探讨机械制图与机械CAD的有效结合

张岩

摘 要：随着时间的推移，电脑科技的进步，传统的机械制图方法越来越被先进的CAD绘图程序所取代。为适应这种社会发展，高等院校机械类专业的本科生都需要掌握机械CAD绘图技术，从而使机械制图同CAD技术加以有机融合，并充分发挥其综合优点，以适应现代机械多样化的发展需要。因此本文将首先探讨机械制图和机械CAD技术之间的相互关系，归纳二者融合的主要含义，并分别总结实现二者有机融合的主要措施，从而进一步地应用于工程机械行业。

关键词：机械制图 机械CAD 有效结合 分析

所谓机器作图，即用图样来具体说明机器的构造形式、规格尺寸以及工作原理等，主要组成元件是图像、符号、文本和数值等，强调动手制图。绘画所需资料有文件、图版，用具有标尺、铅笔和圆规等。CAD就是计算机辅助设置。机械设备工程技术CAD是一种综合性的机械制图应用软件，主要进行绘图设计数据处理和三维模型，由于其简便性和实用价值而在机械类工程设计中普遍使用。而究其实质，机械设备工程技术CAD是机械设备制图技术的深入发展，其基石仍然是机械设备制图技术。在高等学校机械类学科专业教育中，两者的有机融合有效地提高了教学质量。

1 教学现状分析

当前，不少高校将《机械制图》与《CAD》当成两个单独的课题来开展课程，就是加在一起在而具体的授课流程也彼此分别讲授，制图教识图知识，CAD教制图功能。这样将两个有关联的课题割裂分开，既增加了教学时间，还没有更好的教学方法。同时，有些学者还关注到了这么几个方面，着重提出了一条新名词：教学的整体性。即打破教学的系统化、专业化，突出实用性、够用的理念，降低学生的知识压力，增强实效性[1]。这个课题提出的很好、很及时。现在科研院校的主要对象是在第一线的中、高等科学技术人员，任务就是要在有限的时候学会更多的实用技术。所以在机械制图的CAD课程实践中，必须以训练学习者的识图技能和空间想象技能为首，以制图为手段的课程目标。以往的教育实验中，有两个时期学生讲了两堂课：先是用相对大量的学时讲机械制图识图，然后再用相对小的学时讲CAD的基础制图，但这样的教学效果往往是教员说的多，而学生画的少，导致了现在的学生基本识图技能欠缺，甚至CAD画图都是抄的。大多数的学子过去上班的第一份工是企业第一线运维工，条件是会看图、会绘制草图，在对一些优秀校友提出较高需求做制图设计时，也需要了解画图技能才能够作制图工作，所以需要把识图与绘画一起加强到课程中[2]。

2 机械工程制图和机械工程CAD的概述及二者关联

2.1 机械制图与机械CAD的概述

所谓的机械制图，就是指运用制图软件画出立体结构的图样，以正确地显示出机器结构的外形、特征、形状及其作用机理，和生产、制造、使用等活动中的技术参数、技术指标有关的一种任务。它将采用最精确的形状设计，以不同的符号及标注文字、参数和数字说明方式来表达图样设计者的工艺需求，而只要根据图样设计并按照不同参数加以精细处理，就能够获得合格的产品成品[3]。

CAD画图软体是利用电脑特定程式反复操作、设计、比较、修正设计方案，最后输出设计成果的电脑画图软体。CAD画图管理软件可以大大减少工程设计员的绘图工作负荷，而且操作简单，可以长期保存，可以达到设计流程的信息化和自动化，对于提升工程项目绘图效果有着重要的帮助。

2.2 机械制图与机械CAD的关系

机器绘图是机械技术进一步发展的基础，主要强调传统手工绘画，但传统手工绘画的图样通常具有不细致且没有立体感等局限性，不可以适应机械技术发展的要求。而机械工程CAD科技的诞生克服了机械制图的不足，可以绘画出高精准度、立体全方位的传统手工根本无法绘画出来的机械设备工程图纸，并可以极大地提高绘画效果，给机械制图提供一次崭新的革命。由此可见机械制图和机械CAD有着不可分割的关联[4]。

1、机械制图的基础知识，是现代机械CAD应用的基本理论基础

机械制图基础的有关知识点，例如绘图的基础概念，各视角图形的绘制技术，投影的有关基础知识，各种机械设备工程绘图规范等是机械工程CAD绘图应用软件的知识基础。只要根据上述知识内容才能编写成准确高效的、具备实践性CAD软件程序，绘制出来的图纸才可以符合国内设备工业的制作和应用要求，才可以确保绘制程序顺利，绘制的图纸正确并便于设计者应用。所以，了解机械制图的有关基础知识对进行工程CAD会突然间是十分必要的[5]。

2、机械CAD软件是机械制图的工具

传统机械制图是手工制图，具有流程繁杂、重复度较高、工作环境乏味等弊端，而机械CAD绘图软件利用计算机绘图，可以把图纸设计人员从这样的工作解放出来，可以精确、形象的把工程设计思路表达出来，更好地解决机械工程对图样描绘效率，图高准确度，图样描绘具体形式等刚性要求。

3 机械CAD制图的优势

3.1 可以极大的提升绘图质量，从而提高了绘图效率

机械CAD绘图软件利用计算机处理、修改、计算图像与样板，相对于手动画图免去很多不必要的繁琐，节省了不少时间，CAD可以利用各种方法建立平行线、椭圆、多边形、样条曲线等基本形状，同时提供方便于绘画水平线、竖向垂直的正交能力，有助于截取简单图像上特定点的对象捕捉能力，使面斜線沿不同方向位置的跟踪能力等许多特色功能。轻而易举地克服掉手工绘图不能解决的问题，让制造精细、结构复杂的精致零件变为可能[6]。

3.2 抓住设计中心，实现图样三维设计

机械CAD程序能够创建3D立体的表面模型，表现出图形的三维空间视觉效果，其图像生动直观，容易暴露出细节方面的缺陷，方便设计师对其加以调整与改进。直接建模反应产品的几何造型的三维实体模型有利于设计者对产品的最直接的体验，进而更为注重于产品设计本身，提高了对产品的创造性，为产品设计的不断发展，设计师创造出质量良好的产品奠定了牢固的基石。

3.3 实现高精度条件，为后续生产环节提供良好基础

相比于传统制图精度，CAD测量获得的尺寸精度更为准确，同时机械CAD软件具备形状自动改变的匹配能力，因此可以在安装工作环境中选择新的零部分，并且可以按照其他零部分的形状和位置选择新零部分并加以调整，避免单独使用零部分而产生精度偏差或造成安装错误。零件环境中的资源搜索器中，在进行调整机械零件造型的时候显示了完成该零部分的各种指令，通过观察这些指令就可以比较明确的知道完成该零部分的各个过程，其中包括了利用动画展现零部分造型变化全过程的零件回放系统，让用户一目了然。而修改零部件还只能通过资源查找器中相应的命令来实现[7]。

4 机械制图与机械CAD结合的必要性

机械工程绘图称得上是中国机械设备工业中的语言，作为机械设计和制造的基础，专业机械工程设计者所需要把握的技术，机械设备生产加工制作流程中的模版，机械工程绘图需要做到尺寸精度正确、图案清晰度明了、形体完整结合才能制造出设计的机械工程商品。不过常规的手绘作品机械制图难免产生工具偏差、作图差错等，大大影响图样准确度，并且绘制所得图片不形象还会影响机器生产加工效率，甚至出现纸质图样无法保存的问题。

由于科学技术的提高，机械CAD绘图程序的绘制方法及其制作出的工程图较一般机器绘图制作出的更为丰富，并具备绘制准确性好，绘制效率高，便于存储与调整的特性。把机械制图和设备CAD有机的结合起来，不但能够达到更优秀的绘图质量，而且还能够克服传统机械制图中的许多弊端，这是社会经济日益发达和对社会产品要求日趋多元化的今天，这对促进机械制图和设备CAD科技的有效融合和开发，有着重要的意义。

5 機械制图和工程CAD融合的有效方法

5.1 机械工程绘图和工程CAD穿插运用，相得益彰

进行了教学层面上的有机整合。在针对学生课堂教学讲授中，老师可按照学校课程设置，尽可能使用CAD软件进行绘图教学，以节约绘图的课时。而针对学生课程制图，老师可按照制图的实际需要，留出课时让学生开展几何绘图教学。在介绍了基本知识点之后，再用CAD进行绘图展示说明。而针对学生零件图的教学，老师还可通过幻灯片对学生零件图绘画流程进行生动展示，并介绍了部分的注意事项，包括零部件体积和数量等，同时还介绍了绘制技巧;关于组合体视图，在我们所进行的二维绘图讲解过程中，空间想像能力很差的孩子往往不能想像透视结果，而这时通过CAD技术就能够在绘图的过程中拖拽视图，从而实现了立体三维空间表现，能够有助于他们形成立体视野，从而提高了空间想像水平。

5.2 把机器绘图的教学和机械工程CAD的有机地融合

在教学中，我们并没有局限于过去的传统教学方法，而需要把机器绘图教学与机械工程CAD结合一起，强调技术的实践性。因为以往的机器绘图大多为徒手绘制，强调绘图技术的提高，而机械工程CAD技术问世以后，在工业生产上多是流水线的机械化作业。但是在课堂上，老师们必须平衡好二者的联系，并针对学生进行针对性教育，这对于孩子们的未来发展更有益些。在经过机器绘图和CAD的有机融合之后，产生了《机械工程绘图与CAD》的教程。它把机械制图视为教学重点，以机械工程与CAD为辅讲解，有助于学习者更好的掌握绘图基础知识。

5.3 将机器绘制的课堂教学方法同技术CAD结合

在开展机器绘制教学时，教师应该首先展开二维的机器绘制，然后再运用CAD技术展开对三维空间立体形象的介绍。但在课堂教学中，仅仅知识介绍和老师单方面绘画是提不起学习者专注力的，课堂教学效果也将大打折扣。因此，如果在开展课程中，老师在没有形象参照的情况下对形象展开二维展示和三维空间介绍，学习者很难把立体空间形象介绍得完整，尤其是对于空间想像能力和思维开拓意识都较差的学习者，久而长之他们的专注力就会转移掉。所以，在课程中运用机械制图和技术CAD的制图方法结合来对课程的知识重难点部分展开介绍，是十分必要的。因此，在课程中，“零件的拆画”就成为教学的重难点，当讲授了拆解知识之后，老师便可通过CAD程序，对这部分图像加以拆分与重画，再加以三维表现，这种与课堂内容紧密结合的教学方式能够提起学习者的兴趣，促进教学品质的提升。

5.4 运用CAD技术设计的机械制图

尽量减少或者完全不采用机械制图，而是借助CAD程序进行相对复杂的几何图形的手工绘画，在绘制过程中借助CAD的各种画法和功能辅助进行绘制作业;运用CAD绘制立体图克服机械制图没有立体造型的情况;运用CAD软件实现对工程设计的及时调整与改进，使工程图样长期保留等。

5.5 改变传统教学方式

把知识点有机的融合在一起，可以引导学习者逐渐摒弃常规的用直尺、铅笔制图，以鼠标按键为笔，以计算机显示器为纸的机械制图。并利用CAD幻灯片介绍零件的制图流程，以及图样编辑过程，图样保存方法等。把的二维平面设计和CAD的三维制造技能加以对比，较为生动直接的展示形象，为学员们呈现了二者的重要差异。把教学方法有机的融合了起来，摒弃原有死记硬背机械制图知识和单调的机械制图，主要开展利用CAD软件系统制图的实践性课程，比如利用CAD技能中的编辑技术和空间立体制图能力自动做出相贯线和截交线，以及利用CAD技能表现零件组成的平面与空间立体设计等。

6 结束语

综上所述，单一的机械制图无法适应现代发展的需要，而当前中国工业制造业对机械制图技能有着更加严苛的要求，从而进行机器制图与机械工程CAD的有机融合已形成必要的趋势。学院和老师应该抓住这一点，并通过有效的举措，促进机械制图的课程、教学课程以及教学方法与机械工程CAD技术进行有机融合，为未来的机械工业培训专业人才。

参考文献：

[1]刘玉芹. 中职校机械制图与CAD课程教学改革的有效性探究[J]. 湖北农机化，2019（24）：121.

[2]王友娟. 机械制图与机械CAD结合的有效方法研究[J]. 内燃机与配件，2018（6）：106-107.

[3]张佳. 机械制图与机械CAD结合的有效方法研究[J]. 建筑工程技术与设计，2018（15）：1266.

[4]刘炳强. 中职机械制图课程与机械CAD课程的有效整合[J]. 文渊（高中版），2021（2）：1110-1111.

[5]谢新柳. 机械CAD与机械制图相结合在机械制造中的应用研究[J]. 内燃机与配件，2022（5）：254-256.

[6]田庆敏，王彩凤，陈聪，等. 信息化背景下借用教学平台提高《机械制图与CAD》课程的教学效果[J]. 信息记录材料，2020（12）：118-119.

[7]王建臣. 计算机辅助设计、制造（CAD、CAM）和《机械制图》课程的结合、探索与实践研究[J]. 教育教学论坛，2019（10）：141-142.