CAD机械制图教学探索与实践

汝绍锋+张燕

摘 要 运用CAD软件制图是机械类专业必备的一种能力，针对目前二维和三维CAD制图教学中存在的一些问题，提出开展实物案例驱动的二维制图模式，强调二维图纸标注的重要性，引导建立二维和三维制图的关联性，养成合理的绘图方法和习惯，拓展CAD制图教学内容，从而培养学生学习的主动性和互动性，提高学生对机械制图的研究兴趣。

关键词 机械制图 ；CAD ；教学方法 ；实践

中图分类号 TH126

Abstract Using the CAD drawing is an essential kind of ability for mechanical engineering. Aiming at some problems in 2d and 3d CAD drawing teaching， it has carried out the real case driven for 2d graphics mode. Emphasized the importance of 2d drawings marked. Guide to establish the relevance of 2d and 3d drawings. Develop the reasonable drawing method and habit. Expand CAD drawing teaching content， to cultivate the students' learning initiative and interactivity， to improve students' interest in the study of the mechanical drawing.

Key words mechanical drawing ； CAD ； teaching cases ； practice

机械制图理论课是学习二维和三维制图软件的基础，是读懂和绘制图纸的前提条件。在科技并不发达的时代，人们在图纸上用铅笔和丁字尺画出的线条组成了一幅幅图纸制造出了当时的机器。随着电子技术的发展，制图的方式也发生了翻天覆地的变化。目前人们拿着铅笔和图纸画图的经历仅仅存在于大学期间必要的课程设计中，大部分机械图纸都是依赖于CAD设计软件来完成[1-4]。机械类专业需要学习的CAD软件主要包括2类，一类是以二维绘图为主的AutoCAD和CAXA等，另一类是以三维绘图为主的Pro/ENGINEER、Solidworks、Inventor和CATIA等[5-6]。但是在CAD機械制图教学中普遍存在仅教会软件基本绘图方法，而忽略图纸标注规定和缺少实物测量等问题，特别是在三维CAD制图教学中仅注重三维模型的建立，而忽略三维制图与二维制图的联系，导致学生在学习CAD制图时感觉枯燥和脱节等。笔者结合自身的教学情况，总结在CAD机械制图教学中的经验，以为CAD软件制图课程取得良好教学效果提供参考。

1 实物案例驱动的二维制图

机械类专业学生在完成工程制图及画法几何理论课后，将进行CAD制图软件的学习。结合理论课中掌握的投影关系和绘图规则，首先要学习二维CAD制图软件。目前教学方法是：讲述完CAD软件各绘图功能之后要求学生上机练习，即要求学生在课堂上掌握相应图形的绘制方法和一些编辑技巧，课后上机进行二维图纸的绘制。上机绘图的素材是教材或课程设计中现有的图纸，针对CAD二维制图教学仅停留在“照葫芦画瓢”的阶段。这样的学习方式容易使学生产生厌学情绪。由于现有图纸不够，易导致绘图错误，而且在出错处学生不能及时了解产生错误的原因。如图1所示，在绘制主视图（图1a）加强筋板时，忽略和左视图的投影关系，而将主视图绘制成红色虚线内所示的错误形式（图1b-c）。在二维机械制图练习中，为了使制图教学更加生动形象，可开展实物案例驱动的一体化教学模式。

实物案例驱动的一体化教学模式是在进行二维制图上机练习过程中，通过现场测量实物模型获得尺寸，结合工程制图理论知识判断各轮廓线的几何关系，将获得的尺寸和几何关系运用二维CAD软件绘制成图，目的是提高学生绘图兴趣以及综合运用知识的能力，前提是要求学生熟练掌握各项绘图基本操作指令。以往的上机绘图教学中，仅提供给学生带有尺寸的图纸，而在实物案例驱动教学中，可以提供一些塑料制成的实物模型（图2）和必要的测量工具，让学生通过实物模型测量和观测，明确绘图的目的性。在教学过程中，教师起到答疑解惑作用，实现制图教学的主动性和互动性。

2 二维制图的标注

一份机械图纸必须包括图形轮廓、尺寸标注、公差标注、粗糙度标注和技术要求等内容，而目前二维CAD制图教学往往忽视除尺寸标注外的其他必要标注内容。机械图纸最终是要送到车间进行加工制造的，它不同于风景园林和艺术设计图纸，没有公差和粗糙度等标注内容，技术人员将很难读懂图纸，更谈不上加工制造，所以在二维CAD制图教学中必须强化图纸的标注。在练习教学中发现，学生在完成主要图形轮廓绘制后，便称图纸马上就要完工，这是由于在教学中没有强调图纸标注的重要性而产生的一种错觉，一幅完整的图纸标注可能会占用整个图纸绘制时间的50 %。在案例驱动的绘图教学中，虽然没有必要将满足加工要求的准确公差值等内容弄清楚，但必须掌握尺寸公差、表面粗糙度、形状和位置公差的标注规则和方法，还要学会一些标注的技巧，以提高制图效率，如利用动态块绘制不同位置的表面粗糙度。

3 二维和三维制图在教学中关系

随着计算机技术的不断革新，三维CAD软件得到飞速发展，其功能变得越来越强大，但教学中存在三维制图与二维制图脱节的问题，即三维CAD只教三维建模，二维CAD只管二维绘图。而且有些人认为制图加工还得靠二维CAD，三维CAD建模仅仅用来展示，目前有相当部分工厂企业是以三维制图为主，二维制图为辅来进行产品设计开发。因此，在教学中要让学生清楚三维制图与二维制图的关系。

二维制图过程可以理解为虚拟的“铅笔”和“图纸”，“铅笔”画出的长度就是标注后显示的尺寸，而三维制图过程实际上可以理解为三维设计过程，它是将平面图纸立体化，与二维制图最大的不同就是尺寸驱动图形的大小变化，这是三维CAD制图灵活性的体现。同时还要强调二维制图是三维制图的基础，无论哪一种制图方式最终目的是进入车间，输出产品。进入车间的图纸一般是标注完整的二维图，因此二维CAD制图既是“输入端”，又是“输出端”。而三维立体图的绘制是设计过程，建立的三维模型导出成符合投影规律的二维图形，再经过尺寸标注形成最终结果“输出端”。所以在三维CAD制图教学中必须强化与二维CAD制图的联系，使建立的三维模型“落地”。如图3所示，利用三维CAD软件建立模型（图3a），通过格式转换导入到二维CAD软件中进行尺寸标注和一些必要的修改（图3b），以完成从设计到出图的过程。

4 绘图方法与插件选用

在二维与三维绘图过程中，为完成某种结构图形，可以选用不同的绘图方法。对于一个简单的图形来说，选用不同的绘图方法可能对后期修改影响不大；对于一个较为复杂的图形而言，不同的绘图方法对后期调整和修改的影响较大，这是目前CAD制图教学中普遍忽视的一个问题。为了提高学生绘图效率和培养良好的绘图习惯，让学生了解和体会不同的绘图方法是必要的。在选择绘图方法时要尽量服从一些基本规则，如简化草图规则和按加工顺序绘制规则等。相对于二维制图方法而言，三维制图方法的选择更为灵活多变，下面以三维绘图来说明不同的绘图方法。

在三维制图中完成一个零件模型（图4）的建立，可以选择2种不同的绘图方法。首先建立一个包含圆角的复杂草图（图4a），再通过拉伸特征完成零件模型的建立；或先绘制一个较简单的草图（图4b），再通过拉伸和圆角2个特征完成零件建立。2种绘图方法完成的效果是一样的，区别在于：绘制复杂的草图时系统运行比较快，因为草图圆角的计算要比圆角特征快，但是复杂的草图绘制和编辑不便于后期修改；而简单的草图管理方便，使用灵活，方便后期对零件的修改。因此，在绘制零件时，应尽量选用简单草图绘制方法。

CAD软件提供了相当丰富的插件功能，包括渲染、数值模拟、运动和动力学分析等功能。灵活选用这些插件功能可以培养学生学习积极性，将绘制的模型进行材质和光线渲染，以提高模型的展示性（图5a）；对悬臂梁模型进行模拟受力分析，可及时对建立的模型进行校核（图5b）。但在CAD制图教学环节中还很少涉及插件功能的运用，可以适当增加插件功能的教学内容，以提高学生学习制图软件的主动性，扩展学生知识面。

5 小结

机械类专业开展CAD制图教学要以实物案例驱动的一体化模式培养学习主动性；通过标注着重突出机械图纸，以增强机械图纸的可读性；引导建立二维绘图与三维设计的关联性，使学生养成良好的绘图习惯；同时灵活运用插件功能，拓宽教学内容，通过CAD制图课程的学习，为培养机械类专业人才打下坚实基础。

参考文献

[1] 霄 琳. 机械制图与機械CAD的结合[J]. 中国科技信息，2014（17）：130-131.

[2] 薛 焱. AutoCAD 2014基础教程[M]. 北京：清华大学出版社，2014.

[3] 俞艳红，吴秋梅. 浅谈CAD制图相对于手工制图的优越性[J]. 科技创新与应用，2014（22）：103.

[4] 承碧华. AutoCAD对机械制图教学的辅助作用[J]. 现代物业（上旬刊），2011（11）：119-120.

[5] 刘 鹰，蒙雪兰，廖 丽. 分层教学法在机械制图CAD教学中的应用[J]. 广西教育，2013（47）：149-150.

[6] 吕德芳. 三维CAD与机械制图教学改革[J]. 内江科技，2015（12）：152.