三维CAD软件辅助“机械制图”课程教学模式探索

谢中敏

江苏航空职业技术学院 江苏镇江 212134

“机械制图”是工科类专业相互交流的技术语言，是一门培养学生看图、读图以及绘图能力的专业基础课程，“机械制图”能力的掌握直接影响到学生对后续专业课程的学习。提高空间想象能力是学生学好“机械制图”课程的关键，是制图老师在教学过程中应当重点关注的课题。基于设计制造岗位调研，职业院校培养的学生应适应企业岗位能力的需要，即学生要求既能看懂常规机械图纸，又懂得运用CAD软件将机械零部件进行正确表达。实践反复证明，“机械制图”课程是理论与实践并重，主要研究包括制图基础知识，点、线、面的投影，组合体、常用机件的表达方法、零件图以及装配图的表达。学习难点是掌握更多三维实体和平面图之间的投影规律，能看懂零件并采用合适的表达方法将其绘制，也能根据平面零件图绘制出其三维图并进行装配。在传统的教学过程中，主要采用黑板、挂图、PPT为主要教学工具，教学内容常为比较空洞的二维平面内容，教学过程平淡乏味，学生兴趣差、接受能力弱，导致教学效果不佳。随着三维CAD软件的成熟和普及，在课程中利用三维软件辅助“机械制图”教学，能使教学内容形象化，并有效降低二维图形到三维模型的转换难度，有效提高学生的学习效果[1-3]。

本文将探讨三维CAD软件与“机械制图”教学联合运用的教学模式，旨在丰富教学模型的同时，降低抽象三维知识的教学难度，增加了学生对知识消化、理解和运用的能力，不断提升学生的学习兴趣。

一、三维CAD建模软件与“机械制图”的联系

随着数字化技术的兴起与快速发展，绘图工具的使用也得到全面提升，由传统的手工绘图发展至计算机辅助绘图，CAD软件技术以自身的优势进入现代化工业设计与制造行业，一方面提升了绘图精度与速度，另一方面加强了“机械制图”与三维CAD建模软件的多效融合。在现阶段，虽然二维工程图在表达非几何信息(如表面粗糙度、几何公差与尺寸公差等)时仍然具有一定的优势，但是在了解装配形体的时候还需要三维建模实体来突出形体特征。因此，在制图教学中引入现代化设计新技术符合信息化技术的发展。将三维CAD建模软件融入工程图中是“机械制图”教学改革中重要的手段，两者在相互配合使用的过程中，可根据教学场合和教学内容选择采用融合并进还是分离。三维模型实体可以帮助学生建立自己的立体世界，看的模型多了，思维得到拓宽，空间想象能力也就随之提高。

目前，AutoCAD是教学中应用最多的绘制二维平面图形的软件，它快速、易学、简单，与“机械制图”课是工科专业的必修专业基础课。目前市场上开发应用的三维CAD建模软件较多，在高校教学应用中普遍的有AutoCAD、Pro/E、UG、CATIA、SolidWorks等软件，这些三维CAD软件都有自身独特的三维建模模块和强大的建模编辑功能，具有一定的直观性。三维CAD软件所具备的绘图功能，使得“机械制图”的教学内容发生较大变化、不断革新教学方式。在学习“机械制图”传统内容中结合三维软件的学习，既是顺应先进制造技术所需的一种发展趋势，也是制图课程教学改革为之努力的一个方向。基于三维CAD软件的实体建模，将三维虚拟模型引入“机械制图”的课堂上，用以丰富教学形式，激发学生的学习兴趣[4-5]。

二、融合三维CAD软件的“机械制图”课程教学改革方式

(一)创设教学环境，打造三维模型库

在工程制图中，零件的结构形状千差万别，但是按照零件的形状特征以及零件在仪器设备中所起到的作用可以将零件分为四大类：轴套类零件、轮盖类零件、叉架类零件以及箱体类零件。为了打破教学过程中三维模型想象困难的教学难点，而起到更好的教学效果，以及便于学生在学习中更好地掌握零件特征，根据资料收集汇聚资料库里二维零件图，应用三维CAD软件绘制出相应的三维模型，建立三维模型库。

(1)轴套类零件：该类零件的主体形状特征结构是由几段直径不同的同轴圆柱体或者圆锥体组成，且轴向尺寸远大于径向尺寸，在零件表面结构上常有键槽、凹坑、中心孔、退刀槽等细微结构。这些结构在二维图中直观性较差，且常用局部放大图表达，增加了学生读图的困难。因此，在教学过程中我们建立了轴套类零件模型库，如图1所示，全方位展现零件的主观特征，大大提高学生学习制图的兴趣。

(a)转轴

(2)轮盖类零件：轮类零件通常是与轴采用键、销等连接件连接传递扭矩，比如带轮、齿轮等。盘类零件在设备中常起到定位、密封与支撑作用，如法兰盘等。该类零件的主体特征是扁平状，局部常有轮辐、沉孔等细微结构。由于零件是径向尺寸远大于轴向尺寸，且二维表达时只有右视图与主视图，读图较难，细微的结构表达不清晰，对于盘类零件与轴类零件的装配不易理解，因为我们应用三维CAD软件绘制出轮盖类零件相应的三维模型，建立轮盖零件三维模型库，如图2所示。

(a)平带轮

(3)叉架类零件：该类零件形状特征较为复杂多变，结构按照作用可分为工作部分、支撑部分以及连接部分。连接部分形状弯曲，斜扭较多，二维图不易理解，支撑部分伴有凹坑、凸台和油槽等一些细微结构。这样的图形给学生的第一印象是复杂难懂，大大降低了学生的学习主动性。对于高职院校的学生来说将二维读图空间想象成三维图是难上加难，图中采取了多处移出断面图与局部剖视图。因此，在讲解该类零件的机件表达方法时我们首先利用三维CAD软件绘制出其三维模型，如图3(a)所示，加深学生对叉架零件的特征了解，突出表达用法的使用技巧。

(a)支架

(4)箱体类零件：该类零件多为铸件，内结构多为薄壁围成的空腔，用于装载。外结构都较为复杂，二维图可观性较差，没有规律性，难以想象出箱体类零件的框架结构以及周围分布的螺孔、倒角等细微结构，如图4所示。该零件为阀体，表面结构有螺孔、耳廓、轴孔、通孔等结构，且为左右对称结构，该零件图采用全剖视图、半剖视图和局部剖视图等表达方法。对于部分机件表达方法掌握一般的学生来说，读该图存在一定难度，很难想象出细微结构所处的部位，学习效果达不到预期。因此，我们可以通过三维CAD软件建立箱体类零件三维模型库，如图5(a)所示，该图为阀体的三维模型图，我们可以清晰看出耳廓与螺纹孔的位置，直观性较强，同时帮助学生加强对机件表达方法的理解，增强学生对制图的热爱以及计算机软件的兴趣。

图4 阀体

(a)阀体(一)

(二)整合课程内容，培养良好岗位能力

职业教育的指导思想是以培养岗位能力为本位，本着“理论够用、技能为重”的教学理念，我们将三维CAD软件与“机械制图”课程紧密结合，为后续课程的学习以及就业发展提供帮助。计算机绘图是企业员工需要具备的一种重要技能，顺应了教学改革的趋势，我们将“机械制图”与三维CAD软件整合，“机械制图”课程涵盖的内容较多，为了适应学生学习，课程整合为三个教学实践模块，九个学习项目以及相应的融合三维CAD软件项目。进行模块化的教学内容安排，“机械制图”与多维CAD软件融为一体，计算机绘图知识穿插在“机械制图”内容的教学各环节，这样既可以避免减少高职教育理论课学时少，又有利于学生理解和掌握制图的基本理论，建立较强的空间思维能力，提高教学效率，教学效果显著，又体现了“与专业结合、为岗位服务”的设计理念，详见下表。

将“机械制图”与三维CAD软件整合后的课程内容模块表

三、教学效果反馈

实践证明，“机械制图”融入三维CAD软件的模型库是符合职业院校课程改革的趋势，在三维CAD软件与“机械制图”课程的融合过程中，两者是可以实现优势互补、本末相长。在SolidWorks软件帮助下我们建立了轴套类零件、轮盖类零件、叉架类零件以及箱体类零件三维模型库，将授课中的一些重点、难点内容生动形象地展示在学生面前，直观性较强，使学生的感性认识增强；另外，由于学生对于计算机软件的兴趣，可以弱化单纯制图课程的枯燥乏味，对于提高学生的学习效果和教学质量起到促进作用。