UG软件在《机械制图与CAD绘图》课程中的应用

黄瑾之

(广西现代职业技术学院 广西河池 547000)

本学期，我主要给20级的学生讲授《机械制图与CAD绘图》这门课，该班均为普高班学生，他们喜欢学习，善于合作，能够对问题进行思考并需求解决方法。随着教学内容的加深，学生们表示听不懂，无法想出实体模型的形状、内部结构，单靠图片、软件上课，我口头表述，也只是对牛弹琴。我也曾利用橡皮泥、纸盒等工具制作模型辅助教学，但模型的制作速度慢，需求大，模型小且不易观察，此方法是治标不治本。经反复思考与实践，我发现，将UG应用于《机械制图与CAD绘图》中，可以现场建模，快速出图，解决了教学的一大难题。

一、UG NX软件的介绍

UG是一款集CAD/CAE/CAM于一体的三维软件，具有建模、仿真、工程图、加工等模块[1]，可以完成产品设计、性能分析以及数控编程过程。建模模块可以利用草图建立三维模型，制图模块可实现三维图与二维图的转换，直接生成剖视图、局部视图、基本视图等，学生可以直面观察二维图线条来自于三维图哪个部位。仿真模块可对数控加工过程进行模拟仿真，实现自动编程。装配模块可进行零部件的装配，建立爆炸图，逐一观察各个零部件[2]。

二、《机械制图与CAD绘图》课程的现状

（一）教学资源单一，模型的制作耗时耗力

现代教学中，多数教师采用信息化教学方式，利用PPT、微视频、实物等辅助教学，但PPT中的图形多数为静止，不利于学生从多方面、多角度观察零件，而从各种素材库中找到的微视频也并不完全符合教学的要求。教学无模型，教师上课无实物，指导学生学习很费力。这就需要教师课后花更多的时间制作模型，或者把制作模型的任务作为课后作业，交代学生完成，这需要花费大量的时间、精力。同时，模型太小、数目少也不利于学生观察学习，教材更新换代较快，图形也各有差异，制作模型永远是治标不治本[3]。

（二）学生的掌握能力不同，教学进度缓慢

该班学生均为普高生，高中学生之前尚未接触此类课程，一开始接触本门课程，学生表示出较大的兴趣，也较快地掌握了CAD的基本操作，能够绘制平面图形，随着教学内容的加深，学生出现了极大的两极分化现象：一些学生绘图速度快，准确度高，一些学生绘图错误率高，如：不知相贯的两个体是哪个？无法想象基本体截断后截断面的形状。教师为了保证大多数人都可以理解知识点，就会降低教学进度。

三、UG在《机械制图与CAD绘图》课程中的应用

（一）UG在绘制截断体上的作用

《机械制图与CAD绘图》常常要根据正投影作图原理和方法绘制出基本体、截断体、相贯体等图形的三视图。绘制简单基本体时，多数学生可以依据图形、空间想象能力画出三视图，如绘制圆柱的三视图，我可以利用水杯等实物作为模型引导学生画图。而绘制截断体时，利用UG可以实现举一反三的效果。如图1正六棱柱被一个正垂面所截，画出其截断体的三视图。用UG建模，找出截平面与立体表面的交点，找出交点的投影同时区分各点投影的可见性，依次连接各点，即可画出截断面的三视图。UG中，切换到草图模式，修改正多边形的边为5，即可变成课堂习题，让学生绘制正五棱柱被一个正垂面截断后的三视图，如图2。

图1

图2

（二）UG在绘制组合体上的作用

组合体主要分为叠加式、切割式、综合式，绘制三视图，往往采用形体分析法和线面分析法。形体分析法即假想将组合体分解成若干个简单的形体，再分析其组合方式、表面连接方式等[4]，如形体间表面连接方式是否存在相切或者相错的情况。这对于基础较差、空间思维能力不强的学生而言难度较大，也会丧失学生对学习的积极性。UG中，可以建立模型，通过旋转、平移、隐藏的形式让学生多角度、多方位观察图形，依据图形想象出物体的主视图、俯视图、左视图等，知道应该用什么线形画图，知道如何利用“长对正、宽相等、高平齐”原理作图。如图3，在绘制轴承座的三视图时，利用隐藏功能分别显示支承板、底板、圆筒、助板，或者只显示相连的两个部件，实现对组合体的分解，便于观察其表面连接方式、相对位置关系。

图3

（三）UG在绘制剖视图上的应用

对于内部结构比较复杂的零件，我们通常采用剖视图的方式绘图。想象力较弱的学生，无法想象出将物体剖开后，哪些线型该改为虚线，哪些线型无需再绘出。没有实物或者相应的视频作为辅助，课堂教学难于上青天。UG的截面模式就可以将物体剖开，自动隐藏处在观察者和剖切面之间的部分，学生可以直面观察物体剖开后的状态，区分出从视图变成剖视图后线型的变化。

四、基于UG的《机械制图与CAD绘图》教学效果

（一）课堂教学效果好，学生学习兴趣提高

用UG制作虚拟模型，节省了手工做模型的时间，也能提高大家的建模能力。课堂上，在讲解组合体的绘制时，教师使用UG建好模型，将模型从主视、俯视、左视三个方位摆放观察，讲解“长对正、宽相等、高平齐”的三等关系，说明哪条线是模型中的哪部分，并让学生对照模型一条线一条线画出三视图；在讲解部件的表面连接方式时，可对模型进行拆分，讲解模型的组成部分，观察各个部件的表面连接方式，从而得出部件相切、相交、相邻时二维图的画法，也可利用UG的制图模块画出组合体的三视图，刺激学生感官。课堂中还可以随时补充、减少模型，使模型贴近课堂教学，有了模型，学生的认识、分析、记忆能力明显增强，有了模型的渲染，学生的配合，课堂氛围好转[5]。

（二）避免了填鸭式的课堂教学模式

未将UG运用于制图课前，由于模型的缺乏，教师只能根据现有的模型教学，教师教什么，学生一味地学什么，而忽略了自己本身对知识的思考，只会机械地接受知识、记忆知识、做题、画图，当遇到不同的图形时，多数学生往往不会举一反三，缺少应用知识、解决问题的能力。UG的使用，可以让学生观察不同模型，引发自身的思考，培养独立思考、解决问题的能力，避免了填鸭式的理论知识教学讲解，防止出现学生学习兴趣不高、缺乏学习主动性的现象。

（三）模型的多样性增加了课程教学资源

优秀的课件可以提高课堂效果，活跃课堂氛围，增强学生对知识的理解能力。用UG制作的教学模型，可以多次循环使用，可以修改某个尺寸重新生成模型，或者稍微改变草图、改变部件的连接方式、组合方式就可以得到不一样的模型，模型的使用率高，灵活性强，利用模型的多样性还可以制作不同的习题，丰富课堂习题，模型的多样性丰富了教学资源，也为教学资源库的建设提供便利。

五、应该注意的问题

（一）模型的摆放问题

UG中，模型的摆放位置不同，利用制图模块生成的三视图也会不同。建立模型前，应先观察题中模型的摆放位置。如图4（a），让学生画出开槽六棱柱的三视图，观察图形，可以发现，六棱柱有两个侧面与正面平行，开槽的方向亦与正面平行，根据制图模块生成的三视图如图4（b），此为该题的正确答案。现将六棱柱旋转一定的角度放置，如图5（a），其生成的三视图如图5（b）。可以明显看出，同一尺寸的模型摆放位置不同其三视图不同。教师授课时如不能依据题目准确建模，便会影响学生的判断。

图4

图5

（二）三视图的视角问题

三视图的形成主要是利用正投影的方法来实现，由投射线经过三维实体，在水平面、正平面、侧平面得到二维图形，实现“三等关系”。在我国，我们主要利用第一视角得到三视图，而在国际间的技术交流中，常常会遇到第三视角画法的图纸。UG的制图模块，提供了第一视角、第三视角来获得三视图，如图6，视角不同，三视图亦不同。

图6

六、结束语

将UG应用于《机械制图与CAD绘图》这门课，激发了学生的求知欲，提高了课堂氛围，学生变得爱学、会学、会思考、会举一反三。两种软件的结合也对老师有了新的要求，教师既要熟悉制图课的理论知识，熟悉Auto CAD软件的操作，也要熟练应用UG NX软件，这样才能更好地将UG NX软件应用于实际教学中，为课堂教学添砖添瓦。