UG NX软件在《工程图学》求立体表面交线教学中的应用

崔 宁

（吉林大学珠海学院 广东 珠海 519041）

UG NX软件在《工程图学》求立体表面交线教学中的应用

崔 宁

（吉林大学珠海学院 广东 珠海 519041）

利用UG NX软件建立截切体与相贯体以及截交线与相贯线形成与投影作图原理的动态立体演示模型，并将其应用于《工程图学》教学过程中，有助于培养学生的空间想象能力，提高教学效率，增强教学效果。

UG NX软件；工程图学；立体表面交线；三维建模；截交线；相贯线

截交线与相贯线的投影作图，对学生的空间想象能力和形象思维能力要求较高，是《工程图学》课程的重点和难点。对于这类知识点，传统的教学方法是教师在课堂上讲授投影作图题目时，先为学生演示实物模型，再配合讲解多媒体课件中的立体图样或动画。通过实物模型能够使学生直观地看清截切立体或相贯立体的形状，以及截交线和相贯线的形状特征，对于立体表面交线的投影作图有一定的帮助。多媒体课件通过展示事先已制作好的立体图样或动画，在某种程度上也起到辅助和补充作用。但是，上述方法对截交线和相贯线的投影作图原理与过程却难以直观而动态地展现，结果导致学生难以理解和掌握。

UG NX是原美国 UGS（Unigraphics Solutions）公司推出的产品全生命周期管理（PLM）软件，是当今世界上最先进的主流计算机辅助设计、分析和制造软件之一。UG NX软件功能强大，涵盖了从概念设计、工程分析、加工制造到产品发布的产品开发全过程，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电器电子等诸多工业领域。我们只需借助UG NX软件最基本的三维建模（Modeling）模块就可以很好地完成对《工程图学》相关知识点的教学演示。使用UG NX软件创建的三维模型，不但能够清晰、直观地表现切割立体、相贯立体甚至组合体的结构形状，以及截交线、相贯线的形状特征，从而取代实物教学模型和多媒体课件中部分立体插图及动画的基本功能；借助其强大的渲染功能，还可淋漓尽致地表现实际形体的表面特性，如颜色、材质、光泽等，给人以更逼真的实物感和立体感。另外，借助其部件导航器及相关操作命令，还能动态演示切割体和相贯体的形成过程、截交线和相贯线的详细形状特征及其投影特征，甚至投影作图的原理与过程。

截交线与相贯线作图题目

现分别就求截交线和相贯线两类问题，结合实例给出具体的应用方法。两题目及相应答案如图1~图4所示。其中，图1和图2为作截交线投影题目与答案，图3和图4为作相贯线投影题目与答案。

图1 截交线作图题目图

图2 截交线作图答案图

动态演示模型的建立

应用UG NX软件的三维建模模块，根据题意分别建立截切体和相贯体的演示模型。建立教学演示模型与在产品设计过程中对零件建模的方法和步骤有所不同。设计建模时，要考虑设计过程的科学性、规范性与合理性，必须遵循一些基本规则，如建模前应确定正确的建模策略（综合考虑模型的相关性与参数化问题）；在一个独立模型中只能使用一个基本体素特征（柱、锥、球、块等）并且只能将其作为第一个根特征（毛坯）；建模的先后次序也应尽量遵循实际加工次序等等。而教学演示模型主要作为教学过程中的辅助工具，其目的是达到直观、动态、自然、逼真的演示效果，建模过程则不必完全遵循设计建模规则，而应以更利于体现形体的构型过程（叠加式、切割式或综合式）及投影作图原理为原则。因此，在建模过程中可能会出现多个基本体素特征，而且也不一定会考虑到加工的先后顺序，但是对于相关性与参数化问题还是要尽量保证，以便于编辑与修改。由此可确定对教学演示模型建模的总体思路：不仅要完成截切或相贯后的最终立体模型，更重要的是要体现立体的形成过程。为此，可充分利用UG NX软件的草图、基本体素特征（柱、锥、球、块）、布尔运算（求和、求差、求交）、扫描特征（拉伸、旋转、扫掠）、基准特征（基准轴、基准面、点）、修剪体、相交曲线等常用工具来完成模型。

两演示模型的建模基本过程如图5和图6所示。模型一（截切体）的建模顺序为：建立基本体素特征（Cone）→截平面的母线草图绘制（Sketch）及拉伸（Extrude）生成截平面→生成截平面与立体表面的交线（Intersection Curves）→截切立体（Trim Body）→作截交线上的特殊点 （Sphere）→作假想截平面（Fixed Datum Plane）→确定截平面与截切体的表面交线（Intersection Curves）→作表面交线上的一般点（Sphere）。模型二（相贯体）的建模顺序为：建立基本体素特征（Cone）→圆柱体的母线草图绘制（Sketch）→拉伸(Extrude)并求和形成相贯体→生成相贯体表面的交线 （Intersection Curves）→在不同高度位置做多个假想截平面 （Fixed Datum Plane）→分别确定各截平面与相贯两基本立体的表面交线 （Intersection Curves）→作两表面交线的交点（Sphere）得到表面交线上的一系列特殊点与一般点。按上述步骤完成后的两演示模型分别如图7和图8所示。

图7 截切体演示模型图

图8 相贯体演示模型图

图3 相贯线作图题目图

图4 相贯线作图答案图

图5 截切体部件导航器图

图6 相贯体部件导航器图

另外，若要模型的外观效果更加逼真，还可以借助UG NX软件视图菜单——可视化下的工具，见图9，如光源、阴影、材料/纹理、视觉效果等进行渲染和处理，也可生成高质量的图像、艺术画像或创建动画等，此处不再复述。

教学演示过程

在课堂讲授相关知识点时，教师可适时打开教学模型进行演示。演示过程一般可分两步：第一步，演示立体的形成过程。打开模型文件及其“部件导航器”，先抑制除基本体素特征（圆锥体）外的所有特征，然后按照建模的先后顺序（即立体形成过程）逐一反抑制（显示）相应特征，直至完整显示整个截切体或相贯体。第二步，演示立体表面交线投影作图原理和过程。对于表面交线（截交线或相贯线）上的特殊点，可以直接反抑制相应的基本体素特征（Sphere）；对于一般点，需先反抑制相应位置的辅助基准面（即假想的截平面），再反抑制基准面与立体表面的交线，最后反抑制代表一般点的基本体素特征（Sphere）。在进行上述操作过程中，配合必要的讲解即可。

在求立体表面交线的教学过程中，教师上课时只需借助装有UG NX软件的计算机和多媒体设备，就可以为学生动态展示截切立体与相贯立体的三维模型，以及截交线与相贯线的形成过程和投影作图原理。与传统教学方法相比，本文所述方法更易于理解和接受，学生反映作图的思路比较清晰，不再像以前那样困难。另外，由于在课堂中对三维设计软件的引入，使学生对现代设计工具与设计方法产生了比较直观的认识，并激发了学生的学习兴趣，很多学生对《工程图学》课程以及本专业后续课程的学习兴趣越来越浓厚。这说明使用UG NX软件建立的这种虚拟演示模型完全可以取代教学实物模型以及部分多媒体课件的立体插图和动画，采用这种教学方式对于学生理解和掌握相关知识点是行之有效的。

[1]陈爱华.SolidWorks2005在《机械制图》教学中的应用[J].职业教育研究，2007，（3）：169-170.

[2]黄爱华，刘燕蓉.运用三维建模是改革制图教学的有效途径[J].成都航空职业技术学院学报，2004，9（3）：33-34.

[3]李丽，王玉慧.应用UG进行《工程图学》教学改革的尝试[J].农机化研究，2005，（1）：282-283.

G712

A

1672-5727（2011）05-0167-02

图9 可视化工具图

崔宁（1973—），男，吉林省吉林市人，硕士，吉林大学珠海学院讲师，研究方向为图学和机电一体化应用。