邢 莉 惠學(xué)芹 馮 偉

（鹽城工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 江蘇 鹽城 224051）

0 引言

工程圖樣是工程與產(chǎn)品信息的載體，按規(guī)定的方法表達(dá)出機(jī)械、土建和水利等工程與產(chǎn)品的形狀、大小、材料和技術(shù)要求。 工程圖學(xué)是研究工程與產(chǎn)品信息表達(dá)、交流與傳遞的學(xué)科， 機(jī)械制圖是工程圖學(xué)的一個(gè)分支。 在現(xiàn)代工業(yè)中，設(shè)計(jì)、制造、安裝各種機(jī)械、電機(jī)、電器、儀表以及采礦、冶金、化工等各方面的設(shè)備，都離不開(kāi)機(jī)械圖樣，在使用這些機(jī)器、設(shè)備和儀表時(shí)，也常常要通過(guò)閱讀機(jī)械圖樣來(lái)了解它們的結(jié)構(gòu)和性能。

機(jī)械制圖是學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等一系列后備課程的基礎(chǔ)，也是學(xué)生畢業(yè)后從事科研、設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)工作必備的基礎(chǔ)知識(shí)之一，主要培養(yǎng)學(xué)生的閱讀與繪制機(jī)械圖樣的能力、空間想象能力和形象思維能力，是一門既有系統(tǒng)理論又有較強(qiáng)實(shí)踐性的技術(shù)基礎(chǔ)課程。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械制造工作者的工作方式發(fā)生了巨大的變化，在目前三維軟件的支持下，他們首先考慮建立數(shù)字化的三維幾何模型，然后進(jìn)行交互修改，最終生成三維產(chǎn)品。 在這種情況下，機(jī)械制圖的教學(xué)僅僅停留在二維平面表達(dá)階段是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的， 必須將三維CAD 技術(shù)有效的融于課程教學(xué)之中，建立三維立體與二維圖形為一體的教學(xué)體系，以適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)、信息科學(xué)發(fā)展和創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才培養(yǎng)的需要。 CATIA 三維建模軟件與機(jī)械制圖課程教學(xué)相結(jié)合，不僅可以提高教學(xué)質(zhì)量，還可以幫助學(xué)生了解計(jì)算機(jī)繪圖知識(shí)以及三維建模的方法，為以后的學(xué)習(xí)和工作奠定良好的基礎(chǔ)。

1 CATIA 軟件簡(jiǎn)介

CATIA 是法國(guó)達(dá)索飛機(jī)公司在70 年代開(kāi)發(fā)的高檔CAD/CAM 軟件， 是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM 一體化軟件。 CATIA 是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interactive Application （計(jì)算機(jī)輔助三維交互式應(yīng)用） 的縮寫。

目前CATIA 廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、造船、機(jī)械制造、電子/電器、消費(fèi)品行業(yè)，它的集成解決方案覆蓋所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造領(lǐng)域，迎合所有工業(yè)領(lǐng)域的大、中、小型企業(yè)需要。 CATIA 不僅可以方便快捷地繪制產(chǎn)品外形，而且還可以進(jìn)行產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與裝配分析，對(duì)零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析，有效縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用。

2 CATIA 軟件在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

1）實(shí)體造型

機(jī)械制圖是一門抽象性很強(qiáng)的課程，但是學(xué)生的抽象思維能力較差，以往都是借助教學(xué)模型幫助學(xué)生理解，然而模型的種類和數(shù)量是有限的， 不可能無(wú)限增多并隨意變換，這就需要借助三維軟件建立相應(yīng)的模型來(lái)進(jìn)行輔助講解，便于提高學(xué)習(xí)興趣，更好地掌握課堂知識(shí)。

CATIA 軟件提供了基于特征的實(shí)體建模功能。 通過(guò)拉伸、拉伸除料、旋轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)除料、孔、掃掠、掃掠除料、加強(qiáng)筋、組合體、放樣、放樣除料等命令能夠快速地創(chuàng)建三維實(shí)體模型，如圖1 所示。

圖1 三維實(shí)體模型

在機(jī)械制圖的教學(xué)過(guò)程中，運(yùn)用CATIA 建立教材中二維平面圖形所對(duì)應(yīng)的實(shí)體模型， 結(jié)合多媒體設(shè)備演示翻轉(zhuǎn)、放大、縮小、剖切、修改等過(guò)程，通過(guò)不同角度詳細(xì)觀察實(shí)體模型，使學(xué)生進(jìn)入到真實(shí)的三維空間，思考二維投影視圖與三維模型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，增強(qiáng)對(duì)課本知識(shí)的理解。

當(dāng)講解平面截切（如圖1（a）所示）、立體相貫（如圖1（b）所示）、組合體（如圖1（c）所示）、零件的剖切方法（全剖（如圖1（d）所示）、半剖、局部剖）和標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)，可以利用CATIA 軟件清楚地展示出來(lái)，對(duì)照立體模型，具體詳細(xì)地給學(xué)生介紹截交線的形成，相貫線的形狀，組合體疊加時(shí)的共面、同軸、對(duì)稱、相交、相切（如圖2 所示），標(biāo)準(zhǔn)件的各部件結(jié)構(gòu)名稱等問(wèn)題。

圖2 組合體的疊加類型

2）零件圖

任何一臺(tái)機(jī)器或部件都是由若干零件按照一定的裝配關(guān)系裝配而成的。 零件圖表示零件的結(jié)構(gòu)形狀、大小和有關(guān)技術(shù)要求，是制造和檢驗(yàn)零件的主要依據(jù)。 零件圖包括一組視圖、完整的尺寸表達(dá)、技術(shù)要求和標(biāo)題欄這些內(nèi)容，直接講解二維圖形時(shí)，學(xué)生往往感覺(jué)比較枯燥，深?yuàn)W難懂，不易接受，結(jié)果注意力就難以集中到課堂上，這時(shí)就需要結(jié)合零件的三維模型進(jìn)行講解，使枯燥的圖形變得直觀容易理解。

如圖3 齒輪軸的二維零件圖，屬于結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單比較容易看懂的一幅圖，初次看這幅圖時(shí)，學(xué)生普遍反映圖面密密麻麻的一籌莫展，不知該從何處去分析，圖面上的符號(hào)、數(shù)字也搞不清楚具體含義，從而大大降低了他們的學(xué)習(xí)興趣。 但是在教師逐步詳細(xì)的講解下，在和三維圖形（如圖4 所示）相對(duì)照的情況下， 學(xué)生慢慢就明白了圖上所要表達(dá)的內(nèi)容，如零件的名稱為齒輪軸，材料為45 號(hào)鋼，屬于軸套類零件，最大直徑60mm，總長(zhǎng)228mm，由主視圖和移出斷面圖組成，輪齒部分作了局部剖。齒輪軸中兩Ф35k6 軸段及Ф20r6 軸段用來(lái)安裝滾動(dòng)軸承及聯(lián)軸器。 端面C 用于安裝擋油環(huán)及軸向定位，所以端面C 為長(zhǎng)度方向的主要尺寸基準(zhǔn)，注出了尺寸2、8、76 等。兩個(gè)Ф35 及Ф20 的軸頸處有配合要求，尺寸精度較高，均為6 級(jí)公差，相應(yīng)的表面粗糙度要求也較高，分別為Ra1.6 和3.2 。對(duì)鍵槽提出了對(duì)稱度要求。對(duì)熱處理、倒角、未注尺寸公差等提出了4 項(xiàng)文字說(shuō)明要求。 看完了二維零件圖，再結(jié)合三維模型來(lái)看，加深學(xué)生的印象，更深刻地理解零件圖所要表達(dá)的內(nèi)容以及零件上需要重點(diǎn)表達(dá)的結(jié)構(gòu)和主要尺寸，便于學(xué)生舉一反三，掌握讀零件圖的方法。

圖3 齒輪軸的二維零件圖

圖4 齒輪軸的三維模

3）裝配圖

裝配圖（如圖5 所示）是用來(lái)表達(dá)機(jī)器或部件的圖樣，主要表達(dá)機(jī)器或部件的工作原理、裝配關(guān)系、結(jié)構(gòu)形狀和技術(shù)要求，用以指導(dǎo)機(jī)器或部件的裝配、檢驗(yàn)、調(diào)試、操作或維修等，是機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、使用、維修以及進(jìn)行技術(shù)交流的重要技術(shù)文件。 裝配體由多個(gè)零件組成，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，表達(dá)出來(lái)的裝配圖也很難被讀懂。把這部分內(nèi)容結(jié)合CATIA 軟件進(jìn)行講解，便于學(xué)生理解，可以提高教學(xué)效果。

CATIA 軟件具有強(qiáng)大的裝配功能， 可以對(duì)零件進(jìn)行移動(dòng)、約束、更新、注解、分析，使多個(gè)實(shí)體零件按照指定的位置關(guān)系裝配在一起，如圖6 所示，也可以利用分解命令查看裝配體的分解圖，如圖7 所示，還能夠利用CATIA 軟件自帶的數(shù)字模型運(yùn)動(dòng)分析模塊進(jìn)行裝配體運(yùn)動(dòng)的模擬，使學(xué)生理解主要工作原理，理解裝配圖所要表達(dá)的深層含義。

圖5 滑動(dòng)軸承裝配圖

圖6 滑動(dòng)軸承三維模型

圖7 滑動(dòng)軸承分解圖

圖8 組合體模型

圖9 組合體的三視圖

4）生成二維圖樣

根據(jù)已經(jīng)建立好的三維模型，CATIA 軟件能夠方便快捷地生成二維圖樣，如圖8 所示的組合體模型，打開(kāi)三維圖之后，在軟件中選擇“開(kāi)始”/“機(jī)械設(shè)計(jì)”/“繪圖”，選擇“正視圖、頂部視圖和左視圖”選項(xiàng)，系統(tǒng)就自動(dòng)跳出空白圖紙， 可以在此繪制立體的三個(gè)視圖， 使用鍵盤上的alt+enter 鍵彈出屬性對(duì)話框，選擇“隱藏的線”、“軸”、“中心線”等選項(xiàng)，補(bǔ)充三視圖中所缺少的虛線，就可生成所需的三個(gè)視圖，如圖9 所示。還可以在視圖上添加圖框和標(biāo)題欄，尺寸標(biāo)注，剖視圖等內(nèi)容，對(duì)立體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)表達(dá)。

由此可以幫助學(xué)生掌握三維圖和二維圖之間的變換關(guān)系，也可以幫助學(xué)生檢查自己所畫視圖中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。

3 結(jié)論

在機(jī)械制圖課程的教學(xué)過(guò)程中，添加三維軟件CATIA 的使用，可以提高課堂效率，豐富課堂內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，取得良好的教學(xué)效果。

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