基于三维建模技术的机械制图教学方法

点赞:11671 浏览:47320 近期更新时间:2024-01-01 作者:网友分享原创网站原创

摘 要:随着计算机软硬件水平的提高,三维建模技术的应用越来越广泛,对于机械制图教学的内容和方法也有深远的影响.针对机械制图教学中存在的一些问题,阐述了如何运用UG软件制作三维模型,以及利用三维建模技术作为辅助工具予以解决.

关 键 词:机械制图;三维建模;教学;UG

中图分类号:G712文献标识码:A文章编号:1672-5727(2012)07-0108-02

三维建模技术是计算机应用的一项重要技术,近年来,随着计算机软硬件技术水平的迅速提高,三维建模技术的应用也越来越广泛.《机械制图》是机械类学生必修的一门专业基础课,但是由于课程本身具有抽象、难懂等特点,很多学生学习起来很困难.如果能够将形象直观的三维建模技术与抽象的机械制图结合起来,会对学生的学习有很大帮助.

传统机械制图教学存在的问题

《机械制图》是工科院校的一门专业基础课,其主要任务是学习正投影法的基本理论,熟悉国家制图标准的相关规定,培养学生的空间想象能力和空间分析能力,使学生掌握绘制和阅读工程图样的基本方法和技能,这些是工程技术人员从事产品设计、开发、生产等工作不可缺少的.但由于《机械制图》课程通常在一年级开设,学生没有金工实习经历,普遍缺乏实践经验,课程本身具有抽象、难懂的特点,很多学生学习起来很困难.在传统教学中,教师为培养学生的空间想象能力,提高教学效果,上课时会带一些木制模型或挂图,以增强学生对图形所对应形体的感性认识和了解,但是,传统模型的体积和重量较大,教师携带不便,模型的数量和种类也是有限的,无法随着教学内容的变化而随意修改,而且这些模型通常形体比较简单,对于复杂形体而言,制作模型的成本太高,也不可能按照教学的需要随意做到从中间剖切.利用一些三维建模软件,这些问题可以迎刃而解.

三维建模技术

机械制图研究的对象是工程图样,是用一组平面图形表达三维形体.长期以来,工程图样都是工程技术人员指导生产、进行技术交流的一个重要工具,也为人类生产、生活水平的提高做出了很大贡献.工程图样的优点是度量性好,但是直观性较差,必须经过专业的训练才能读懂和绘制.传统的方法是,设计者在大脑中先构建出产品的立体模型,然后绘制出其二维工程图样表达其设计理念,经不断修改和完善后,再通过加工将其立体制作出来.随着科技的发展和计算机应用的普及,人们逐渐采用CAD技术,用计算机绘图代替手工绘图,提高绘图速度及精度,但此时依然是二维绘图,设计方法从本质上说依然是与手工绘图一样的,计算机只是起到了一个绘图工具的作用.随着计算机运算速度的不断提高,计算机的应用也从最初的帮助人们绘制图样发展为三维建模,设计方法在本质上发生了改变.三维建模是直接在三维环境下进行设计,以三维立体图形直接表示空间形体,这样不仅能够更直接、全面地反映设计者的设计思想,提高设计质量和效率,而且所建立的三维模型结合其他CAM、CAE软件,还能进行后续的加工仿真、装配仿真、数控加工编程等工作.

三维建模技术在近几年得到了大力发展和广泛应用.如今,应用广泛的三维建模软件有很多,如CATIA、UG、Pro/Engineer、SolidWorks、SolidEdge等等,在机械、航空航天、船舶、电子、建筑、汽车等各个领域均有应用.

三维建模技术在教学中的应用

应用三维建模软件,可以方便快捷地建立物体的三维模型,向学生演示.对这些模型的材质和光源可以进行渲染,使其具有与真正零件相同的真实感;利用旋转命令可以从不同的角度对形体进行观察,还可按照教学需要在课堂上进行一些处理.例如,在讲解截交线、相贯线时,可以动态地演示截切与相贯的过程和变化,将立体表面的交线修改成其他的颜色,着重表示或者从立体上提取出来,加强学生对其形状的了解,也可利用三维建模软件的参数化功能,修改立体的尺寸或相对位置,观察截交线、相贯线发生了哪些变化;组合体是由基本立体通过叠加或切割组成的,对于叠加式的组合体,可以利用形体分析法分析组合体是由几部分组成的,分别建立各部分的实体模型,通过三维实体的布尔运算进行组合;对切割式的组合体,上面的一些图线学生理解较困难,可以在课堂上演示其切割顺序,让学生看到一步步的过程,加深对形体的理解,更清楚地看到每步切割后,立体表面上会多出哪些图线;在讲解剖视图时,可以在课堂上构建完整的立体,再演示选择合适的剖切平面对形体进行各种剖切,让学生清楚地看到零件的内部结构以及剖切面后方的可见部分,更清晰地了解各种表达方法,更好地区分全剖、半剖、局部剖、阶梯剖、旋转剖等;对于学生而言,装配图是很难掌握的一部分内容,对此也可以借助三维建模软件分别建立各零件的模型,并可根据不同的位置和装配约束关系组装成部件,使学生深入了解各零件间的装配关系,还可以将装配好的部件进行爆炸式分解,进一步展示各零件的相对位置和装配关系,同时可利用三维建模软件的动画功能生成动画,使学生更好地了解部件的工作原理、装拆顺序,提高学生画图与读图的能力.

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很多三维建模软件具有从三维模型生成二维工程图的功能,在讲解正投影法时可以演示,加深学生对三视图形成的理解.

零部件测绘是机械制图教学中一个重要的实践环节,是前面所学知识的综合.在此环节中,也可以用三维建模软件为学生介绍零部件的工作原理、装拆顺序等.

三维建模软件制作的模型精度高、形象逼真、色彩丰富,可以及时根据教学内容的调整方便快捷地进行修改,满足教学中对模型种类及数量的需要,达到降低成本、提高教学质量的目的.

UG软件是美国EDS公司开发的面向制造业的CAD/CAM/CAE大型集成软件,具有强大的三维建模、数控加工编程、运动分析等功能.图1~图3是用UG软件的CAD功能制作的几个典型的三维模型.

利用这些软件在课堂上现场演示,一方面,可以加强教师与学生的交流,使抽象的问题具体化,加深学生对课堂知识的理解和掌握,有利于激发学生的观察力、想象力;另一方面,还可以提高学生对本课程的学习兴趣,使学生养成独立思考的习惯,逐渐提高学生的空间想象能力和空间分析能力,大大提高教学效率,并为后续的CAD/CAPP/CAM课程打下良好的基础.

利用三维模型的直观性、形象性、易修改等特点,将三维建模技术与机械制图的教学结合起来,可以使学生的空间想象能力、空间分析能力得到提高,可在使学生掌握知识的同时,实现教师与学生的良好互动,提高学生的学习效率和积极性,激发学生的创造力,有利于培养学生的创新能力,从而使学生的综合素质得到进一步提高,使他们能更好地适应社会需要.