UG建模技術(shù)在《機械制圖》中的應用

《機械制圖》旨在培養學(xué)生的空間想象能力，讓學(xué)生能夠正確識讀零件的三視圖并具備一定的繪圖能力，工程圖是工程領(lǐng)域科技工作人員表達和交流設計思想、設計過(guò)程和設計結果的重要工具，因此，工程圖被譽(yù)為工程領(lǐng)域的“技術(shù)語(yǔ)言”。傳統《機械制圖》的教學(xué)過(guò)程是從抽象到具體，首先介紹正投影法的基本理論，然后介紹點(diǎn)、線(xiàn)、面的投影，后再講解基本體與組合體的投影。傳統教學(xué)往往側重于知識之間的內在聯(lián)系，強調知識體系的系統性，忽視了學(xué)生的認知規律，由于職業(yè)院校的學(xué)生空間想象能力較差，學(xué)生剛接觸該課程就覺(jué)得學(xué)習難度大，從而產(chǎn)生畏難情緒，以至于喪失學(xué)習興趣。傳統的教學(xué)方式通常是采用一邊講解一邊繪圖練習，運用教學(xué)模型、教學(xué)掛圖等教具，通過(guò)繪制三維圖形等方式來(lái)幫助學(xué)生理解機件的形狀與結構，這種教學(xué)方法效率低，課堂信息量少，這一教學(xué)模式不適應現代職業(yè)教育發(fā)展的需要。同時(shí)，數字化制造與信息技術(shù)的快速發(fā)展也為《機械制圖》的教學(xué)提出了更高的要求。UG 等三維CAD 技術(shù)給傳統的《機械制圖》教學(xué)提出了新的挑戰，同時(shí)，也為《機械制圖》教學(xué)提供了新的方法與手段。
1 UG 建模及特征分析
運用UG 軟件通過(guò)拉伸、旋轉等命令，建立三維模型，幫助學(xué)生建立空間“體”的概念。在UG 建模過(guò)程中可以結合《機械制圖》的基本體與組合體教學(xué)內容進(jìn)行講解。在UG 建模之前采用形體分析法引導學(xué)生對三維模型進(jìn)行分析，將組合體分解成若干個(gè)基本體，并分析各個(gè)基本體之間的位置關(guān)系和組合形式。根據對三維模型的分析結果確定采用疊加法還是采用切割法，或者綜合采用疊加法與切割法來(lái)建模；接下來(lái)，對每個(gè)基本體進(jìn)行特征建模，分析每個(gè)基本體的外形尺寸，建模時(shí)可以通過(guò)修改外形尺寸，來(lái)觀(guān)察基本體大小的變化，從而引導學(xué)生分析定形尺寸對物體大小的影響。在后續基本體的繪制過(guò)程中，不但要確定基本體的外形尺寸（定形尺寸），還要確定基本體的位置尺寸（定位尺寸），同樣可以通過(guò)改變位置尺寸的大小，來(lái)觀(guān)察位置尺寸的變化對物體結構的影響，加深學(xué)生對定位尺寸的理解（如圖1 所示）。同時(shí)UG 軟件的三維模型和投視圖之間的尺寸是相互關(guān)聯(lián)的，這樣便于對幾何模型進(jìn)行修改，在修改設計方案的時(shí)候，對三維模型的任何一個(gè)尺寸進(jìn)行更改，二維視圖都會(huì )自動(dòng)進(jìn)行更新，這樣可以引導學(xué)生進(jìn)行參數化設計。
在基本體建模完成以后，通過(guò)對基本體進(jìn)行并集或差集形成組合體，在并集或差集過(guò)程中，組合體會(huì )自動(dòng)產(chǎn)生相貫線(xiàn)及截交線(xiàn)，由此可以引導學(xué)生學(xué)習相貫線(xiàn)、截交線(xiàn)的形成過(guò)程及相貫線(xiàn)、截交線(xiàn)的特性。后對三維模型進(jìn)行檢查，運用縮放功能來(lái)觀(guān)察模型局部細小結構，運用動(dòng)態(tài)觀(guān)察功能觀(guān)看模型的立體結構。

圖1 組合體建模                                                            圖2 實(shí)體上面的投影
2 組合體的三視圖
UG 軟件可以在建模模塊與制圖模塊之間快速切換，可以實(shí)現三維圖與二維圖之間的快速轉換，運用這一特性引導學(xué)生學(xué)習三維實(shí)體與三視圖之間的投影關(guān)系，有助于培養學(xué)生的空間想象能力與三視圖的識讀能力。例如，在組合體建模完成之后，可以進(jìn)入制圖模塊，生成組合體的三視圖與軸測圖，在三視圖的布局過(guò)程中講解三視圖的投影規律，保證“長(cháng)對正、高平齊、寬相等”。接下來(lái)再進(jìn)入UG 建模模塊，選擇組合體中的一個(gè)基本特征，然后再進(jìn)入制圖模塊分析該基本特征的三視圖，選擇部分的三視圖顯示為橙色，引導學(xué)生分析局部特征的三視圖。
可以引導學(xué)生觀(guān)察立體的某一個(gè)表面，分析該平面的位置特征，然后在三視圖中找到該平面對應的投影，由學(xué)生總結出這種位置平面的投影特性（如圖2 所示），后提煉出正平面、側平面、鉛垂面等各種位置平面的投影特性。通過(guò)對每一個(gè)局部特征進(jìn)行三視圖分析，可以一步步演示組合體三視圖的繪制過(guò)程，這樣將復雜的組合體進(jìn)行分解、簡(jiǎn)化，降低學(xué)生的學(xué)習難度。點(diǎn)、線(xiàn)、面的投影是教學(xué)中的難點(diǎn)，要求學(xué)生具有較強的空間想象能力，可以對三維模型的的點(diǎn)、線(xiàn)、面進(jìn)行分析，引導學(xué)生學(xué)習點(diǎn)、線(xiàn)、面的投影特性。幫助學(xué)生將立體表面上的點(diǎn)、線(xiàn)、面的空間位置與三視圖中點(diǎn)、線(xiàn)、面的投影對應起來(lái)。也可以利用UG 軟件提供的top、front 和left 視圖方向來(lái)進(jìn)行觀(guān)察，通過(guò)選擇不同的投影視圖引導學(xué)生進(jìn)行觀(guān)察，這樣可以幫助學(xué)生更好的掌握點(diǎn)、線(xiàn)、面的投影關(guān)系。利用UG 三維實(shí)體建模與工程制圖轉換的形式進(jìn)行教學(xué)，可以讓學(xué)生掌握三維實(shí)體與視圖之間的轉換方法，培養學(xué)生CAD繪圖基本技能。將抽象的投影關(guān)系形象化、可視化，這樣不僅降低了學(xué)習難度，同時(shí)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，通過(guò)對大量的實(shí)體模型進(jìn)行講解、訓練，強化學(xué)生“三維一二維一三維”的思維轉換能力，可以培養學(xué)生的空間想象能力，提高學(xué)生的做圖速度和識圖能力。
3 結束語(yǔ)
將UG 特征建模技術(shù)引入《機械制圖》課程教學(xué)當中，學(xué)生可以身臨其境地感受零件的建模過(guò)程，讓教學(xué)過(guò)程更加形象、直觀(guān)，學(xué)生更容易接納，能夠更好的培養學(xué)生的空間想象能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。通過(guò)對三維模型幾何特征的分析，將復雜的組合體進(jìn)行分解、簡(jiǎn)化，降低學(xué)生的學(xué)習難度?？梢愿鶕虒W(xué)的需要利用UG 軟件建立零部件模型庫，可以方便學(xué)生自主學(xué)習，開(kāi)拓學(xué)生的視野。同時(shí)，可以節省教學(xué)模型的購買(mǎi)，減少教學(xué)經(jīng)費投入。