基于三维造型的机械制图课程教学方法研究——以装配图教学为例

陆美文，陈伟珍，胡华丽

（广西水利电力职业技术学院，广西 南宁530023）

当今科学技术飞速发展，三维软件在生产实践中已得到普遍应用，教学实践中也不断的利用新技术、新手段来辅助教学。其中，UG NX软件是Siemens PLM Software推荐的CAD/CAE/CAM一体化软件，它的功能具有强大的实体造型、曲面造型、模拟装配、工程图生成和仿真运动等功能，因此，UG NX软件广泛应用于机械、汽车、航空、电器等众多领域，同时在众多专业课程的教学和虚拟仿真实践中都得到了广泛应用[1]。

UG软件强大的实体造型功能，帮助教师们改变了传统的实物模型教学方式，克服了实物模型教学的种种不足，让机械制图课更加形象生动、直观高效、提高教学质量。由于三维绘图软件UG造型极其便捷高效，教师在课堂的动态教学中，可以实现随机应变，按需造型以及修改模型，从而更大幅度地扩大了课堂知识容量，提高了课堂教学效率。为了解决教学实践中的难题，本文对UG NX三维软件辅助装配图教学进行了研究和实践。

1　装配图在教学中存在的问题

在机电类专业的教学中，装配图的教学是机械制图课程学习的重点和难点，对于没有实际生产实践经验而刚入门学习机械制图的的学生来说，想象整个机器（或部件）的内外结构，并完整准确地表达出来，对学生有限的空间思维是一个高难度的挑战。

1.1　机器或部件的工作原理不明晰

在装配图教学中，教师往往是拿着部件模型先讲解机器或部件的工作原理，教师讲得头头是道，学生听得一头雾水，一是模型太小无法让每个人都看得清楚，二是要理解工作原理还得有足够的空间想象力。对于空间思维能力较弱、学习基础较差的高职学生而言，无疑带来了极大的困难，逐渐失去了继续学习的信心。

1.2　拆装顺序说不明

零件的拆装顺序是学生理解零件结构、作用和绘制装配图的关键，教师在教学中一般也是边拆装部件模型边讲解零件的装配关系以及装配顺序。由于模型较小，学生也看得不清楚，更不能理解其中的关系，使教学效果大打折扣，学生也慢慢失去学习耐心和兴趣。

1.3　装配图的零件关系难理解

教师在讲装配图的画法时，边讲边在黑板上画图，或者由PPT展示。由于装配图较复杂，包含多个零件的形状结构，学生需要不断地将实物转换成二维图，一些空间思维比较缺乏的同学，就无法跟上。同时，离较远的同学也难以看清零件之间的分界线，特别是非接触面之间的分界线，无法看清是一条线还是两条，学习起来比较困难。

2　解决装配图教学难点的思路

2.1　直观演示工作原理

教师在讲解工作原理时，通过仿真运动，可以直观地展示机器或部件的工作状态，对于内部结构的运动，通过剖切功能，能看到内部的运转情况，学生一目了然。对所绘制的三维模型可以任意放大缩小，并且可以自由地将三维模型精确地旋转到任何一个方位、角度，而且可以随时将三维模型转换为平面投影，以便学生直接认识从三维模型到各个视图的形成过程及特点。

2.2　动态展示机器或部件的装配关系

通过三维装配应用模块，按照机器或部件的安装顺序，逐个添加零件。利用剖视图的功能，让学生可以看得见内部的装配关系。同步画出二维的装配图，直观的对比三维图与二维图的轮廓线关系。

通过三维软件建立了立体的、有光的、有色的生动渲染画面，虚拟逼真地、直观地表达出大脑中的产品设计效果。比传统的二维设计更符合人的思维和视觉习惯，声色并茂吸引学生的注意力，提高学生学习兴趣和教学效果。

3　三维软件在装配图教学中的应用

3.1　仿真机器或部件的运动

应用三维软件，将机器或部件建模、组装完成，在立体模型的基础上，添加一系列机构连接和驱动，使零件运转，从而模拟机构的实际运动，演示其工作过程。如图1所示，在讲解安全阀时，模拟安全阀的工作过程，液体压力过大时阀门被推开，液体溢出，压力减小，阀门关闭。同样，在讲解齿轮油泵时，也可以通过仿真两齿轮的啮合运动，使泵体型腔两边产生压力差而带动油液流动，模拟油泵吸油泵油的工作过程。学生就可以直观的感受机器的工作原理，大大提高理解的程度。

图1　液压安全阀

3.2　零件装配过程与画装配图同步进行

以液压安全阀装配图的绘制为例。三维软件完成建模后，逐一演示零件的装配过程，同时使用剖切功能，展示装配后零件的装配关系，学生可以直观清楚地看到接触面或是非接触面的关系，在绘图时准确绘制轮廓线，还可以通过截切、旋转，使零件内部结构关系一览无余，直观的展现零件之间的装配关系，使学生全面系统的理解装配图的绘制方法。

（1）对所有零件建立模型，进入UG NX10.0，进入“装配”应用模块，添加第一个零件——阀体，并画出阀体的全剖视图。如图2所示。

图2　添加阀体

（2）添加阀门，并画出阀门的全剖视图，阀门与阀体连接为接触面连接，在连接处只画一条粗实线，将被阀门挡住的阀体轮廓线擦掉。如图3所示。

图3　添加阀门

（3）添加弹簧和弹簧垫，并按规定画法画出弹簧和弹簧垫的全剖视图，弹簧底部与阀门连接为接触面连接，在连接处只画一条粗实线，弹簧垫与弹簧接触面只画一条粗实线；将被弹簧挡住的阀门和阀体的轮廓线擦掉。如图4所示。

图4　添加弹簧和弹簧垫

（4）添加螺杆和垫片，并画出螺杆和垫片的主视图，螺杆与弹簧垫接触面，垫片与阀体接触面只画一条粗实线，非接触面画两条粗实线。如图5所示。

图5　添加螺杆和垫片

（5）以此类推，添加阀盖并画出阀盖的全剖视图，螺杆与阀盖连接为螺纹旋合，按外螺纹规定画法来画；添加标准件螺栓和螺母，将后面没有被挡住的部分轮廓画出；添加阀帽和螺钉，并画出阀帽的全剖视图，螺钉与阀帽为螺纹旋合，按外螺纹画，阀帽和阀盖接触面只画一条粗实线。最后完成液压安全阀装配图，如图6所示。

图6　液压安全阀装配图

4　在装配图教学中应用三维软件应该注意的问题

教学实践证明，在课堂教学中适当引入三维绘图软件辅助教学，除了可以提高学生学习课程的热情，培养学生的空间想象能力外，还可以使学生对三维绘图软件一定的了解，为后续软件类课程的学习做了很好的铺垫。同时，三维绘图软件能很好地实现二维工程图的自动生成，且二、三维双向关联，具备完备的智能化标注能力和二维工程图的编辑及修改能力等，在培养空间思维能力，创造良好学习条件方面起到了巨大的作用。但是，为培养学生空间思维能力，需要进行大量的二维与三维之间的双向思维训练，这就需要做大量的习题和自主学习，比如由实体画出三视图，由三视图想象出三维实体的结构形状等，离开了三维模型后，这些练习往往需要独立思考，学生便产生畏难情绪，从而影响后续的学习。因此，利用三维软件进行造型辅助教学应该适可而止，仅仅用于入门和建立空间思维能力的初始阶段，更多的是要引导学生自主学习和积极思维，建立空间思维能力，培养绘图识图能力。其次，机械制图课程应该向着课程项目化改造的方向发展，将学生感兴趣的三维软件课程与机械制图课程整合，在学习机械制图课程的同时学习三维软件课程，从而提高学生学习机械制图课程的兴趣和教学效果。

5　结束语

机械制图是机电类专业的技术基础课。在三维软件技术普及应用的今天，教师能通过合理的方式将手工绘图与计算机绘图，将看图、画图和三维造型的理论与实践相结合进行一体化教学，使学生在学习二维制图与三维造型的时候能融会贯通，相辅相成，相互促进，通过制图与识图，通过三维软件将空间思维与实物模型无缝对接，灵活切换，突破了教学的难点，大大节约学生学习制图与识图的时间，同时也节约学习三维软件操作的时间。根据教学内容适当利用三维软件优化教学过程，可以大大提高教学效率，起到事半功倍的效果。

参考文献：

[1]毛炳秋.中文版UG NX8.0基础教程[M].北京：电子工业出版社，2012.