基于三维CAD软件NX的工程制图教学改革

张卫芬　杨星星

摘要：本文针对工程制图的现状提出了基于三维软件NX的工程制图的教学改革，适应了时代的需求。提出了以工程制图的内容为主线，以NX软件为辅助，两者相融合的教学模式，教学内容和教学方法也作出了相应的调整，为工程制图的教学改革提供有益的参考。

关键词：工程制图；教学改革；三维CAD教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）05-0058-02

一、工程制图现状及教学改革的必要性

工程制图是机械专业重要的技术基础课程，其学习效果的好坏直接关系到后续相关课程的学习情况。传统的工程制图主要以点、线、面为基础，以二维平面图为图样，教学时常用三维实物模型来训练学生用二维平面图形进行表达，或由不完整的二维平面图进行读图来补充完整其他视图，即需要学生从空间到平面，再由平面到空间进行反复思考，学生初学时对此觉得难度较大，导致部分学生产生厌学情绪，尤其是一些难点，如截交线、相贯线、读图等，更让学生无所适从，学生在绘图、读图等方面的能力提高较慢。

近年来发展迅速的三维CAD软件可快速生成三维模型，大部分三维CAD软件可参数化建模，只需修改相关参数和约束，即可获得新的模型，且可由三维模型直接生成二维工程图，投影不易出错，三维建模需学生动手操作软件，易激发学生的学习兴趣，三维和二维之间的快速切换有利于学生在建立三维模型的同时理解二维视图的表达。因此，基于三维CAD的优势和社会发展的需求以及如何保证工程制图的教学效果，我校与西门子公司进行了相关合作，采用西门子公司所提供的NX软件作为教学软件，开展了基于NX的工程制图的教学改革。

二、工程制图教学内容改革和NX在教学中的应用

为了既能掌握工程制图的相关知识，又能利用NX软件的优势，在教学模式上采取以工程制图的内容为主线，以NX软件为辅助，两者相融合的教学模式，教学内容和教学方式也作出了相应的调整。

1.工程制图的基本知识和NX软件简介。主要介绍工程制图的国家标准以及NX绘图软件的相关界面、基本命令，建立一个简单的三维模型。

2.基本体。基本体是工程制图的基础内容，主要介绍圆柱、圆锥、棱柱、棱锥、球、圆环等内容，传统工程制图中重点介绍它们的三视图的形成及特点，结合NX教学后，除了用课件介绍这些内容之外，还可结合软件讨论基本体如何形成。如以圆锥体形成为例，可通过旋转、拉伸、扫描等方式得到，这可使学生加深理解转向轮廓线、素线、母线、导线等重要概念，也有利于对三视图中为何两个视图为三角形，一个视图为圆形的表达和识别。在教学过程中，重点要求学生熟练掌握所有基本几何体的建模过程和各种方法，并生成相应的投影视图，为后续内容打好基础。

3.组合体。组合体中有几大难点，一是相贯线和截交线，例如两圆柱体进行相关时，两圆柱体的直径和轴线的相对位置对相贯线影响很大，传统教学中常介绍通过取点的办法来完成相贯线的绘制，较为复杂。利用NX强大的参数化建模，通过改变参数即可实时观察相贯线的变化，在生成的三视图中也能得以体现，因此，在教学中，既介绍基础的取点法，也利用软件让学生观察相贯线的形成和变化，加深学生对内容的理解和掌握。二是组合体中的读图，读图常要求根据给定的视图来补画其他视图，学生在学习中需根据已有视图想象机件的空间形状，然后再补画。在教学过程中发现有的学生能想象出空间形状，但补画的视图有欠缺，细节考虑不全，所画非所想，利用NX的建模可将所想变为所得。三是组合体中的尺寸标注，实际教学中，学生漏标、多标或者标注不合理很常见，主要原因是形体分析不到位，如叠加式组合体，利用NX建模时，是逐渐一个一个形体叠加而成，学生在建模这一过程中能理解各个单独形体的组成以及各形体之间的相互位置关系，再加以介绍定形尺寸和定位尺寸，使学生能熟练掌握尺寸标注的方法。在组合体这章中，形体分析尤为重要，在教学中，应注重培养学生如何利用NX进行CSG机件构型的训练，既能分析形體的组成，也能迅速建模。

4.机件的表达方式。如果说工程制图是工程界的语言，那么机件的表达方式则是这种语言的语法。“语法”中的重点和难点较多，尤其是各种剖切的方法以及剖视图在投影时要注意的事项。该部分内容在讲解时，介绍完基本知识点后选用相关典型机件，先利用NX进行三维建模，让学生熟悉机件的外部和内部结构，然后生成二维视图并进行相关剖切，这对于学生理解各种剖切的方法有很大帮助，可以在二维和三维之间自由切换，对剖切位置、剖视图中的虚线是否存在、局部剖视中的断裂线、断面图中何处有线等等问题能得到更直观的理解。

5.常用件和标准件。NX软件开发了常用件和标准件建模的快速方式，如齿轮，仅需输入齿轮的基本参数即可完成建模，两齿轮的啮合的三维模型也可获取。再如螺纹，可建模生成符号螺纹和详细螺纹，符号螺纹在生成二维视图时与国标一致，详细螺纹给学生更直观的印象。因此，利用NX与课件，使学生对标准件和常用件的参数、结构及表达方式得以理解和掌握。

6.零件图和装配图。零件图中，讲解有关零件图的内容，重点介绍零件结构、零件表达方案的选择、零件图的技术要求和零件图的尺寸标注。利用NX完成零件的三维建模，并在制图模块中生成相应的二维工程图，但零件图中相当关键的如尺寸标注、形位公差、技术要求等仍需手动添加，对NX自动生成的二维工程图中的一些细节也需要修改，这样才能完成一张完整的且符合国家标准规范的图纸。

利用NX来讲解装配图可起到事半功倍的效果，传统制图教学中，装配图的难点一是如何正确画出装配图，二是如何读懂装配图。NX中通过给零件添加相关约束关系即可完成三维装配，在这一装配过程中，学生能实时观察并分析各零件的形状特征和相互的位置关系，加强了对各零件的结构形状的认识，为装配图的二维视图和读装配图作好准备。利用制图模块可自动生成二维装配图，但装配图应选用何种表达方式仍是重点，装配图中如序号、明细栏、尺寸标注、技术要求等仍需手动添加。

三、教学方法

在教学过程中，除了传统的课堂讲授基本知识之外，还有上机练习、课后习题练习等相关教学环节。课堂教学中充分利用多媒体技术和CAI课件，通过生动的动画、声音、图像等来讲解制图的内容，利用NX软件让学生自行建立所需的机件的模型，这对于学生理解和消化课堂教学内容有很大帮助，学生在建模过程中能充分调动其主动性和积极性，有些学生能积极思考，采用不同的方式方法来完成，但仍需教师在教学过程中把握要点，即不是以完成建模为目的，而是利用NX强大的建模功能来辅助学生理解制图的内容，培养学生正确绘制和阅读工程图的能力，培养学生从平面到空间，再从空间到平面的思维能力。课后习题练习同样重要，一方面有助于学生掌握NX软件的使用，另一方面促进学生对课堂内容的理解和掌握，提高学生解决实际问题的能力。教师在平时加强学生的课外答疑辅导，才能发现问题，巩固学习效果。

四、教学实践与效果

经过工程制图的教学改革后，学生的总体改变是对工程制图课的兴趣变浓，学生的空间想象能力得以提高，通过二维和三维的结合，更容易理解二维视图。在二维视图读图方面，更容易想象空间立体形状，对投影和立体的对应关系理解更为透彻，三维软件对一些空间想象能力较弱的同学有很好的辅助作用，能将头脑中所想象的立体结构变成可见的三维模型，从抽象变为具体，大大提高了学生读图的能力。实践证明，通过这种教学改革后，学生在建模、读图、尺寸标注、零件图、装配图等方面都有很大提高，学生更能做到“有效听课”，对一些空间立体感较弱的同学增加了学习兴趣和自信心，学生成绩普遍较高，收效甚好。

从教师角度来看，加强了教师自身对NX软件的学习，并且寻找工程制圖和NX软件之间的契合点以便更好的为教学服务，对教师的业务水平和知识的更新有很好的促进作用。在教学过程中不能片面的讲解三维软件，而是要培养学生学习工程制图中的思维，三维软件只是辅助理解工程制图中的内容而不是课程的主要内容，促进教师在教学模式、教学内容、教学手段等方面的研究，提高教学质量和教学效果。

参考文献：

[1]宋胜伟，王本永，杨晨升.浅谈工程制图课引入三维建模的教学改革[J].教育现代化，2015，（5）：81-84.

[2]吴擎，杨扬，夏俊芳，刘梅英.三维CAD动态建模辅助工程制图教学的方法[J].大学教育，2015，（9）：161-162.

[3]康兰.采用三维CAD软件的工程图学教学实践[J].工程图学学报，2007，（6）：152-156.