陸美文，陳偉珍，胡華麗

（廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧530023）

當(dāng)今科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，三維軟件在生產(chǎn)實(shí)踐中已得到普遍應(yīng)用，教學(xué)實(shí)踐中也不斷的利用新技術(shù)、新手段來(lái)輔助教學(xué)。其中，UG NX軟件是Siemens PLM Software推薦的CAD/CAE/CAM一體化軟件，它的功能具有強(qiáng)大的實(shí)體造型、曲面造型、模擬裝配、工程圖生成和仿真運(yùn)動(dòng)等功能，因此，UG NX軟件廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、航空、電器等眾多領(lǐng)域，同時(shí)在眾多專業(yè)課程的教學(xué)和虛擬仿真實(shí)踐中都得到了廣泛應(yīng)用[1]。

UG軟件強(qiáng)大的實(shí)體造型功能，幫助教師們改變了傳統(tǒng)的實(shí)物模型教學(xué)方式，克服了實(shí)物模型教學(xué)的種種不足，讓機(jī)械制圖課更加形象生動(dòng)、直觀高效、提高教學(xué)質(zhì)量。由于三維繪圖軟件UG造型極其便捷高效，教師在課堂的動(dòng)態(tài)教學(xué)中，可以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)應(yīng)變，按需造型以及修改模型，從而更大幅度地?cái)U(kuò)大了課堂知識(shí)容量，提高了課堂教學(xué)效率。為了解決教學(xué)實(shí)踐中的難題，本文對(duì)UG NX三維軟件輔助裝配圖教學(xué)進(jìn)行了研究和實(shí)踐。

1　裝配圖在教學(xué)中存在的問(wèn)題

在機(jī)電類專業(yè)的教學(xué)中，裝配圖的教學(xué)是機(jī)械制圖課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，對(duì)于沒(méi)有實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而剛?cè)腴T學(xué)習(xí)機(jī)械制圖的的學(xué)生來(lái)說(shuō)，想象整個(gè)機(jī)器（或部件）的內(nèi)外結(jié)構(gòu)，并完整準(zhǔn)確地表達(dá)出來(lái)，對(duì)學(xué)生有限的空間思維是一個(gè)高難度的挑戰(zhàn)。

1.1　機(jī)器或部件的工作原理不明晰

在裝配圖教學(xué)中，教師往往是拿著部件模型先講解機(jī)器或部件的工作原理，教師講得頭頭是道，學(xué)生聽(tīng)得一頭霧水，一是模型太小無(wú)法讓每個(gè)人都看得清楚，二是要理解工作原理還得有足夠的空間想象力。對(duì)于空間思維能力較弱、學(xué)習(xí)基礎(chǔ)較差的高職學(xué)生而言，無(wú)疑帶來(lái)了極大的困難，逐漸失去了繼續(xù)學(xué)習(xí)的信心。

1.2　拆裝順序說(shuō)不明

零件的拆裝順序是學(xué)生理解零件結(jié)構(gòu)、作用和繪制裝配圖的關(guān)鍵，教師在教學(xué)中一般也是邊拆裝部件模型邊講解零件的裝配關(guān)系以及裝配順序。由于模型較小，學(xué)生也看得不清楚，更不能理解其中的關(guān)系，使教學(xué)效果大打折扣，學(xué)生也慢慢失去學(xué)習(xí)耐心和興趣。

1.3　裝配圖的零件關(guān)系難理解

教師在講裝配圖的畫(huà)法時(shí)，邊講邊在黑板上畫(huà)圖，或者由PPT展示。由于裝配圖較復(fù)雜，包含多個(gè)零件的形狀結(jié)構(gòu)，學(xué)生需要不斷地將實(shí)物轉(zhuǎn)換成二維圖，一些空間思維比較缺乏的同學(xué)，就無(wú)法跟上。同時(shí)，離較遠(yuǎn)的同學(xué)也難以看清零件之間的分界線，特別是非接觸面之間的分界線，無(wú)法看清是一條線還是兩條，學(xué)習(xí)起來(lái)比較困難。

2　解決裝配圖教學(xué)難點(diǎn)的思路

2.1　直觀演示工作原理

教師在講解工作原理時(shí)，通過(guò)仿真運(yùn)動(dòng)，可以直觀地展示機(jī)器或部件的工作狀態(tài)，對(duì)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)剖切功能，能看到內(nèi)部的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，學(xué)生一目了然。對(duì)所繪制的三維模型可以任意放大縮小，并且可以自由地將三維模型精確地旋轉(zhuǎn)到任何一個(gè)方位、角度，而且可以隨時(shí)將三維模型轉(zhuǎn)換為平面投影，以便學(xué)生直接認(rèn)識(shí)從三維模型到各個(gè)視圖的形成過(guò)程及特點(diǎn)。

2.2　動(dòng)態(tài)展示機(jī)器或部件的裝配關(guān)系

通過(guò)三維裝配應(yīng)用模塊，按照機(jī)器或部件的安裝順序，逐個(gè)添加零件。利用剖視圖的功能，讓學(xué)生可以看得見(jiàn)內(nèi)部的裝配關(guān)系。同步畫(huà)出二維的裝配圖，直觀的對(duì)比三維圖與二維圖的輪廓線關(guān)系。

通過(guò)三維軟件建立了立體的、有光的、有色的生動(dòng)渲染畫(huà)面，虛擬逼真地、直觀地表達(dá)出大腦中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)效果。比傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)更符合人的思維和視覺(jué)習(xí)慣，聲色并茂吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。

3　三維軟件在裝配圖教學(xué)中的應(yīng)用

3.1　仿真機(jī)器或部件的運(yùn)動(dòng)

應(yīng)用三維軟件，將機(jī)器或部件建模、組裝完成，在立體模型的基礎(chǔ)上，添加一系列機(jī)構(gòu)連接和驅(qū)動(dòng)，使零件運(yùn)轉(zhuǎn)，從而模擬機(jī)構(gòu)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，演示其工作過(guò)程。如圖1所示，在講解安全閥時(shí)，模擬安全閥的工作過(guò)程，液體壓力過(guò)大時(shí)閥門被推開(kāi)，液體溢出，壓力減小，閥門關(guān)閉。同樣，在講解齒輪油泵時(shí)，也可以通過(guò)仿真兩齒輪的嚙合運(yùn)動(dòng)，使泵體型腔兩邊產(chǎn)生壓力差而帶動(dòng)油液流動(dòng)，模擬油泵吸油泵油的工作過(guò)程。學(xué)生就可以直觀的感受機(jī)器的工作原理，大大提高理解的程度。

圖1　液壓安全閥

3.2　零件裝配過(guò)程與畫(huà)裝配圖同步進(jìn)行

以液壓安全閥裝配圖的繪制為例。三維軟件完成建模后，逐一演示零件的裝配過(guò)程，同時(shí)使用剖切功能，展示裝配后零件的裝配關(guān)系，學(xué)生可以直觀清楚地看到接觸面或是非接觸面的關(guān)系，在繪圖時(shí)準(zhǔn)確繪制輪廓線，還可以通過(guò)截切、旋轉(zhuǎn)，使零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系一覽無(wú)余，直觀的展現(xiàn)零件之間的裝配關(guān)系，使學(xué)生全面系統(tǒng)的理解裝配圖的繪制方法。

（1）對(duì)所有零件建立模型，進(jìn)入U(xiǎn)G NX10.0，進(jìn)入“裝配”應(yīng)用模塊，添加第一個(gè)零件——閥體，并畫(huà)出閥體的全剖視圖。如圖2所示。

圖2　添加閥體

（2）添加閥門，并畫(huà)出閥門的全剖視圖，閥門與閥體連接為接觸面連接，在連接處只畫(huà)一條粗實(shí)線，將被閥門擋住的閥體輪廓線擦掉。如圖3所示。

圖3　添加閥門

（3）添加彈簧和彈簧墊，并按規(guī)定畫(huà)法畫(huà)出彈簧和彈簧墊的全剖視圖，彈簧底部與閥門連接為接觸面連接，在連接處只畫(huà)一條粗實(shí)線，彈簧墊與彈簧接觸面只畫(huà)一條粗實(shí)線；將被彈簧擋住的閥門和閥體的輪廓線擦掉。如圖4所示。

圖4　添加彈簧和彈簧墊

（4）添加螺桿和墊片，并畫(huà)出螺桿和墊片的主視圖，螺桿與彈簧墊接觸面，墊片與閥體接觸面只畫(huà)一條粗實(shí)線，非接觸面畫(huà)兩條粗實(shí)線。如圖5所示。

圖5　添加螺桿和墊片

（5）以此類推，添加閥蓋并畫(huà)出閥蓋的全剖視圖，螺桿與閥蓋連接為螺紋旋合，按外螺紋規(guī)定畫(huà)法來(lái)畫(huà)；添加標(biāo)準(zhǔn)件螺栓和螺母，將后面沒(méi)有被擋住的部分輪廓畫(huà)出；添加閥帽和螺釘，并畫(huà)出閥帽的全剖視圖，螺釘與閥帽為螺紋旋合，按外螺紋畫(huà)，閥帽和閥蓋接觸面只畫(huà)一條粗實(shí)線。最后完成液壓安全閥裝配圖，如圖6所示。

圖6　液壓安全閥裝配圖

4　在裝配圖教學(xué)中應(yīng)用三維軟件應(yīng)該注意的問(wèn)題

教學(xué)實(shí)踐證明，在課堂教學(xué)中適當(dāng)引入三維繪圖軟件輔助教學(xué)，除了可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)課程的熱情，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力外，還可以使學(xué)生對(duì)三維繪圖軟件一定的了解，為后續(xù)軟件類課程的學(xué)習(xí)做了很好的鋪墊。同時(shí)，三維繪圖軟件能很好地實(shí)現(xiàn)二維工程圖的自動(dòng)生成，且二、三維雙向關(guān)聯(lián)，具備完備的智能化標(biāo)注能力和二維工程圖的編輯及修改能力等，在培養(yǎng)空間思維能力，創(chuàng)造良好學(xué)習(xí)條件方面起到了巨大的作用。但是，為培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力，需要進(jìn)行大量的二維與三維之間的雙向思維訓(xùn)練，這就需要做大量的習(xí)題和自主學(xué)習(xí)，比如由實(shí)體畫(huà)出三視圖，由三視圖想象出三維實(shí)體的結(jié)構(gòu)形狀等，離開(kāi)了三維模型后，這些練習(xí)往往需要獨(dú)立思考，學(xué)生便產(chǎn)生畏難情緒，從而影響后續(xù)的學(xué)習(xí)。因此，利用三維軟件進(jìn)行造型輔助教學(xué)應(yīng)該適可而止，僅僅用于入門和建立空間思維能力的初始階段，更多的是要引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和積極思維，建立空間思維能力，培養(yǎng)繪圖識(shí)圖能力。其次，機(jī)械制圖課程應(yīng)該向著課程項(xiàng)目化改造的方向發(fā)展，將學(xué)生感興趣的三維軟件課程與機(jī)械制圖課程整合，在學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課程的同時(shí)學(xué)習(xí)三維軟件課程，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課程的興趣和教學(xué)效果。

5　結(jié)束語(yǔ)

機(jī)械制圖是機(jī)電類專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課。在三維軟件技術(shù)普及應(yīng)用的今天，教師能通過(guò)合理的方式將手工繪圖與計(jì)算機(jī)繪圖，將看圖、畫(huà)圖和三維造型的理論與實(shí)踐相結(jié)合進(jìn)行一體化教學(xué)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)二維制圖與三維造型的時(shí)候能融會(huì)貫通，相輔相成，相互促進(jìn)，通過(guò)制圖與識(shí)圖，通過(guò)三維軟件將空間思維與實(shí)物模型無(wú)縫對(duì)接，靈活切換，突破了教學(xué)的難點(diǎn)，大大節(jié)約學(xué)生學(xué)習(xí)制圖與識(shí)圖的時(shí)間，同時(shí)也節(jié)約學(xué)習(xí)三維軟件操作的時(shí)間。根據(jù)教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)利用三維軟件優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，可以大大提高教學(xué)效率，起到事半功倍的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛炳秋.中文版UG NX8.0基礎(chǔ)教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.