以三维建模为基础的机械制图教学改革实践研究

杜 昕

（陆军勤务学院，重庆 401311）

0 引言

一直以来，机械制图的课程教学将重点与目标放在画图与读图上，教学中要求学生先学画几何，将点、线以及面于各投影面当中的关系理清，再学习如何画零件图和装配图，致使很多学生在学习机械制图时比较吃力、学得枯燥，甚至对于学习失去兴趣，教学质量低下。近年来，随着三维CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）软件的推出，机械制图课教学的重点与目标已经从原来的读图与画图，逐步转为机械零件的三维（3-Dimension，3D）建模设计上，零件的三维造型已经成为了机械制图教学的重点内容，这一转变使得学生在学习中得到了更多的乐趣与灵感，有效促进了学生创新思维与创新活力的培养。

1 基于三维建模的机械制图教学计划改革

1.1 二维/三维草图绘制基础操作教学

这部分操作需6 个学时便可完成，教师教会学生相关软件的基础操作，例如：何使用二维草图绘制工具，草图的添加和删除，画图的基本指令、比较常用的快捷键、图形的修复及快速绘制图画的技巧等，让学生充分意识到学会二维草图绘制是学习三维建模的基础，任何三维模型都是通过二维草图的拉伸、切除、旋转、扫掠以及放样等构建出来的[1]。

1.2 零件特征建模基本法教学

教师需要教会学生正确使用所有与零件特征建模相关的建模命令，让学生了解产品设计的基础均是零件建模，而零件模型又是以特征为基础。零件建模如同“积木”，需要先构建出可以将零件基本形状反映出来的特征，再以此为基础特征将其他特征一一加入，例如拉伸、旋转、倒角以及圆角等，要让学生知道机械产品设计并非凭空想象出零件图投影关系，而是需要以零件具体的特征开展三维建模。因此，需要通过更多的典型机械零件模型实例开展建模教学，并通过实例激发学生对于三维建模的兴趣，提升学习效率[2]。

1.3 三维建模软件当中的装配体基础操作教学

教师需要指导学生学会把单个构建出来的三维模型零件，在装配体当中依据各个零件之间同轴、相切以及重合等配合关系组装起来，使其构成完整产品。教学时，教师可以采用干涉检查的命令与用关键零部件透明显示等方法，对总装中的各个子零部件实际的装配位置进行控制，让学生充分学习到三维模型装配的基础技能，为以后的生成装配图学习奠定基础[3]。

1.4 三维建模软件中的工程图生成教学

工程图是一个产品研发、设计以及制造过程中必不可少工具，虽然当前的三维设计技术水平明显提升，但是三维模型并不能完全将设计的参数表达出来，例如加工需要的尺寸精度、几何公差以及表面的粗糙程度等，依旧需要通过二维工程图进行表达。因此，采用三维零件模型进行工程图的创建，也必须要加入到现代机械制图课教学当中，通过先建模再进行机械零件图生成的方式开阔学生的思路，培养学生解决问题的能力，并以此掌握零件实际的内部结构与外表特征，再经由三维建模软件的生成标准和规范生成完整的机械零件图。三维建模软件拥有强大的工程图生成功能，同时具备了与我国国标的绘图模板与标注符号以及各类辅助视图工具，可以让学生通过较为简单的工程图环境设置，在最短的时间内生成与国家标准规范相符的机械零件图[4]。

1.5 三维建模与机械制图结合教学

在这部分课程的教学中，教师需要先为学生构建一个三维零件模型，再让学生依据规范标准自己生成机械零件图，指导正确地将零件模型以及零件图的方式表达出来，例如：通过半剖或者全剖将零件的内部结构表达出来；对于比较细微的结构则以放大局部的方式表达；某一个非正面方向的外观轮廓则采用方向视图表达，这些表达方式都能将相关知识更直观地表达出来，让学生更快理解。之后给学生提供一些标准规范零件图，让学生通过三维建模软件构建出对应的三维零件模型；或者让学生依据实物模型，进行测量后构建三维模型，以这种由三维零件模型转变为机械零件图绘制，再将机械零件图转变成为三维模型构建；由实物模型至三维数字模型的构建等逆向训练与结合的方式实施教学的改革，全面提升学生的机械绘图技能。

1.6 全面改革考核方式

目前，大部分的机械制图专业考核依旧还是以纸质试卷为主，但是教学模式已经发了改变，如果考核方法不变，考核方式就失去了原有的公平性与有效性。因此，在课程教学生结束后，可以将传统的笔试考核转变为上机考核，通过下面3 种形式开展考核。

（1）给学生提供纸质正等测图，并将尺寸标注出来，让学生运用三维建模软件构建出三维模型，以此对学生的三维建模软件操作熟练程度进行考核[5]。

（2）给学生提供纸质零件图，让其运用三维建模软件构建出三维模型，对学生的在机械零件图方面的读图能力进行考核。

（3）给学生提供三维数字模型，让其依据规范生成正确的机械零件图，对学生是否能够使用三维建模软件进行正确的机械零件图绘制能力进行考核，通过全方位的考核方式在激发学生学习积极性的同时，提高学生的实践能力。

2 以三维建模为基础的机械制图教学内容改革

2.1 对教学的顺序进行改革

为了与学生的认知规律相符，机械制图课程教学应该转变先三维、后二维的教学顺序，将三维建模课程引入到教学内容中，由体起始，先三维之后再投影，同时注重三维造型能力与二维绘图能力教学，加强培养学生的空间思维，多进行三维建模与徒手草图的训练，补充工程图标注和注释，全面提升教学效率[6]。

2.2 对教学内容进行全面优化

（1）将实用性低的图解图示、基本体与组合体的手工尺规尺寸标注、标准件与较为常用件尺规作图等教学办容删除，简化截交线与相贯线于企业当中的表示，只介绍其具体的走向便可。

（2）保留制图的基础规定、图样基本表示法、标准件与常用件识读内容、零件图与装配图的测绘内容等无关工具的内容，增加最新的学科发展动态、最先进的CAD 技术以及国家标准规定内容，加入徒手进行草图与轴测图绘制等技能教学。

（3）补充更多的新知识，随着现代制造业对于三维设计的要求，教师内容应该加入更多的三维实例分析与构型，通过三维建模的介入增强学生的图形意识，培养学生以职业能力作为本位的观念，同时注重学生产品设计、工艺知识的教学，增强学生的三维分析与表达能力；加入图学相关的技能考证，将“学、证”融为一体[7]。

3 以三维建模为基础的机械制图教学方法改革

3.1 以体切入，通过认知模型的建构激发学生的学习兴趣。

“体”是日常生活中最为常见的，因此，机械制图教学可以将体作为切入点，由认知模型入手，让学生在深入了解构型的过程中，深化其对于设计表达的理解，让学生学会相同图形通过不同的构型可以构建出不同的模型。例如，长方形经过拉伸构型后可以构成长方体，经过旋转构型则又可以成为圆柱体。相同模型，又可以通过不同的形状进行构型，例如圆柱体，可以进行圆拉伸构型，也可通过长方形的旋转完成构型，提醒学生在构型时必须以先草图、后立体，尽量简化构型步骤为原则。通过体切入，由认知模型开始完成构型的方法，将机械零件具体的成型过程更清晰的展现出来，提高学生设计和表达能力[8]。

3.2 从认识图纸开始，增强学生的视图表达能力

在实际教学中，教师首先要教会学生正确认识图纸，让学生对于视图与尺寸的关系有一个正确的认识，例如图形的结构特征是前后对称，底部沿左至右方向挖槽，从右边俯视可见挖槽方向，而主视图可以将底座的外形轮廓反映出来，故只需要对主视图轮廓进行拉伸，就可以实现底座主体的建模，由左视图可定形尺寸，进行左边的建模；再依据俯视图的右边定形尺寸与定位尺寸，进行底座右边位置建模，最后完成上、下挖槽和左、右挖槽建模即可。

4 结束语

总之，要实现基于三维建模的机械制图课程的全方位教学改革，需要从教学计划、教学方法以及教师内容等方面入手。只有通过完善的教学计划、创新的教学方式以及丰富实用的教学内容，全面激发学生对于机械制图的学习兴趣，培养学生的创新思维与活力，才能增强学生动手实践能力与解决问题的能力，培养出具有超高创新精神的综合实用型人才。