基于UG软件的机械制图课程教学改革研究

2018-11-20狄金叶黄海龙

装备制造技术 2018年9期

狄金叶，黄海龙，陈艳，张丽

（1.青岛工学院机电工程学院，山东青岛 266300；2.吉林大学工程训练中心，吉林长春 130025）

随着全球工业对机械制造和应用的需求不断提升，机械专业人才的培养要求正变得更加严格。机械类相关专业的学生在校就读期间，应努力提升自身的识图、读图、绘图能力，具备扎实的分析表达力与合理的空间想象力。《机械制图》课程作为必修专业课程，是培养以上能力的基础课程，经过专业教学培养后，学生应达到掌握良好制图知识技能的教学目标。当前，机械制图的实际教学仍存在诸多教学困难，因而积极借助UG等专业的三维实体制作软件来辅助机械制图教学，深度推进机械制图课程的教学改革，是十分必要的。

1 UG软件概述

UG软件是深度融合计算机功能辅助完成CAD/CAM/CAE一体操作的参数化软件，功能强大，主要体现在基础建模、设计制图、加工装配、模具仿真等方面，其在具体功能表现中，具有易操作的优势，广泛应用在机械、模具设计制造、机电一体化以及数控加工等领域。UG软件中所装载的CAD模块，常会在具体课程教学中突出两方面内容：其一是建模Model模，可提供相关工具来设计参数复杂的实体及曲面；其二是制图Drafting模块，能相应有效获得与三维实体模型对应的二维工程图[1]。UG软件的应用，能够对特殊结构组合中的难点部分进行必要的编辑建模，以便学生搭建更有效的观察途径来提升教学质量。

2 机械制图传统教学表现与改革必要性

机械制图课程教学始终将图样作为重点内容。面对当前市场需求及行业竞争的日益激烈，国家相关标准的出台稍显滞后，同步性不足，弊端频现。一方面教师的教学需要借助实物演示才能更有说服力和指导性，但实物的更新换代较快，实物演示的教学方法中信息滞后性严重；另一方面学生的抽象逻辑与空间思维能力尚且较弱，直接影响到学生对专业课程知识点的消化和吸收。因此，长期以来的传统教学理念与手段如今已经不合时宜[2]。

第一，重手工绘图而轻机械绘图。如今，仍有些院校的机械制图课程要求学生手工绘图，虽然学生手绘能力较强，但效率低下，难以胜任企业要求。第二，教学视图习惯与企业需求不符，机械制图教学主要以第一视角投影建模组合视图，而主流企业采用第三视角视图，教学与应用存在脱节。第三，2D、3D图的教学重心需要把握。采用辅助软件进行三维机械图教学时，并不应该舍弃二维工程图，而且要坚持多面并重。因为二维图可标明立体图中无法明示的尺寸，可展示复杂机件内部构造，可表达设计人员的独特设计理念。因此，现代机械制图课程教学中，要加强对二维工程图与三维实体图的合理教学，坚持做好教学改革，增加二维图的投影视图与剖视图教学内容，同时还应合理设置三维图教学课时，合理使用UG等专业软件，引导学生熟练掌握常用零件图的绘制。

3 UG软件的机械制图课程教学改革应用

3.1 UG软件的机械组合体教学应用

UG软件的三维设计与实体渲染等功能，使其可制作形象生动的实体模型图。教师想要在教学中及时绘图，就需要自身具备过硬的UG操作技术。通过基本体的叠加或剪切转化为组合体后，学生能更好地获知模型生成特征[3]。教师利用可视化步骤，可在绘图中讲解不同线面及模型的特性。教师通过将二维视图转化为三维立体图后，帮助学生建立空间模型，可有效增进学生的空间思维能力。

3.2 UG软件的机械三视图教学应用

三视图是机械制图的教学重难点，学生要学会掌握不同的投影规律，灵活结合两类视图来作出第三视图，从而完成立体与投影的转化，如图1所示。传统的教学中，教师需要将实物摆放好后，直接选择三个方向，让学生“所见即所得”，绘出可见部分。很多学生若没有具体实物模型，空间想象力大打折扣，并不能较好地完成三视图，久而久之直接影响到学生的兴趣与信心。因此，教师应积极使用UG软件，灵活搭建三维立体模型，并配合讲解进行旋转、投影等操作，让学生体会立体与投影之间的规律，掌握必要点、线、面关系与特点，扩展想象力。通过演示UG中三维图转二维投影视图的过程，学生可有效攻克三视图教学难点。

图1 典型三视图

3.3 UG软件的机械剖视图教学应用

剖视图是一类用于展现零件内形的特殊图样集合，其会受剖切位置与方法的差异性影响而出现不同的内容，有全剖和半剖之分，如图2所示。传统教学中使用实体模型或挂图授课，学生对具体的剖切法与剖切点依然含糊不清，对于投影线、剖面线的作图更是模棱两可。可利用UG软件构建实体模型，直接通过“剖面视图”工具功能选择不同点位剖切平面并生成假想剖切工程图，从投影面观察就可读懂剖视图。

图2 典型半剖视图

3.4 UG软件的机械装配图教学应用

机械制图的具体应用之一就是要读图指导装配。装配图将不同产品的工艺规程进行合理设计制定，从而成为用于具体工业装配、机械检修工作的技术性文件资料。在传统的机械装配图及零部件拆图教学中，常常面临教师难讲、学生难懂的尴尬局面，因此可直接使用UG软件绘制三维模型，使得教师所展示的机械装配图可形成实体化的装配产品，同时教师利用UG软件来制作各种装、卸过程的清晰视频动画，可有效提高教学水平与质量[4]。UG装配建模一般秉承“自顶向下”或“由底向上”的原则，需要整体加强UG中零件、装配模型、装卸视频等各方面的创建应用。如减速器（见图3）在UG的创建中，可用UG准确画出机体、齿轮与轴、轴承、轴套、挡油环、调整环、螺栓、油塞、油标等箱体附件，并及时根据约束尺寸来完成主体与空腔的合并与创建。当然，利用UG中设置的装配模块还能建立装配图的剖视与爆炸图（见图4）。让学生一目了然读懂零件间装配关系与具体的功能作用，进而完成对装配图的掌握。

图3 UG软件应用中的减速器立体效果图

图4 减速器装配爆炸图

4 基于UG软件的机械制图课程教学改革效果

4.1 形成了动态化的教学过程

授课教师在熟练掌握UG软件后，可直接在课堂讲解中进行实体模型的构建，并及时结合教学需要完成旋转。如在组合体的教学部分，组合体的不规则构成随着软件的任意角度翻转而变得清晰，借助切割功能，帮助学生掌握到不同投影面的投影效果。

4.2 扩大了学生的学习兴趣

UG软件的课堂教学应用将集中展现软件的不同功能，其强大的功能让学生耳目一新，教学难度也相应有所降低。学生会对实体模型的构建、空间层面的翻转切割等操作产生浓厚的兴趣，从而更有利于掌握二维与三维图形教学，进一步释放了学生的活力，挖掘了学生潜力，激发了学生的学习兴趣与主动性。

4.3 提高了课程的教学质量

通过UG软件的综合教学应用，平面制图与空间实体创建变得有机统一，在开发学生思维逻辑的同时，保障了学生综合能力的提升。通过在机械制图课程中开展现代软件融合的教学改革，能够重新定义课程教学内容，让更多现代软件服务于传统教学学科，为传统教学升级带来更多的平台与载体，有效激发了学生的学习热情，为学生的发展带来更大的动力。