将三维建模融入机械测绘实习教学模式的研究与探索

温宝琴 马春晖 袁昌富 彭霞

[摘           要]  指出了机械零部件测绘实习包含的实质内容，制订了将三维建模融入测绘实习的教学安排，通过实例阐述将三维建模融入机械零部件测绘的教学模式，将三维建模融入机械测绘实习提高学生的工程实践能力。

[关    键   词]  机械测绘实习;三维建模;教学模式

[中图分类号]  G642                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2021）15-0096-02

机械测绘实习是以工程实践为基础，以实际产品的测绘和改进设计为主线，应用机械制图基本知识学习零部件测绘，培养学生对零部件的实践能力和工程意识。这一环节可以使学生在图示能力、手工绘图能力、测绘能力、改进设计能力、查阅技术文献能力和团结协作能力等方面受到一次综合训练，为后续课程设计、毕业设计奠定基础。

传统的测绘模式只是单方面地提高了图形表达技能，因其尺规绘图速度慢、图面质量差，不便修改，不能与CAD技术充分结合，不能满足对应用型人才培养的要求。随着三维技术的快速发展和应用的日益普及，将三维几何建模引入教学是工程图学学科发展的必然趋势[1]，清华大学童秉枢教授把工程图学中引入三维几何建模的方式分为融合式和分段式，将引入后的教学模式分为主线式、分段式和独立式，林清夫对三种教学模式进行了进一步的比较和分析，并指出三种模式都存在一定的优势和不足[2]，并归纳了各自的特点，但是这些均是在理论教学中的应用，对机械测绘实习的教学中引入三维建模还未曾提及，笔者在近几年的教学中尝试将三维建模引入机械测绘实习中，既锻炼学生的徒手、尺规绘图能力，又提高学生的计算机绘图能力，从三维建模结合实际模型理解工程实践中机械零部件的设计加工，提高学生的设计绘图能力，提高教学质量。

一、机械零部件测绘包含的实质内容

机械零部件测绘包含的实质内容为：测、修、补、改，具体如下：

（一）测

测量机械零部件需要测量的尺寸。

（二）修

主要是尺寸、材料及机械零部件结构的修改，具体如下：

1.尺寸的修改：由于测量会产生误差，所以在测量零件结构尺寸后，需要将尺寸进行修改。例如测得的标准件的尺寸要查阅手册选用标准零件的尺寸。

2.材料的修改：由于测绘的模型主要是用于学生的测绘，而不是应用到真正的机械工程实践中，测绘模型的材料基本都是一致的，对于工程实践中的材料需要根据要求查阅手册，根据零件的功能选用相应的材料。

3.结构的修改：由于测绘模型的作用仅仅是锻炼学生的测绘能力，而不是应用于工程实践，有些模型对一些标准结构简化，致使所测模型并不是真正用于实践中的模型，与工程实际存在差距，例如一些螺栓连接的孔应制作为沉孔，而测绘模型中仅仅是光孔，对这些结构需要在测绘过程中进行改进。

（三）补

由于测绘模型的常年使用，致使模型中一些零部件丢失或是损坏要进行补充，例如一些螺栓螺钉等标准件的丢失、一些垫圈、垫片缺损等。

（四）改

对模型中的不合理结构进行改进。由于教学用的测绘模型不是用于实际生产中，有些模型的生产技术要求降低，致使一些零件结构不合理，例如：减速器箱体底面应略有倾斜，而模型中是水平的;游标连接处的标尺孔倾斜角度大致使标尺取出与安装与吊耳碰撞;一些模型中未设置通气器等，这些不合理的结构需要在测绘时进行修改。

二、将三维建模融入机械零部件测绘教学安排

随着三维技术的发展，我们制定了将三维建模引入机械测绘的教学安排，如下表所示。

三、以减速器为例进行分阶段测绘

（一）拆卸零部件

本阶段让学生围绕以下问题进行拆卸了解减速器及其各零部件，学会查阅手册：

1.简述减速器及各部件的工作原理。

2.模型中哪些部件或结构是不合理的？如何改进？

3.减速器的哪些部位需要密封？采用什么样的密封方式？

4.减速器的哪些部位是加工面？主要目的是什么？

5.减速器轴系部分是如何防止零件轴向窜动的？如何定位的？

6.减速器是如何实现和确保零部件实现润滑的？

7.减速器哪些零件之间存在公差配合？

8.減速器内污油是依靠哪些结构实现完全排尽的？

9.减速器箱体和箱盖上的各结构主要功用是什么？

10.减速器内油面高度是如何判断的？

当学生把上述问题回答了时，已经是查阅了手册，对减速器的结构功用有大致的了解，然后再进行下一阶段。

（二）绘制装配示意图

本阶段是要求学生掌握装配示意图的绘制方法，明确装配示意图中零件名称、种类、数量，应该注意以下几点：

1.装配示意图表达的核心是零件之间的连接关系，不考虑零件中的细部结构，如：零件中的孔、铸造圆角、过渡线等。

2.相接触的零件不能按“接触面一条线”的方法绘制，必须稍留间隙。

3.将零件当做透明体，用规定画法和简化画法绘制。

4.尽可能表达在一个视图中，如果一个视图不能表达清楚可补充其他视图。

5.可进行徒手、尺规和计算机绘制装配示意图，不需要按照模型真实尺寸绘制，但比例要协调，按正投影绘制，相对位置、大小准确。

6.绘制装配示意图时，请留好编写零件序号的位置，且零件序号编号要按照顺时针或逆时针的顺序编号，先注写零件名称，最后填写序号。

7.绘制装配示意图的顺序：先绘制轴系—齿轮啮合—外部轮廓。

（三）绘制零件草图

本阶段可用传统的授课方法进行讲解，锻炼学生的徒手绘图能力。

（四）零件测绘

本阶段主要要求学生掌握各种测绘仪器和测绘方法;掌握尺寸协调的方法;掌握特殊零件（齿轮、螺纹等）的测绘方法;学会判断零件的表面粗糙度;初步学会判断零件重要结构的公差配合类型;初步掌握零件的结构修配、补充和简单设计。

（五）绘制三维模型

根据所绘制零件草图绘制工程实践中的三维模型，这个过程中会发现根据所测尺寸绘制的三维模型会出现干涉，主要是因为测量的误差所致，要求修改草图的尺寸标注干涉检查无误。

（六）绘制装配图

根据学生计算机绘图水平的不同进行不同绘图方式选择绘制，可计算机绘图，也可尺规绘制。

（七）绘制零件图

根据装配图中要求的结构绘制零件图，绘制方式也可以自由选择。

（八）折图、撰写实习报告

四、问卷调查

通过近几年在测绘实习中引入三维建模的教学改革，对我院机械类学生进行问卷调查，调查时间为2019年9月，总人数共计57人，调查人数为55人，调查率为96.5%，调查结果显示：70.2%的学生对三维设计非常感兴趣，67.5%认为将三维建模引入机械测绘实习对自己的空间想象力有所提高，64.86%的学生认为将三维建模引入机械测绘实习对理解机械零件的结构有帮助，78.13%的学生认为将三维建模引入机械测绘实习对自己的计算机水平有提高。

五、结论及建议

对将三维建模引入机械测绘实习可以锻炼学生对了解真实的机械零件结构有很大帮助，提高学生的机械设计能力。机械类学生在大一就参与到大学队挑战杯活动中，获得了全国二等奖的成绩。但是在问卷调查中也存在以下问题：

（一）测绘时间不集中

目前機械测绘安排在学生上课期间，没有集中的一段时间，致使学生思考时间、查阅时间、教师指导时间、绘制时间总是断断续续。

（二）计算机绘图偶有抄袭现象

由于学生的计算机绘图能力不尽相同，致使在选择绘图方式时，会有学生采用计算机绘图，偶有抄袭现象，所以教师可对学生选择绘图方式时适时把握，计算机绘图能力差的学生可建议尺规绘图。

（三）本教学改革必须是学生在已经学习了计算机绘图后才能采用

我院农机专业学生把计算机绘图安排在大一第二学期，机械测绘是在计算机绘图课程上完后开展，正好是对计算机绘图能力再次提高的时机，也是将计算机绘图应用于工程实践的时机，有助于提高教学质量。

参考文献：

[1]李兵，周咏翎.工程图学课程信息化改革的探讨[J].工程图学学报，2008（1）：133-136.

[2]王静，刘炀，孟冠军，等.融合式引入三维几何建模的教学研究与实践[J].工程图学学报，2011，32（6）：66-70.

◎编辑 鲁翠红