三维实体设计在机械制图教学中的应用

来源:用户上传      作者: 崔以刚

　　《机械制图》是机械类各专业学生必须掌握的一门实践性较强的专业基础课，主要任务是培养学生具有一定的识读、绘制工程图样的能力及一定的空间想象能力。传统的教学模式是从二维到三维再到二维，由于学生的空间想象能力较差，学习起来比较吃力。教学实践表明，借助于三维CAD软件的三维实体造型功能，通过对工程形体的实体模型演示，把工程形体的抽象、静止的内容转换成形象、生动的立体模型图，采用先三维、后二维、再三维的模式进行教学，既可培养学生的思维能力，也可提高教学质量，收到良好的教学效果。我校在使用多媒体教学课件的基础上，引进国产的三维设计软件――CAXA实体设计2006。CAXA实体设计2006使实体设计突破了传统参数化造型在复杂性方面受到的限制，不论是经验丰富的专业人员，还是刚接触CAXA实体设计的初学者，CAXA实体设计2006都能为其提供便利的操作。采用鼠标拖放式全真三维操作环境，具有无可比拟的运行速度、灵活性和强大功能，使设计更快，并获得更高的交互性能，还能逼真地表现虚拟现实模型，以立体的、有光的、有色的生动画面表达设计的零件、部件等。采用“拖放”式操作，简单易学，学生也容易接受。因此CAXA实体2006在工程制图中应用比较广泛，学生比较熟悉。
　　
　　一、三维实体软件辅助教学法符合机械制图的教学规律
　　
　　《机械制图》的教学实践证明:培养学生的空间思维能力和想象能力实质上是围绕三维实体与二维平面视图之间相互转换的思维活动，这个活动首先有从空间到平面的感性认识的积累，直接从二维平面到三维实体的抽象思维对初学的学生而言是比较困难的，不符合他们的学习规律。机械制图教学最好不要从抽象的点、线、面开始，因为点、线、面难以将实体形象建立起来。应从三维实体出发，这样不但可以增强学生的感性认识，还可以增加学生对投影知识的理解。对三维实体感受越深，理解就越深刻，形象储存就越丰富、越牢固，比较分析就越容易，对形体的加工、处理出现新形象就简单迅速，这就具备了良好的空间形体想象能力。
　　
　　二、三维实体软件可以满足教学模型演示需求
　　
　　根据教学的不同情况，采用方便的尺寸驱动功能，可随时选取其高级图素中的形体进行切割与叠加、截交与相贯，剖视图、剖面图、零件图等模型加以更新，还能使用零件实体进行模拟装配，它的设计功能、爆炸视图功能和运动仿真功能，使学生容易接受和掌握。例如，在组合体的教学中，基本体的组合方式、表面连接关系是教学的重点和难点，也是读图和作图的基础。在讲这一部分时，书中介绍的方法是线面分析法和形体分析法。学生的绘图速度和正确性取决于其头脑中对所给形体的理解程度，简单的形体容易很快反映出来，对于复杂的形体，使用切割、叠加的方法却很难制作出来。没有实体的对照，教师即使讲得口干舌燥，学生还是不能理解。利用CAXA实体设计2006软件中的拉伸、旋转、除料、倒角、抽壳等三维实体造型功能，课堂上可以很方便、快捷地创建任何复杂形状的三维实体。如果根据视图严格的尺寸要求，可以构造出十分精确的模型。这些形体可以清晰表达出组合体的组合形式，各部分的实际形状和连接关系，而且可以利用它的旋转功能让学生看清楚形体前后、左右、上下各个方位的连接关系。有了直观的形体，学生可以轻松地画出三视图或补齐视图中所缺的图线，提高教学质量。
　　利用CAXA实体2006造型软件实现实体模型的演示，要充分发挥教师的主导作用，不能让学生仅仅停留在看实体模型演示，要采用互动式的教学方法，引导学生分析各部件之间的关系，建立解题的空间几何模型，确定空间解题步骤以及引导学生想象作图结果的空间情况等，使学生在空间――平面――空间这样一个反复的过程中，对教学内容加深理解，并培养学生空间想象能力和分析能力。
　　
　　三、三维实体设计软件的引入，有利于激发学生学习的兴趣，有利于学生创新能力的培养
　　
　　《机械制图》在传统的教学中往往采用模型和挂图等手段进行教学，在观察主要特征及各种形体之间联系时，对同一内容会重复演示，教学效果不明显。而将多媒体课件和CAXA实体设计2006教学这一辅助手段适时地穿插于教学之中，有利于激发学生的好奇心、求知欲。通过CAXA实体设计2006三维虚拟模型库和图样库，学生增加了表象积累，启发了思维，拓宽了想象力。另外由于三维设计直观、形象，CAXA实体设计软件操作方便，教学和实践中可以增加一些构形设计，让学生充分发挥自己的想象力、构造力，通过CAXA实体设计2006使这些构想、创造变成栩栩如生的产品造型，更加激发学生学习的积极性。
　　
　　四、三维实体设计决定机械制图教学改革的任务和方向
　　
　　机械制图课程应从CAD的发展方向来重新构建课程体系。就绘图而言，机械制图应当从现代设计要求出发，不仅应使学生具有绘制和识读二维机械图样的能力，还应使学生具有设计所需的三维实体造型能力和将三维实体模型转换成生产所需的机械图样的能力。目前我国采用计算机三维实体设计的企业绝大部分只在机械产品的设计、研发、分析等环节采用三维技术，而最终的生产制造环节还要将其转换为二维图纸进行生产。因此，机械制图课程体系的建立应以三维实体造型方法为主线，培养学生的三维实体造型能力和将三维实体转换成二维机械图样的能力，以及用计算机绘制二维机械图的能力和识读二维机械图的能力。也就是说，除要求学生掌握必要的三维实体造型的基本知识和技能外，还应使学生了解视图、剖视图、断面图等基本概念和画法，掌握加工所需的非几何信息的标注方法等。在教学中做到制图基础与实体构形相结合，零件图绘制与零件实体结构相结合，读图与实体构形相结合，常用零件的画法与相应零件的实体模型相结合，三维实体造型能力的培养与实体计算、查阅资料及计算机绘图的能力培养相结合。
　　用CAD三维实体辅助教学法教学，不论从教师的教学方式、方法、劳动强度，还是从学生对学习的兴趣、对知识的接受能力，获取知识的信息量等各方面的影响都是深远的、巨大的。CAD三维实体辅助教学法是机械制图教学先进的技术成果，也是对传统的机械制图教学的一场革命。三维实体设计技术引入到传统的制图教学中，不仅是教学手段现代化的体现，而且给较为传统的制图课教学注入了新的内涵，加大了课程的信息量，激发了学生求知欲，对学生空间思维的培养有极大的促进作用，同时要求教师要及时更新知识，掌握实体设计技术，才能在教学中熟练运用。

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