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CAD技術(shù)對機(jī)械制圖教學(xué)的應(yīng)用策略論文
摘要：現(xiàn)代機(jī)械制圖已經(jīng)廣泛應(yīng)用CAD技術(shù)，而在機(jī)械制圖教學(xué)中也需要進(jìn)一步加強(qiáng)和延伸CAD技術(shù)的應(yīng)用方向與效果。為此，本文分析了CAD技術(shù)在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用維度，并列舉了CAD技術(shù)的部分機(jī)械繪圖設(shè)計(jì)中的二維和三維模型功能。最后總結(jié)了機(jī)械制圖教學(xué)中應(yīng)用CAD技術(shù)的三維建模策略，以便為CAD技術(shù)在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用提供參考。
關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖；CAD技術(shù)；應(yīng)用策略
一CAD技術(shù)在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用維度
（一）CAD技術(shù)概述
在CAD版本升級到v8.9.8.1472之后，達(dá)到了更高的識別率，并補(bǔ)充了三維模型的應(yīng)用空間。因此，可以為機(jī)械制圖教學(xué)提供更為直觀的圖形設(shè)計(jì)方案與視覺效果，輔助學(xué)生了解并掌握機(jī)械制圖的實(shí)踐內(nèi)容[1]。
�。ǘ〤AD三維表達(dá)
傳統(tǒng)的機(jī)械制圖是以二維平面樣本作為教學(xué)工具，相對而言學(xué)習(xí)者對于機(jī)械構(gòu)造的三維剖面認(rèn)知較為籠統(tǒng)，無法真正形成對于機(jī)械制圖的三維空間想象。而利用CAD技術(shù)則是將現(xiàn)實(shí)設(shè)備零件，通過虛擬場景再現(xiàn)并顯示，其立體效果更佳直觀。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以始終圍繞立體圖像進(jìn)行討論和交流，從而達(dá)到客觀掌握機(jī)械制圖空間結(jié)構(gòu)的特征和屬性。對于機(jī)械制圖教學(xué)的實(shí)際效率具有現(xiàn)實(shí)意義。
（三）CAD技術(shù)的應(yīng)用維度
CAD技術(shù)的三維數(shù)字模型是客觀描述機(jī)械設(shè)備立體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)軟件，在課堂教學(xué)中，教師可以將已知的機(jī)械結(jié)構(gòu)作為原始教學(xué)素材進(jìn)行講解。而利用CAD技術(shù)也可以在學(xué)生實(shí)踐練習(xí)的環(huán)境下，逐步提高學(xué)生掌握CAD設(shè)計(jì)軟件在機(jī)械制圖方面的應(yīng)用技能。因此，CAD技術(shù)在機(jī)械制圖教學(xué)中存在于兩個(gè)教學(xué)維度。一方面，是以展現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)為主的圖像表達(dá)的教學(xué)輔助功能維度。另一方面，是基于練習(xí)效果的實(shí)踐應(yīng)用維度。在機(jī)械制圖的教學(xué)過程中，教師通過收集學(xué)生的設(shè)計(jì)稿件，可以直接在CAD軟件中進(jìn)行批復(fù)，這樣一來學(xué)生也可以更為直觀的發(fā)現(xiàn)自身的設(shè)計(jì)弱項(xiàng)。因此，在圖像表達(dá)和練習(xí)應(yīng)用之外，CAD技術(shù)也提供了教學(xué)評價(jià)的輔助性功能，對于機(jī)械制圖教學(xué)具有重要價(jià)值。
二基于繪圖功能與空間思維的CAD技術(shù)輔助教學(xué)工具
�。ㄒ唬〤AD技術(shù)的機(jī)械繪圖功能
CAD技術(shù)的繪圖功能十分強(qiáng)大。首先，CAD技術(shù)可以在平面繪圖中實(shí)現(xiàn)圓環(huán)多邊形、正多邊形、樣條曲線等基本圖形樣本的設(shè)計(jì)。其次，在繪圖輔助工具中，通過極軸追蹤、對象捕捉、正交、捕捉追蹤等輔助功能，可以完成針對機(jī)械結(jié)構(gòu)的幾何圖形設(shè)計(jì)。再次，通過創(chuàng)建多種類型尺寸，能夠在機(jī)械結(jié)構(gòu)的圖形中標(biāo)注具體尺寸，并在外觀自行設(shè)定量化標(biāo)準(zhǔn)。最后，通過圖層管理功能，可以在機(jī)械結(jié)構(gòu)的圖形中進(jìn)行圖層疊加或刪減，并同時(shí)設(shè)定每一突出的顏色、線型、線寬等基本結(jié)構(gòu)特性。此外，CAD技術(shù)附加的三維繪圖功能，可以將平面設(shè)計(jì)稿件轉(zhuǎn)化為虛擬3D結(jié)構(gòu)，相對的實(shí)體或表面模型，能夠產(chǎn)生更為直觀的設(shè)計(jì)效果與編輯條件。
（二）CAD技術(shù)的三維空間思維
機(jī)械制圖教學(xué)中，不僅需要學(xué)生掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)的空間特征，同時(shí)也需要學(xué)生充分了解每一設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的具體量化標(biāo)準(zhǔn)。在AutoCAD軟件中，柵格一項(xiàng)極為實(shí)用的輔助工具，可以同捕捉功能合并使用。在柵格功能下可以設(shè)置屏幕網(wǎng)格表，而在此表格中提供了橫向坐標(biāo)與縱向坐標(biāo)的設(shè)計(jì)間距。在捕捉功能的操作下，學(xué)生可以直接設(shè)定該三維空間內(nèi)的具體數(shù)值，從而量化機(jī)械結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)指標(biāo)參量。這樣一來，相當(dāng)于將所有設(shè)計(jì)方向進(jìn)行了指標(biāo)量化，而學(xué)生在不斷練習(xí)之后便可以熟識機(jī)械制圖規(guī)律，并加強(qiáng)應(yīng)用CAD技術(shù)時(shí)的空間想象力。這樣的空間想象力，正是CAD技術(shù)所提供的三維空間思維，對于學(xué)生掌握機(jī)械制圖規(guī)律和具體的量化標(biāo)準(zhǔn)具備現(xiàn)實(shí)意義。從高素質(zhì)人才培養(yǎng)方向分析，三維空間的思維模式更加是培養(yǎng)學(xué)生制圖空間創(chuàng)新能力的主要方向。
三機(jī)械制圖教學(xué)中應(yīng)用CAD技術(shù)的三維建模策略
CAD技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械制圖教學(xué)中，必須依據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的具體造型和工藝需求設(shè)定教學(xué)方案。在每一次機(jī)械圖形的講解和設(shè)計(jì)中，必須充分度量其中的相關(guān)技術(shù)功能實(shí)現(xiàn)方案，諸如：放樣、掃掠、圓角、倒角、陣列、打孔、抽殼、以及布爾運(yùn)算等都是三維建模中必須充分考量的教學(xué)環(huán)節(jié)。
（一）CAD技術(shù)中二維轉(zhuǎn)三維的技術(shù)指令
CAD設(shè)計(jì)稿件在從二維圖形轉(zhuǎn)化為三維圖像時(shí)，需要通過solprof指令建立三維實(shí)體輪廓。并在solview指令中生成機(jī)械三維結(jié)構(gòu)，在正交投影布局之后呈現(xiàn)立體剖面。此時(shí)便可以多角度觀察解析結(jié)構(gòu)的立體效果，但是并未完全生成剖面結(jié)構(gòu)，必須以Soldraw指令，將視口中生成的機(jī)械結(jié)構(gòu)輪廓圖轉(zhuǎn)化為剖視圖。此外，soldraw指令與solprof指令CAD輔助功能，可以提供使用方法及功能區(qū)分，在日常教學(xué)中可以引導(dǎo)學(xué)生自行掌握。而soldraw指令需要在配合solview指令后創(chuàng)建輪廓圖與剖視圖。并在solprof指令的支持下單獨(dú)使用。此時(shí)圖紙空間中所呈現(xiàn)的所有視圖功能皆可使用，并可以完成三維實(shí)體機(jī)械結(jié)構(gòu)的輪廓設(shè)置和編輯[2]。
（二）依據(jù)設(shè)計(jì)需求規(guī)劃建模方案
機(jī)械制圖并非虛擬教學(xué)，學(xué)生所設(shè)計(jì)的所有制圖稿件都需要最終應(yīng)用在機(jī)械結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)與制造環(huán)節(jié)中。因此，依據(jù)設(shè)計(jì)需求規(guī)劃建模方案，也是機(jī)械制圖教學(xué)中應(yīng)用CAD軟件時(shí)必須酌情考量的現(xiàn)實(shí)問題。三維建模必須與實(shí)際的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)對接，并保持高度的一致性。此時(shí)設(shè)計(jì)策略當(dāng)以滿足工藝條件和設(shè)計(jì)要求為前提，將機(jī)械結(jié)構(gòu)中的所有組合零件進(jìn)行拆解和對比，充分考量設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和裝配條件，從而完善設(shè)計(jì)精度和工藝的量化指標(biāo)。一方面，從工藝需求方面考量，需要精確測量機(jī)械結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)尺寸，諸如起模斜度、退刀槽傾斜角度、內(nèi)圓角或倒角的刻度等。另一方面，三維建模的過程中需要將機(jī)械結(jié)構(gòu)的相關(guān)特征進(jìn)行疊加，并將其組合成結(jié)構(gòu)樹或特征樹的形式，以便區(qū)分機(jī)械結(jié)果的空間效果。此外，機(jī)械結(jié)構(gòu)的特征中存在父子連帶關(guān)系，子代特征依附于父代特征，修改父代特征直接會影響子代特征的表現(xiàn)形式。因此，在機(jī)械制圖的教學(xué)過程中，需要充分考量機(jī)械結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)方案之初可以調(diào)整的特征類型，避免出現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏差[3]。
�。ㄈC(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型建模規(guī)律
機(jī)械制圖的教學(xué)難點(diǎn)并非機(jī)械外結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型往往是更加難以分辨的結(jié)構(gòu)特征。為此，機(jī)械制圖教學(xué)在引入CAD技術(shù)時(shí)，也需要引導(dǎo)學(xué)生掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型建模規(guī)律，以便達(dá)到CAD技術(shù)的預(yù)期教學(xué)效果。機(jī)械結(jié)構(gòu)的內(nèi)造型設(shè)計(jì)必須充分考量零件應(yīng)用時(shí)的適應(yīng)性功能，任何設(shè)計(jì)偏差都可能導(dǎo)致軸承部件無法精準(zhǔn)對接。因此，在實(shí)際的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)境，必須精準(zhǔn)測量機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型的具體刻度，以便保證設(shè)計(jì)樣本與實(shí)際生產(chǎn)效果相一致。同時(shí)需要盡量降低機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型的復(fù)雜程度，才能保證預(yù)算量與實(shí)際設(shè)計(jì)效果處于適用性較高的設(shè)計(jì)范圍。在教學(xué)過程中，由學(xué)生通過CAD技術(shù)所設(shè)計(jì)的機(jī)械制圖稿件，都需要在機(jī)床予以驗(yàn)證，從而評估機(jī)械制圖稿件是否達(dá)到了實(shí)際使用要求。一旦實(shí)用性較差，需要進(jìn)一步衡量CAD技術(shù)的操作效果，并通過學(xué)生的反復(fù)練習(xí)強(qiáng)化并掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型建模規(guī)律，以便達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果[4]。
�。ㄋ模┤S建模課程編制
在機(jī)械制圖的教學(xué)過程中，依據(jù)設(shè)計(jì)需求規(guī)劃建模方案，以及引導(dǎo)學(xué)生掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型建模規(guī)律，都是在教學(xué)規(guī)劃之內(nèi)的具體環(huán)節(jié)。而教學(xué)課程的合理編制，也是引導(dǎo)學(xué)生掌握CAD繪圖技術(shù)的必要措施。為此，在機(jī)械制圖教學(xué)的過程中，需要以學(xué)生的理解程度，逐步滲透CAD技術(shù)的相關(guān)功能。當(dāng)學(xué)生掌握了一定的技術(shù)要領(lǐng)之后，在進(jìn)行更為復(fù)雜的幾何模型編輯。同時(shí)需要引導(dǎo)學(xué)生掌握識別和測量機(jī)械制圖工藝的方法，通過建立數(shù)字化的教學(xué)體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生掌握機(jī)械機(jī)構(gòu)的內(nèi)部運(yùn)行機(jī)理，從而正確使用CAD技術(shù)編輯機(jī)械結(jié)構(gòu)。尤其在機(jī)械制圖空間思維要求較高的前提下，多數(shù)學(xué)生在應(yīng)用CAD技術(shù)時(shí)依賴性較強(qiáng)，并未深刻認(rèn)知CAD技術(shù)虛擬空間與現(xiàn)實(shí)空間的對應(yīng)性。為此，教師需要在每一次設(shè)計(jì)稿件初步成型或已經(jīng)趨于完善之后，將設(shè)計(jì)稿件的機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行制造和裝配，然后以實(shí)際的機(jī)械設(shè)備嚴(yán)重學(xué)生設(shè)計(jì)稿件的可行性。從而引導(dǎo)學(xué)生客觀認(rèn)知CAD技術(shù)的應(yīng)用方向與設(shè)計(jì)規(guī)律，并以機(jī)械結(jié)構(gòu)為衡量標(biāo)準(zhǔn)，明確教學(xué)流程和細(xì)節(jié)的教學(xué)質(zhì)量與效果[5]。
四結(jié)語
綜上所述，CAD技術(shù)在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值極高，多種二維和三維圖像的設(shè)計(jì)功能，都是可以直接應(yīng)用于課堂教學(xué)的有利方式。但是在教學(xué)過程中，教師也需要引導(dǎo)學(xué)生客觀認(rèn)知機(jī)械結(jié)構(gòu)的組合規(guī)律和運(yùn)行條件，從而有效利用CAD技術(shù)達(dá)到預(yù)期的繪圖設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，完善CAD繪圖與實(shí)際工藝的對接，達(dá)到機(jī)械制圖教學(xué)的預(yù)期效果。
參考文獻(xiàn)
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