張雯娟，吳 龍 ，晉芳偉

（1.三明學院機電工程學院，福建 三明 365004；2.三明機械CAD工程研究中心，福建 三明 365000）

UG軟件在機械制圖課程中的應用

張雯娟1，2，吳 龍1，2，晉芳偉1，2

（1.三明學院機電工程學院，福建 三明 365004；2.三明機械CAD工程研究中心，福建 三明 365000）

介紹“機械制圖”課程中引入UG軟件進行教學的原因，教學中改進的具體方法和內容，對作業(yè)的講解和課堂理論教學進行闡述。在課程教學中引入了三維造型技術，提出了適應現(xiàn)代工業(yè)設計的制圖軟件環(huán)境，為培養(yǎng)嚴謹作風的工程應用人才打下扎實的制圖功底。

機械制圖；教學改革；三維軟件

《機械制圖》課程是機械及其相關工程類專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎課，具有很強的實踐性和技術性。它直接影響了學生后續(xù)課程的學習以及相應的課程設計、畢業(yè)設計，同時也是是同學們畢業(yè)后從事設計生產、科研項目必備的基礎知識之一。

本門課程的重點和難點是培養(yǎng)學生的空間想象能力和讀圖構型能力。只有在建立良好的空間立體感的基礎之上，才能繪制出高質量的專業(yè)圖紙；同理，在讀圖過程中，只有理解圖紙傳遞的信息，才能在腦海里想象出物體的立體結構，讀懂圖紙所表達的技術信息。

UG軟件具有強大的功能，為用戶的產品設計及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。UG共包含CAD（計算機輔助設計）模塊、CAE（計算機輔助分析）模塊和CAM（計算機輔助制造）模塊等三大模塊。其中，CAD模塊主要為工業(yè)設計和風格造型、產品設計等方面，具有高性能的機械設計和制圖功能，為制造設計提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設計任何復雜產品的需要。CAE模塊主要功能為以數(shù)字化方式仿真、檢測確認和優(yōu)化產品設計。CAM模塊，采用圖形方式，觀測刀具沿軌跡加工產品的情況，以減少使用培訓時間并優(yōu)化加工工藝。UG軟件所有模塊都可在實體模型上直接生成加工程序，并保持與實體模型全相關[2]。

1 機械制圖課程引入UG的原因

（1）為適應時代的發(fā)展和產業(yè)技術指標的變化，在教學過程中引入機械業(yè)界廣泛使用的三維軟件UG，使得學生能夠及時了解并真正認識到機械行業(yè)的設計趨勢。目前，在企業(yè)生產設計制造中，已經(jīng)看不到手工繪圖的場景了，都已經(jīng)采用“無紙化”繪圖。在技術交流中，應用計算機輔助技術進行零部件生產、設計、制造以及模擬仿真和文檔管理，這就使得我們在教學中也要跟上時代的腳步。UG軟件是一款集CAD/CAE/CAM為一體的三維設計平臺，也是當今世界最先進的計算機輔助設計、分析和制造軟件之一，以其強大的功能和工程背景，已經(jīng)在我國的航空、航天、汽車、模具、家電等領域得到廣泛的應用[1]。

（2）制圖課程在講解投影法、畫法幾何和工程制圖等三部分內容，基本以平面圖形進行講解，對于初學者來說具有一定難度。在課堂教學中，適當?shù)牟捎肬G軟件進行零件或者物體的三維造型設計，可以很大程度上吸引學生的注意力，并且將學生難懂的部分結構進行實體演示，使得同學們在進行讀圖和繪圖時，加深對立體結構的理解，改變學生學習的態(tài)度，提高課堂學習的興趣和探索知識的精神。

（3）在教學方法上，將現(xiàn)代計算機技術與傳統(tǒng)模型相結合。學生初次接觸到制圖的基礎知識，難免在物體的空間與平面圖形轉換過程中產生困惑甚至不解，立體思維比較差的學生更難將空間模型轉換為二維圖紙進行繪制。若采用立體模型以及三維輔助軟件UG的幫助，可以有效的解決學生的繪圖、識圖所產生的困難。

2 UG在機械制圖課程中的應用

2.1 UG應用在教學內容講解中

機械制圖的教學原則應以學生能夠掌握國家標準和行業(yè)標準，來進行機械零部件設計或者后續(xù)機械課程的設計，培養(yǎng)正確繪圖和讀圖的能力為宗旨。故在教學內容中，將部分內容進行適當?shù)男薷摹?/p>

比如，對于線型元素的換面法求解問題，復雜曲面立體與曲面立體相交空間曲線的求解，利用圖解法求解直線實長和對投影面的夾角等內容，進行了刪減，減少教學內容。增強的內容：如立體視圖的投影畫法，尺寸標注等等內容。

講解機械制圖課程教學內容時，以案例為整體介紹，從而引出課程學習目的。首先，采用UG軟件建立模型，展示給學生一個機械中常見的裝配體結構，如圖1所示。

圖1 蝸輪蝸桿減速器

圖1中為機械傳動裝置，采用蝸輪蝸桿進行傳遞運動。向同學講解如果要將運動方向進行改變，將水平運動轉換為垂直運動，需要此時的蝸輪蝸桿機構進行轉換。加工制造出這樣的機構，前提條件就是設計人員要清晰、正確繪制各個零件的圖紙以及總裝圖紙，這樣生產制造人員才能夠加工出實際零件，然后根據(jù)裝配圖進行安裝和調試。具體繪制各個零件，可以應用UG軟件的工程圖模塊進行演示，如何在國標規(guī)定下，嚴謹正確繪制零件圖和裝配圖，需要掌握制圖方面的詳細規(guī)定和具體畫法。首先，在圖紙采用上，標題欄繪制，每個不同線條的畫法和表達含義上，講解制圖的基礎內容。其次，繪制的是平面圖紙，怎樣將立體空間結構轉換為平面，這將引入投影法的基本概念。再次，繪制立體模型，可以將立體抽象為點、線、面進行基本功的訓練，最后繪制出立體基本視圖。

采用了UG三維造型技術，可以在初始階段讓學生理解機械零件指什么，組裝起來的結構，以及怎樣用平面圖形表達立體結構。這樣，在學習制圖時，就有一個清晰的概念和基本的認識。

2.2 UG應用在平時作業(yè)講解

機械制圖是實踐性很強的課程，在每一部分的內容結束后，都要輔以相應知識點的題目進行練習。習題的內容要與教材的內容相配套，及時在學生每次作業(yè)做完后，在課堂上對出現(xiàn)的較集中的錯誤進行板書示范糾正，讓學生明白立體結構和繪圖的真正意圖。比如在講解習題集作業(yè)曲面立體相貫內容時，學生們在作業(yè)中對于補畫相貫線的立體結構想象不清楚，可以采用UG建立模型，旋轉各個角度讓學生觀察，然后再根據(jù)立體模型反推回題目，進行相貫線的繪制。

通過對難度較大或者學生出錯率較高的題目的立體模型建立，可以幫助學生們建立所繪圖形的立體空間架構，這樣，不僅完成了手工繪圖的作業(yè)，學生也可以從各個角度觀察立體模型具體結構，包括內部結構，使得學生的學習不與實際工業(yè)脫軌，也為工程類學生更好的理解本行業(yè)的專業(yè)知識打下基礎。

2.3 采用UG進行教學案例

以機械制圖中組合體內容為實際教學案例為例，講解具體教授過程。如圖2所示為制圖題中常見題型。

圖2 立體主視圖和俯視圖

該題目要求根據(jù)兩視圖，繪制出立體的左視圖，并標注尺寸。同學們在繪制立體的左視圖之前，首先要根據(jù)給定的主視圖和俯視圖分析立體模型的結構，其基本形體特征以及各個形體之間的位置關系；其次，想象出立體模型空間結構；再次，根據(jù)想象空間結構，按照投影基本形式，繪制出左視圖；最后按照組合體尺寸標注原則進行標注。圖3～圖5為具體講解過程。

標注如圖5所示的組合體尺寸，先確定組合體三個方向基準，即長度基準、寬度基準和高度基準，如圖3所示。確定尺寸基準后，標注出兩個主要形體結構（即圖4中編號2和編號3）的形狀尺寸，如圖5中尺寸R16，直徑Φ17，厚度11，R6等等；再標注定位尺寸，如主視圖中16和22，用來定位鉆Φ17孔的位置；俯視圖中12定位長圓孔的位置；最后標注總體尺寸，如主視圖中總長60，總高22，俯視圖中總寬44。總體尺寸與定形尺寸一致時，不再進行標注。

圖3 組合體立體模型

圖4 組合體形體結構分析

圖5 組合體左視圖繪制及尺寸標注

2.4 UG軟件應用效果

現(xiàn)在課堂教學基本都采用多媒體課件進行，這樣可以在課件中多角度展示立體模型的空間構架和元素之間的交互關系，而且有助于學生空間思維的培養(yǎng)。如果使用實際機械零部件模型，實際模型較小，對于后排的學生看不清楚。其次，所展示的模型破舊，有些模型也找不齊全，在課堂上，直接采用UG軟件，備課時，將課堂上平面圖形的立體結構建立出來，輔助教學，這樣，同學們很容易看懂三維模型，再將其轉換為二維平面圖紙中，用制圖圖形展示出。

課程中二維、三維繪圖軟件的應用，使得繪圖的效率和質量大幅度的提高，在圖紙的修改、反復利用和保存管理等方面，體現(xiàn)出了手工繪圖無法比擬的優(yōu)越。三維軟件在教學中的引入和應用，加深了學生的學習興趣，更重要的是，對于二維圖形和三維立體之間的空間轉換，給學生提供了想象的空間，豐富了思維模式，也為提高學生的讀圖能力和繪圖能力提供了有力的技術支持。

機電工程學院的機械專業(yè)學生已經(jīng)在機械制圖課程的第一學期系統(tǒng)學習了制圖的投影理論、簡單立體投影和組合體投影、各種機件的表達方法等。在第二學期，將CAD技術引入教學，學生們除了學習AUTOCAD軟件以外，還可以學習三維造型軟件，比如UG軟件。在授課過程中，用UG建立模型，再將模型轉換為二維工程圖，講解圖紙繪制，會大大提高知識的接受程度。

采用UG軟件教學中，首先采用二維簡單圖形，通過拉伸或者旋轉等特征操作成為立體模型，再將其他立體通過疊加或切割的方式進行組合修改，以期得到預想的立體，最后再將立體模型轉換為二維工程圖。

學生在讀圖時，根據(jù)圖紙建立模型時，首先分析立體結構的每個主體特征和主要部分，分別進行模型的建立，然后進行各個部分的整合，組成為一個完整的模型。整個教學過程讓學生對工程圖的認識從被迫接受枯燥的理論知識，轉變?yōu)閷W生自主的研究和思考，由感性認識上升為理性認識。

3 結束語

通過三維軟件UG的教學，使得學生更深入的理解工程圖的繪制并不是簡單的抄畫，圖紙的繪制包含了產品的概念設計，工藝要求，技術要求，產品的制造和檢驗，是一個生產、設計、制造工藝流程而言重要的技術文件。

希望在后續(xù)的教學中繼續(xù)深化改革，繼續(xù)培養(yǎng)學生嚴謹科學的制圖態(tài)度，以及掌握先進制圖技術的能力，真正理解“機械制圖”不是一門考后就結束的課程，而是貫穿在整個職業(yè)生涯中的基本技能，培養(yǎng)學生嚴謹細致的工作作風和認真負責的工作態(tài)度，構架起一座銜接專業(yè)領域知識的大橋。

[1]張 冶，洪 雪.Unigraphics NX三維工程設計與渲染教程[M].北京：清華大學出版社，2003.

[2]雷松麗.UG NX7機械與產品造型設計實例精講[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[3]http://baike.so.com/doc/671578.html，360百科.

[4]王 巍.機械制圖[M].北京：高等教育出版社，2009.

[5]暢為航，段江軍，張洪峰.基于UG軟件的《機械制圖》課堂改革探索[J].裝備制造技術，2009（12）：164-166.

[6]王曉光.機械制圖課程教學改革方法探索[J].科技信息，2012（5）：354.

[7]袁美榮，廖治凱，曹小藝，等.基于應用型人才培養(yǎng)的《機械制圖》教學改革探索[J].職業(yè)教育研究，2007(8):69-71.

The App lication of UG Software in MechanicalDraw ing

ZHANGWen-juan1，2，WU Long1，2，JIN Fang-wei1，2
(1.SchoolofMechanical&Electronic Eng.，Sanming University.，Sanming Fujian365004，China；2.Sanming Engineering Research CenterofMechanicalCAD，Sanming Fujian 365000，China)

In the paper,itwassaid that the reason ofMechanicaldrawing about the UG software application in teaching.Thework in the teachingwas improved.The combination of the theory and the practicalofhomework teaching.In order to adapt to themodern industrial design about the environmentof software,the three-dimensionalmodeling technology was introduced into the class teaching.Itwas cultivated to engineerof the rigorousstyle for drawing skills.

mechanicaldrawing；the reform of teaching；three-dimensionalsoftware

G642.0

B

1672-545X（2014）04-0246-03

2014-01-05

校級高等教育教學改革項目(編號：L1215/Q);福建省教育廳A類科技項目(編號：JA12298);福建省教育廳質量工程項目（編號：ZL1002/RM(sj)）;福建省教育廳“卓越計劃”改革試點項目（編號：SD1109）

張雯娟（1980—），女，甘肅蘭州人，碩士，講師，主要從事機械工程專業(yè)教學，研究方向：板料成形有限元仿真、模具CAD/CAE/CAM。