪圖實(shí)踐問題，讓學(xué)生從第一個(gè)二維草圖命令的學(xué)習(xí)開始，就著手完成整個(gè)機(jī)器的繪制，則到課程結(jié)束時(shí)，學(xué)生必定能深刻掌握本門課的所授技能。

參考文獻(xiàn)：

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[2]馬瀟瀟，騰生磊，等.滑履球面成形精度測(cè)量方法探討及實(shí)踐[J].貴州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，36（6）：25-27.

Abstract：The teaching of 3D softwares is supposed to consist of the instructions of every single command，the construction of each splitting part，the assembling of the finished parts by product，and the final independent modeling by every student.

Key words：CATIA;parts;products;assembling drawings