矿山机械类三维软件的教学方法探讨
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作者:马潇潇 江伟
摘要：三維建模软件的教学过程，应包括先从单个命令的教学出发，拆分整体机械的零件，并对其逐一建模，之后把建好的零件模型用“product”工作台装配起来，最终使学生独立完成整个机械的建模过程。
关键词：CATIA;零件;装配图;工程图
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2020）14-0288-02
一、引言
“矿山机械”作为“机械”大类学科的一个研究方向，一、二年级本科生所学习的基础课程与机械类本科生的基础课程基本一致。因此，矿山机械类本科生的三维建模软件课程，也是围绕AUTOCAD、SOLIDWORKS、CATIA、Pro-E、UG等展开的。
CATIA是3D CAD/CAM/CAE行业中软件的集大成者，目前广泛应用于汽车摩托车等机动车制造、航空航天、机械、电子、家电、数控加工行业。特别是在数控、仿真等研究方向上，CATIA的自动编程、傻瓜化仿真能力独树一帜，成为行业的执牛耳者。1982—1993年，法国Dassault Aviation公司先后推出了CATIA的V1版本、V2版本、V3版本、V4版本。一直到1994年，Dassault System公司开始着手开发CATIA的V5版本。V5版本以更强大的功能、更立体化的集成性能、更友好的界面和更亲民的操作性能，确立了其在3D CAD/CAM/CAE业界难以撼动的领先地位。
为了使学生在未出校园时，就能学习到行业内最精尖的三维操作软件，在矿山机械类三维软件的学习中，我校将CATIA V5作为重点授课内容。所以，在探讨矿山机械类三维软件的教学中，本文也将从CATIA V5入手来讨论。对其他三维软件，也能达到触类旁通、举一反三的效果，而不用一一介绍每种软件的教学方法。毕竟本文只是讨论教学方法，而不是讨论软件的优劣。
现在，本文以CATIA V5的授课为例，探讨对本科生三维软件的授课过程，应从什么知识入手、按照什么步骤教学、最后应达到什么目的等方面来探讨。
二、基本命令的教学
对于从未接触过三维制图软件的同学来说，一开始进入三维实体造型的学习时，会感到非常茫然，不知从何入手。此时，如果授课教师从具体某个零件的建造过程开始授课，学生更会感到“高山仰止”。对于CATIA V5这种覆盖面广、综合程度高的CAX软件，如果授课教师能先对其用途、工作能力和工作台进行一个归纳性的介绍，则学生在进行软件的正式学习之前，就能有大体的了解。因此，在教学进度上来说，应对本门课程的教学顺序做如下安排。
首先，用1—2个课时，对CATIA V5进行大体上的介绍。介绍的内容主要包括CATIA V5安装的硬件要求，CATIA V5安装的软件要求，安装程序的简介，安装过程中的注意事项，安装和程序主体、程序补丁及CATIA的工作界面介绍。
再用1—2个课时对CATIA进行大体的介绍以后、在进行具体某个工作台的学习之前，教师须用半个课时，讲解CATIA V5的鼠标使用和界面定制。在以后利用CATIA进行三维建模的过程中，如果每次都在软件中调用相应的命令，则会大大延长建模时间。为了最大限度地发挥键盘和鼠标的功能，使其达到“相辅相成、交相辉映”的效果，在教学过程中，对鼠标使用的讲解，是有“磨刀不误砍柴工”的作用的。例如，同时按住鼠标的中键和右键，在工作区旋转三维图。又如，同时按住鼠标中键和右键，然后松开右键，之后前后四处移动鼠标，则可以放大和缩小工作区的三维图。
CATIA的工作台众多、功能强大。CATIA的工作台包括二维草图工作台、零件设计工作台、装配设计工作台、工程出图工作台。通过仅仅一个学期的学习，很难将该软件的所有功能讲完，即使讲完，学生也很难吸收。这就要求教学过程有的放矢、张弛有度，从而融会贯通。作为机械类专业的学生，一般应以“草图编辑器”（如图1所示）“零件设计”“装配设计”三个工作台为基础，深入讲解三个工作台的各个命令。
特别要注意的是：在讲解完全部二维草图命令的时候，应要求学生把减压阀的零件图的二维草图全部画出来以备用。
三、零件设计工作台的教学
在完成草图部分的讲解后，就要进入实体造型部分的授课。如前所述，机械类课程的实体教学，一般从“零件设计”工作台开始入手。
一般机械类大学生都是从本门课开始接触三维软件的，如果实体造型部分的教学，还是像之前“草图编辑器”一样，按单个命令逐步教学的方式，一是会让初学者觉得很茫然、无从下手;二是教学过程中，学生会“学了新命令，忘记旧命令”。教学进度会被拖慢，教学效果也会大打折扣。笔者认为，在进入三维绘图技艺的教学时，如果能从命令入手、以“完成零件实例”为目标，则教学效果会事半功倍。比如，教授“凸台”“螺纹”“凹槽”时，在“零件设计”工作台下，同时以“减压阀”零件里的螺母等各个零件为例，如果单个讲解“孔”“镜像”“加强肋”“参考图元”“混合”等命令，学生会云里雾里，没有全局把控。但如果能在讲解这些命令的同时，绘制“减压阀”里的各种零件绘制给学生看，之后，并要求学生在课堂上，马上独立完成阀体零件的创建，学生则能很快吸收这些技能，而不用一个个地去孤立地学习每个命令，低效又耗时。
四、装配设计、工程图工作台的教学
在把减压阀的十个零件全部建行完成以后，接下来就进入装配环节。首先，回到CATIA的软件中，新建一个product文件。在软件中，要先确认是否进入了装配设计的工作台。很多学生会在装配设计时进错工作台，从而导致无法继续接下来的实体造型工作。注意，进入product工作台后，可单击特征树的根目录，之后单击右键→属性，在“零件编号”中修改本次装配体的名称。
在讲解“装配设计工作台”时，因为学时分配方面的限制，如果从教科书上的命令和实例入手，则只能进行单个装配命令的讲解和少零件的实体组装。但如果教师在学期之初就能对课程进行宏观把握，在前面讲解“零件设计工作台”时，就能有的放矢地让学生分别绘制一个较大的机械设备和各个零件并保存，则在讲解装配设计时，就可以把前面画好的零件拿出来组装成完成的机器。如此一来，既可以达到复习前面“零件设计工作台”知识的目的，又不用为了学习“装配设计工作台”而另外画新的零件图，从而节约时间。同时，因为一个装配机器的绘制贯穿整个学期，所以应给学生充分的时间来完成比较复杂机器的绘制。
图2的减压阀一共要画九个零件并且组装好。在本课程前面讲解“零件工作台”时，学生就已经画完了这几个零件。到讲解“装配设计工作台”时，教学过程中，只需要一心一意把装配设计工作台的命令讲解完，并要求学生装配好零件。
“工程制图”工作台的命令并不难，只要学生都能独立完成前面的零件图和装配图，则在需要哪一个实体的工程图时，在“工程制图”工作台环境下把该实体调出来，出图即可。
五、总结
总之，在矿山机械类三维软件的教学过程中，如果教师具有“学以致用”的精神，在课程开始前就对本课程有一个总体规划，高度模拟学生以后在工作中可能遇到的真正绘图实践问题，让学生从第一个二维草图命令的学习开始，就着手完成整个机器的绘制，则到课程结束时，学生必定能深刻掌握本门课的所授技能。
参考文献：
[1]张云杰，张云静.CATIA V5中文版 从入门到精通[M].第1版.北京：清华大学出版社，2013.
[2]马潇潇，腾生磊，等.滑履球面成形精度测量方法探讨及实践[J].贵州大学学报（自然科学版），2008，36（6）：25-27.
Abstract：The teaching of 3D softwares is supposed to consist of the instructions of every single command，the construction of each splitting part，the assembling of the finished parts by product，and the final independent modeling by every student.
Key words：CATIA;parts;products;assembling drawings
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