汝紹鋒+張燕

摘 要 運(yùn)用CAD軟件制圖是機(jī)械類專業(yè)必備的一種能力，針對目前二維和三維CAD制圖教學(xué)中存在的一些問題，提出開展實(shí)物案例驅(qū)動的二維制圖模式，強(qiáng)調(diào)二維圖紙標(biāo)注的重要性，引導(dǎo)建立二維和三維制圖的關(guān)聯(lián)性，養(yǎng)成合理的繪圖方法和習(xí)慣，拓展CAD制圖教學(xué)內(nèi)容，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和互動性，提高學(xué)生對機(jī)械制圖的研究興趣。

關(guān)鍵詞 機(jī)械制圖 ；CAD ；教學(xué)方法 ；實(shí)踐

中圖分類號 TH126

Abstract Using the CAD drawing is an essential kind of ability for mechanical engineering. Aiming at some problems in 2d and 3d CAD drawing teaching， it has carried out the real case driven for 2d graphics mode. Emphasized the importance of 2d drawings marked. Guide to establish the relevance of 2d and 3d drawings. Develop the reasonable drawing method and habit. Expand CAD drawing teaching content， to cultivate the students' learning initiative and interactivity， to improve students' interest in the study of the mechanical drawing.

Key words mechanical drawing ； CAD ； teaching cases ； practice

機(jī)械制圖理論課是學(xué)習(xí)二維和三維制圖軟件的基礎(chǔ)，是讀懂和繪制圖紙的前提條件。在科技并不發(fā)達(dá)的時(shí)代，人們在圖紙上用鉛筆和丁字尺畫出的線條組成了一幅幅圖紙制造出了當(dāng)時(shí)的機(jī)器。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，制圖的方式也發(fā)生了翻天覆地的變化。目前人們拿著鉛筆和圖紙畫圖的經(jīng)歷僅僅存在于大學(xué)期間必要的課程設(shè)計(jì)中，大部分機(jī)械圖紙都是依賴于CAD設(shè)計(jì)軟件來完成[1-4]。機(jī)械類專業(yè)需要學(xué)習(xí)的CAD軟件主要包括2類，一類是以二維繪圖為主的AutoCAD和CAXA等，另一類是以三維繪圖為主的Pro/ENGINEER、Solidworks、Inventor和CATIA等[5-6]。但是在CAD機(jī)械制圖教學(xué)中普遍存在僅教會軟件基本繪圖方法，而忽略圖紙標(biāo)注規(guī)定和缺少實(shí)物測量等問題，特別是在三維CAD制圖教學(xué)中僅注重三維模型的建立，而忽略三維制圖與二維制圖的聯(lián)系，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)CAD制圖時(shí)感覺枯燥和脫節(jié)等。筆者結(jié)合自身的教學(xué)情況，總結(jié)在CAD機(jī)械制圖教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)，以為CAD軟件制圖課程取得良好教學(xué)效果提供參考。

1 實(shí)物案例驅(qū)動的二維制圖

機(jī)械類專業(yè)學(xué)生在完成工程制圖及畫法幾何理論課后，將進(jìn)行CAD制圖軟件的學(xué)習(xí)。結(jié)合理論課中掌握的投影關(guān)系和繪圖規(guī)則，首先要學(xué)習(xí)二維CAD制圖軟件。目前教學(xué)方法是：講述完CAD軟件各繪圖功能之后要求學(xué)生上機(jī)練習(xí)，即要求學(xué)生在課堂上掌握相應(yīng)圖形的繪制方法和一些編輯技巧，課后上機(jī)進(jìn)行二維圖紙的繪制。上機(jī)繪圖的素材是教材或課程設(shè)計(jì)中現(xiàn)有的圖紙，針對CAD二維制圖教學(xué)僅停留在“照葫蘆畫瓢”的階段。這樣的學(xué)習(xí)方式容易使學(xué)生產(chǎn)生厭學(xué)情緒。由于現(xiàn)有圖紙不夠，易導(dǎo)致繪圖錯(cuò)誤，而且在出錯(cuò)處學(xué)生不能及時(shí)了解產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因。如圖1所示，在繪制主視圖（圖1a）加強(qiáng)筋板時(shí)，忽略和左視圖的投影關(guān)系，而將主視圖繪制成紅色虛線內(nèi)所示的錯(cuò)誤形式（圖1b-c）。在二維機(jī)械制圖練習(xí)中，為了使制圖教學(xué)更加生動形象，可開展實(shí)物案例驅(qū)動的一體化教學(xué)模式。

實(shí)物案例驅(qū)動的一體化教學(xué)模式是在進(jìn)行二維制圖上機(jī)練習(xí)過程中，通過現(xiàn)場測量實(shí)物模型獲得尺寸，結(jié)合工程制圖理論知識判斷各輪廓線的幾何關(guān)系，將獲得的尺寸和幾何關(guān)系運(yùn)用二維CAD軟件繪制成圖，目的是提高學(xué)生繪圖興趣以及綜合運(yùn)用知識的能力，前提是要求學(xué)生熟練掌握各項(xiàng)繪圖基本操作指令。以往的上機(jī)繪圖教學(xué)中，僅提供給學(xué)生帶有尺寸的圖紙，而在實(shí)物案例驅(qū)動教學(xué)中，可以提供一些塑料制成的實(shí)物模型（圖2）和必要的測量工具，讓學(xué)生通過實(shí)物模型測量和觀測，明確繪圖的目的性。在教學(xué)過程中，教師起到答疑解惑作用，實(shí)現(xiàn)制圖教學(xué)的主動性和互動性。

2 二維制圖的標(biāo)注

一份機(jī)械圖紙必須包括圖形輪廓、尺寸標(biāo)注、公差標(biāo)注、粗糙度標(biāo)注和技術(shù)要求等內(nèi)容，而目前二維CAD制圖教學(xué)往往忽視除尺寸標(biāo)注外的其他必要標(biāo)注內(nèi)容。機(jī)械圖紙最終是要送到車間進(jìn)行加工制造的，它不同于風(fēng)景園林和藝術(shù)設(shè)計(jì)圖紙，沒有公差和粗糙度等標(biāo)注內(nèi)容，技術(shù)人員將很難讀懂圖紙，更談不上加工制造，所以在二維CAD制圖教學(xué)中必須強(qiáng)化圖紙的標(biāo)注。在練習(xí)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在完成主要圖形輪廓繪制后，便稱圖紙馬上就要完工，這是由于在教學(xué)中沒有強(qiáng)調(diào)圖紙標(biāo)注的重要性而產(chǎn)生的一種錯(cuò)覺，一幅完整的圖紙標(biāo)注可能會占用整個(gè)圖紙繪制時(shí)間的50 %。在案例驅(qū)動的繪圖教學(xué)中，雖然沒有必要將滿足加工要求的準(zhǔn)確公差值等內(nèi)容弄清楚，但必須掌握尺寸公差、表面粗糙度、形狀和位置公差的標(biāo)注規(guī)則和方法，還要學(xué)會一些標(biāo)注的技巧，以提高制圖效率，如利用動態(tài)塊繪制不同位置的表面粗糙度。

3 二維和三維制圖在教學(xué)中關(guān)系

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷革新，三維CAD軟件得到飛速發(fā)展，其功能變得越來越強(qiáng)大，但教學(xué)中存在三維制圖與二維制圖脫節(jié)的問題，即三維CAD只教三維建模，二維CAD只管二維繪圖。而且有些人認(rèn)為制圖加工還得靠二維CAD，三維CAD建模僅僅用來展示，目前有相當(dāng)部分工廠企業(yè)是以三維制圖為主，二維制圖為輔來進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)。因此，在教學(xué)中要讓學(xué)生清楚三維制圖與二維制圖的關(guān)系。

二維制圖過程可以理解為虛擬的“鉛筆”和“圖紙”，“鉛筆”畫出的長度就是標(biāo)注后顯示的尺寸，而三維制圖過程實(shí)際上可以理解為三維設(shè)計(jì)過程，它是將平面圖紙立體化，與二維制圖最大的不同就是尺寸驅(qū)動圖形的大小變化，這是三維CAD制圖靈活性的體現(xiàn)。同時(shí)還要強(qiáng)調(diào)二維制圖是三維制圖的基礎(chǔ)，無論哪一種制圖方式最終目的是進(jìn)入車間，輸出產(chǎn)品。進(jìn)入車間的圖紙一般是標(biāo)注完整的二維圖，因此二維CAD制圖既是“輸入端”，又是“輸出端”。而三維立體圖的繪制是設(shè)計(jì)過程，建立的三維模型導(dǎo)出成符合投影規(guī)律的二維圖形，再經(jīng)過尺寸標(biāo)注形成最終結(jié)果“輸出端”。所以在三維CAD制圖教學(xué)中必須強(qiáng)化與二維CAD制圖的聯(lián)系，使建立的三維模型“落地”。如圖3所示，利用三維CAD軟件建立模型（圖3a），通過格式轉(zhuǎn)換導(dǎo)入到二維CAD軟件中進(jìn)行尺寸標(biāo)注和一些必要的修改（圖3b），以完成從設(shè)計(jì)到出圖的過程。

4 繪圖方法與插件選用

在二維與三維繪圖過程中，為完成某種結(jié)構(gòu)圖形，可以選用不同的繪圖方法。對于一個(gè)簡單的圖形來說，選用不同的繪圖方法可能對后期修改影響不大；對于一個(gè)較為復(fù)雜的圖形而言，不同的繪圖方法對后期調(diào)整和修改的影響較大，這是目前CAD制圖教學(xué)中普遍忽視的一個(gè)問題。為了提高學(xué)生繪圖效率和培養(yǎng)良好的繪圖習(xí)慣，讓學(xué)生了解和體會不同的繪圖方法是必要的。在選擇繪圖方法時(shí)要盡量服從一些基本規(guī)則，如簡化草圖規(guī)則和按加工順序繪制規(guī)則等。相對于二維制圖方法而言，三維制圖方法的選擇更為靈活多變，下面以三維繪圖來說明不同的繪圖方法。

在三維制圖中完成一個(gè)零件模型（圖4）的建立，可以選擇2種不同的繪圖方法。首先建立一個(gè)包含圓角的復(fù)雜草圖（圖4a），再通過拉伸特征完成零件模型的建立；或先繪制一個(gè)較簡單的草圖（圖4b），再通過拉伸和圓角2個(gè)特征完成零件建立。2種繪圖方法完成的效果是一樣的，區(qū)別在于：繪制復(fù)雜的草圖時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行比較快，因?yàn)椴輬D圓角的計(jì)算要比圓角特征快，但是復(fù)雜的草圖繪制和編輯不便于后期修改；而簡單的草圖管理方便，使用靈活，方便后期對零件的修改。因此，在繪制零件時(shí)，應(yīng)盡量選用簡單草圖繪制方法。

CAD軟件提供了相當(dāng)豐富的插件功能，包括渲染、數(shù)值模擬、運(yùn)動和動力學(xué)分析等功能。靈活選用這些插件功能可以培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，將繪制的模型進(jìn)行材質(zhì)和光線渲染，以提高模型的展示性（圖5a）；對懸臂梁模型進(jìn)行模擬受力分析，可及時(shí)對建立的模型進(jìn)行校核（圖5b）。但在CAD制圖教學(xué)環(huán)節(jié)中還很少涉及插件功能的運(yùn)用，可以適當(dāng)增加插件功能的教學(xué)內(nèi)容，以提高學(xué)生學(xué)習(xí)制圖軟件的主動性，擴(kuò)展學(xué)生知識面。

5 小結(jié)

機(jī)械類專業(yè)開展CAD制圖教學(xué)要以實(shí)物案例驅(qū)動的一體化模式培養(yǎng)學(xué)習(xí)主動性；通過標(biāo)注著重突出機(jī)械圖紙，以增強(qiáng)機(jī)械圖紙的可讀性；引導(dǎo)建立二維繪圖與三維設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)性，使學(xué)生養(yǎng)成良好的繪圖習(xí)慣；同時(shí)靈活運(yùn)用插件功能，拓寬教學(xué)內(nèi)容，通過CAD制圖課程的學(xué)習(xí)，為培養(yǎng)機(jī)械類專業(yè)人才打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 霄 琳. 機(jī)械制圖與機(jī)械CAD的結(jié)合[J]. 中國科技信息，2014（17）：130-131.

[2] 薛 焱. AutoCAD 2014基礎(chǔ)教程[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2014.

[3] 俞艷紅，吳秋梅. 淺談CAD制圖相對于手工制圖的優(yōu)越性[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（22）：103.

[4] 承碧華. AutoCAD對機(jī)械制圖教學(xué)的輔助作用[J]. 現(xiàn)代物業(yè)（上旬刊），2011（11）：119-120.

[5] 劉 鷹，蒙雪蘭，廖 麗. 分層教學(xué)法在機(jī)械制圖CAD教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 廣西教育，2013（47）：149-150.

[6] 呂德芳. 三維CAD與機(jī)械制圖教學(xué)改革[J]. 內(nèi)江科技，2015（12）：152.