三维软件CATIA在《机械制图》教学中的应用

【摘 要】CATIA是近年来得到广泛应用的三维CAD软件之一.本文针对工程制图课程教学内容、教学方法及手段的特点,介绍了CATIA软件在机械制图教学中的应用及其优势,通过与相关知识点的有机结合提高了学生的学习兴趣和理论理解能力,取得了较好的效果.

【关 键 词】CATIA,机械制图,教学,应用

《机械制图》是高等院校工科各专业的一门重要的专业基础课,在生产实践中充当着机械工程与产品信息的载体,在工程界起着表达、交流设计思想的语言作用.课程的主要任务是培养学生阅读与绘制机械图样的能力、图解简单空间几何问题的能力及对三维形状与相关位置的空间逻辑思维和形象思维的能力[1].在传统的机械制图教学中,教师需要使用大量的挂图、实物模型来进行辅助教学,帮助学生理解教学内容.整个教学过程缺乏互动,学生在学习中感觉枯燥乏味,难以建立空间概念,无法达到培养学生从学习中发现问题、解决问题的能力.

在机械制图教学中引人CATIA三维制图软件,由于其强大的3D设计功能、爆炸视图功能、实时三维模型动态观察及I动画制作功能,能帮助学生更好地理解空间形体,不但激发了学生的学习兴趣,调动了学生学习的积极性和主动性,而且可以强化教师和学生的计算机应用能力、扩展和培养学生的空间构思能力.

１．CATIA软件介绍

CATIA是法国DassaultSystem公司旗下的CAD/CAE/CAM一体化软件,它的内容涵盖了产品概念、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成、生产加工成产品的全过程,其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计与分析、人机交换等实用模块.CATI5不但能保证作业内部设计部门之间的协同设计功能而且还可以提供企业整个集成的设计流程和端对端的解决方案.CATI5大量应用于航空航天、汽车及摩托车行业、机械、电子、家电与3C产业、NC加工等领域.

它功能强大,模块齐全,而且具有上手快的特点,在航空、航天和汽车等行业得到了广泛的应用.

由于其强大而完美的功能,CATI5已经成为三维CAD／CAM领域的一面旗帜和争相遵从的标准,特别是在航空航天、汽车及摩托车领域.法国的幻影2000系列战斗机就是使用CATI5进行设计的一个典范；波音飞机公司使用CATIA完成了整个波音777的电子装配,创造了业界的一个奇迹创造了业界的一个奇迹；另外,CATI5还用于制造米其林轮胎、伊莱克斯电冰箱和洗衣机、3M公司的粘合剂等.CATI5不仅给用户提供了详细的解决方案而且具有先进的开发性、集成性及灵活性[2].

2.CATIA在机械制图教学中的应用

2.1在相贯线中的应用

两立体相交,其表面的交线称为相贯线.在一般情况下,相贯线随着产生它的两回转体表面的大小、形状及相对轴线位置不同而不同,种类繁多,变化形式复杂.在教学中这部分内容通常是个难点,学生不易掌握.通过CATIA我们可以建立多种形式的3D实体模型,例如圆柱和圆柱相贯,圆柱和圆锥相贯,圆锥和圆锥相贯等；CATIA教学只需正确画出两正交圆柱的三维图,相贯线便会自动产生,学生很容易观察到相贯线的动态产生过程,有助于更好的理解相应内容.CATIA具有参数化设计的功能,通过对3D模型定形尺寸及定位尺寸的修改,就能够进行模型重建,实现多种形式的相贯线.这样就能够呈现出相贯线动态的变化规律及投影特点,开阔学生的视野、拓展学习思路、提高相应的图解能力.如图1所示,圆柱、圆锥相互形成相贯线的情况.

2.2在组合体中的应用

组合体是由若干基本体经过叠加或切割而形成的立体.在这一章的教学内容中,读组合体的三视图和补组合体的第三视图是教学的重点和难点,组合体学习的好坏将对以后零件图和装配图的绘图和看图的学习产生直接的影响.在教学中,通常采用大量的图例和实体对学生进行训练,以建立学生的形象思维与逻辑思维能力.然而,由于图例和实体模型都是静态的教具,但大部分学生往往因为空间想象能力差,对组合体章节的学习效果并不理想.

通过CATIA软件进行建模,无论组合体有多复杂,基本体的数量有多少,都能够迅速地进行现场制作,将组合体的形成过程动态的展示在学生面前,让学生直观地看出复杂的形体是由一些简单的基本体（圆柱体、长方体、圆锥体等）组成.这样就可以有效地帮助学生理解基本体之间的组合方式、基准与尺寸关系、表面连接方式及组合体的空间形状；CATIA软件具有的三维模型自动生成工程图的功能,在生成工程图的操作过程展示中可以提高学生所补组合体第三视图的正确性.图2所示,即为用CATIA建立的组合体模型及转化后的工程图.

2.3在剖面图中的应用

剖视图是一种重要的机件视图表达方式,主要是用来表达机件被剖开前原来看不见的形状.在剖视图的教学中,剖视图常用来表达内孔、槽较多,且形状复杂的机件形体.此类机件的内、外部形状复杂,对应的剖视图线条较多,难读懂；而且剖视图的形成过程是用检测想的剖切面剖开机件,学生对这种“检测想”很难理解；弄不清剖切平面的剖切位置,不知道哪些实体被剖切平面剖切,哪些地方要画剖面线.通过CATIA建立模型以后,通过特征分割即可将实体模型“剖切”,从而有利于分析剖切位置对剖视图画法的影响,使学生加深对剖视图画法的认识.另外通过CATIA可以把零件模型直接生成工程图,在工程图界面进行截面视图编辑,只需画出相应的剖切线,就可以立即生成各种剖视图、局部视图等.使用这样的功能,对教师讲课和学生学习有很大的帮助,学生就很容易分析出剖切以后的实际形状,进而准确地读懂剖视图,掌握相应的画法.图3为齿轮箱3D实体模型及剖视图.

3.结语

CATIA三维制图软件具有完整的设计工具及简洁美观的操作界面,采用易学易用的参数化设计,具有很强的三维造型和曲面造型功能,已广泛应用于当代各工业生产厂家.

在机械制图教学中引入CATIA软件可使教学的过程更加直观,容易理解；不仅能够活跃课堂教学气氛,吸引学生的注意力,还能培养学生观察、分析、思考问题的基本能力；为以后工作能力的进一步提升奠定基础.　[科]

【参考文献】

［１］张绍群,孙晓娟.机械制图[M].北京：北京大学出版社,2007．

［２］张杨,杨永发,齐宝军,等.CATI5在三维机械设计中的应用[J].鸡西大学学报,2008,8（3）：74-75.

［４］李成.CATI5从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社,2010．

［５］詹成浩.CATI5零件设计范例[M].北京：清华大学出版社,2009．