组合体读图教学方法新探

2019-08-16张迪黄建生

职业 2019年8期

张迪黄建生

摘要：基于目前中职学生在学习机械制图课程中普遍存在读图能力不足的问题，本文结合投影理论及相关组合体图例，总结归纳出两种易于学生理解掌握的组合体读图法，即拉伸法及切割法，并基于inventor三维设计软件，指导学生进行建模实践，以便有效提升学生读图能力。

关键词：组合体拉伸法切割法建模实践

一、中职学生学习制图中存在的读图问题

对于机械类专业的中职学生来讲，机械制图这门课属于专业基础课，课程目标就是培养学生的读图及画图能力。由于中职学生培养的主体方向是面向生产操作而非设计研发，所以培养目标中读图的重要性更为突出一些。从形体角度分析，任何机器零部件都是由多个基本体经叠加或切割而成，即属于组合体概念的范畴。因此掌握组合体读图法就成为了顺利识读零部件图的基础。对于这一部分知识的学习，目前中职学生存在的客观问题有：基础文化知识薄弱、学习动力不足、知识领悟能力较差等。尤其在组合体读图这一教学模块中，最为突出的问题是不知如何根据三视图正确联想出三维实体。虽然教材中提到了一些读图技巧和思路，但是脉络不是很清晰，学生并不能较好地理解和掌握，从而在一定程度上影响了后续实训教学的学习。鉴于此，亟待探索一种较系统并易于中职学生掌握的读图方法

二、读图教学方法

组合体分为叠加型、切割型及综合型三大类。其中综合型可以看成是前两种的复合。下面的内容将围绕叠加型及切割型两大组合体门类展开讨论读图的具体方法。

1.叠加型组合体的教学方法

叠加型组合体是由若干基本体叠加而成。基本体是叠加型组合体的最小组成单元。而基本体亦可以理解成由某截面沿某固定方向拉伸而成的几何体。此截面的特殊之处在于，它是平行于各投影面的，即属于平行面的范畴，所以，拉伸方向可以理解成是沿垂直于投影面的方向进行拉伸。

基于以上思路，疊加型组合体的读图步骤做以下梳理：首先在三视图各投影视图中寻找并确定哪些封闭区域属于平行面（平行于该投影面），并进行编号;然后让各编号区域沿着垂直于投影面的方向进行拉伸;最后再将得到的各基本体进行叠加，从而组成三维结构的叠加型组合体。鉴于这种方法与三维设计软件中的拉伸建模方式类似（投影平面相当于三维绘图平面，拉伸方向为绘图平面法向），笔者称之为拉伸法。

下面引入叠加型组合体实例进行方法说明。

如图1所示，为某叠加型组合体的三视图，要求学生根据此条件，识读出三维实体结构。

（1）教学步骤。首先，在三视图中对各封闭区域进行分析，确定各视图中哪些封闭区域属于平行平面。

具体方法是在主视图中，长条孔与主体四边形轮廓所形成的封闭区域平行于正投影面，且与侧投影面及水平投影面成垂直关系。由此根据正平面投影特性可知，该封闭区域为正平面，其编号定为①;同理，主视图底部八边形围成的封闭区域亦为正平面，其编号定为②;左视图中，三角形围成的封闭区域平行于侧投影面，且与正投影面及水平投影面成垂直关系，由此根据侧平面投影特性可知，该封闭区域为侧平面，其编号定为③。

然后，把编号的三个封闭区域，分别垂直于投影面方向进行拉伸（拉伸的距离可由其他两视图确定）。

（2）具体方法。编号①与②的封闭区域沿正投影面法向（Y向）进行拉伸;编号③的封闭区域沿侧投影面法向（X向）进行拉伸。拉伸结果如图2所示。

最后，令三个拉伸得到的实体模型进行叠加组合，从而生成三维实体模型，结果如图3所示。

2.切割型组合体的教学方法

切割型组合体可以理解成是某基本体经机械加工而形成的三维实体。该实体上的所有特征（如斜面、沟槽及孔洞等），都是在基本体的基础之上通过机械切割而形成的。而机械切割的路径方向，亦可以理解成是垂直于投影面的方向。

基于以上思路，切割型组合体的读图步骤做以下梳理：首先根据三视图大体形体，确定组合体的原始基本体;然后在各投影视图中根据平面投影基本理论，确定哪些积聚平面属于垂直平面（垂直于该投影面），并做好相应编号，并对各视图上的内部孤立封闭区域也进行编号;最后令编号所代表的平面及内部封闭区域，沿着垂直于该投影面的方向对原始基本体进行切割（切割深度通过其他两个视图信息来定），从而形成三维结构的切割型组合体。这种方法笔者称之为切割法。

下面引入切割型组合体实例进行方法说明。

如图4所示，为某切割型组合体的三视图，要求学生根据此条件，识读出三维实体结构。

（1）教学步骤。首先，根据三视图基本形体，推测出此组合体的原始轮廓为长方体结构，所以选择长方体作为原始基本体。然后，在三视图上运用平面投影基本理论进行分析，得到各视图的垂直平面以及内部孤立轮廓区域，并进行编号。

（2）具体方法。在主视图中，左侧斜线所表征的积聚平面，垂直于正投影面，且与侧投影面及水平投影面成倾斜关系。由此根据正垂面投影特性可知，该积聚平面为正垂面，其编号定为①;在左视图的中间部位，T型槽轮廓线所表征的积聚平面集合，垂直于侧投影面，且与正投影面及水平投影面成倾斜关系。由此根据侧垂面投影特性可知，该积聚平面集合为侧垂面，其编号定为②;在俯视图中心位置，孤立圆形封闭区域编号定为③，右端两积聚斜线垂直于水平投影面，且与正投影面及侧投影面成倾斜关系，即为正垂面，其编号定为④。

之后，根據从大到小的编号顺序，对长方形基本体进行切割。

具体方法：第一步，编号为①的正垂面，沿前后方向（Y方向）把基本长方体割出一个斜角;第二步，编号为②的积聚侧垂面集合，沿左右方向（X方向）把基本长方体割出一个T型槽;第三步，编号为③的中心孤立积聚圆柱面，沿上下方向（Z向）把长方体割出了一个孔;第四步，编号为④的两个积聚铅垂面，沿上下方向（Z向）把长方体割出两个倒角。以上四步对应图片如图5所示，最终结果如图6所示。

鉴于综合型组合体是叠加型与切割型的复合，所以综合型组合体的读图可以通过拉伸法及切割法有机结合来解决。

三、建模实践

在生产实践中，高效的三维电脑绘图已经取代了传统的手工绘图，成为绘图的主要手段。因此在新教法实施过程中，为了进一步拓展提高学生的空间想象与思维能力，同时也是为了印证以上教学方法的有效性，笔者将借助计算机辅助设计软件inventor，引导学生进行建模实践。

1.叠加型组合体建模

首先，在零件设计界面选择XZ基准面作为草绘平面（YZ平面作为长度方向基准，XY平面作为高度方向基准），利用直线及圆弧命令分别绘制图1所示封闭区域①②，选择拉伸特征命令并设置拉伸深度值进行建模，得到图2所示的效果;然后，选择图1所示封闭区域③所在的YZ平面作为草绘平面，绘制封闭区域，选择拉伸特征命令并设置拉伸深度值进行建模，最后完成效果如图3所示。

2.切割型组合体建模

首先，在零件设计界面选择长方体命令构建原始基本体;然后，选择XZ基准面作为草绘平面（YZ平面作为长度方向基准，XY平面作为高度方向基准），绘制图4中编号为①的切割线草图，采用曲面拉伸命令（贯穿切割方式）对基本体进行切割，得到图5所示编号①的效果;之后，以YZ平面作为草绘平面，绘制图4中编号为②的T型槽封闭区域，采用拉伸命令（贯穿切割方式）进行建模，得到图5所示编号②的效果;最后，以XZ平面作为草绘平面，绘制图4绘制编号③、④所代表的封闭区域及切割线，采用拉伸贯穿切割命令进行建模，最终完成效果如图6所示。