張迪 黃建生

摘 要：基于目前中職學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)械制圖課程中普遍存在讀圖能力不足的問(wèn)題，本文結(jié)合投影理論及相關(guān)組合體圖例，總結(jié)歸納出兩種易于學(xué)生理解掌握的組合體讀圖法，即拉伸法及切割法，并基于inventor三維設(shè)計(jì)軟件，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行建模實(shí)踐，以便有效提升學(xué)生讀圖能力。

關(guān)鍵詞：組合體 ?拉伸法 ?切割法 ?建模實(shí)踐

一、中職學(xué)生學(xué)習(xí)制圖中存在的讀圖問(wèn)題

對(duì)于機(jī)械類(lèi)專(zhuān)業(yè)的中職學(xué)生來(lái)講，機(jī)械制圖這門(mén)課屬于專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，課程目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生的讀圖及畫(huà)圖能力。由于中職學(xué)生培養(yǎng)的主體方向是面向生產(chǎn)操作而非設(shè)計(jì)研發(fā)，所以培養(yǎng)目標(biāo)中讀圖的重要性更為突出一些。從形體角度分析，任何機(jī)器零部件都是由多個(gè)基本體經(jīng)疊加或切割而成，即屬于組合體概念的范疇。因此掌握組合體讀圖法就成為了順利識(shí)讀零部件圖的基礎(chǔ)。對(duì)于這一部分知識(shí)的學(xué)習(xí)，目前中職學(xué)生存在的客觀問(wèn)題有：基礎(chǔ)文化知識(shí)薄弱、學(xué)習(xí)動(dòng)力不足、知識(shí)領(lǐng)悟能力較差等。尤其在組合體讀圖這一教學(xué)模塊中，最為突出的問(wèn)題是不知如何根據(jù)三視圖正確聯(lián)想出三維實(shí)體。雖然教材中提到了一些讀圖技巧和思路，但是脈絡(luò)不是很清晰，學(xué)生并不能較好地理解和掌握，從而在一定程度上影響了后續(xù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)的學(xué)習(xí)。鑒于此，亟待探索一種較系統(tǒng)并易于中職學(xué)生掌握的讀圖方法

二、讀圖教學(xué)方法

組合體分為疊加型、切割型及綜合型三大類(lèi)。其中綜合型可以看成是前兩種的復(fù)合。下面的內(nèi)容將圍繞疊加型及切割型兩大組合體門(mén)類(lèi)展開(kāi)討論讀圖的具體方法。

1.疊加型組合體的教學(xué)方法

疊加型組合體是由若干基本體疊加而成?；倔w是疊加型組合體的最小組成單元。而基本體亦可以理解成由某截面沿某固定方向拉伸而成的幾何體。此截面的特殊之處在于，它是平行于各投影面的，即屬于平行面的范疇，所以，拉伸方向可以理解成是沿垂直于投影面的方向進(jìn)行拉伸。

基于以上思路，疊加型組合體的讀圖步驟做以下梳理：首先在三視圖各投影視圖中尋找并確定哪些封閉區(qū)域?qū)儆谄叫忻妫ㄆ叫杏谠撏队懊妫?，并進(jìn)行編號(hào);然后讓各編號(hào)區(qū)域沿著垂直于投影面的方向進(jìn)行拉伸;最后再將得到的各基本體進(jìn)行疊加，從而組成三維結(jié)構(gòu)的疊加型組合體。鑒于這種方法與三維設(shè)計(jì)軟件中的拉伸建模方式類(lèi)似（投影平面相當(dāng)于三維繪圖平面，拉伸方向?yàn)槔L圖平面法向），筆者稱(chēng)之為拉伸法。

下面引入疊加型組合體實(shí)例進(jìn)行方法說(shuō)明。

如圖1所示，為某疊加型組合體的三視圖，要求學(xué)生根據(jù)此條件，識(shí)讀出三維實(shí)體結(jié)構(gòu)。

（1）教學(xué)步驟。首先，在三視圖中對(duì)各封閉區(qū)域進(jìn)行分析，確定各視圖中哪些封閉區(qū)域?qū)儆谄叫衅矫妗?/p>

具體方法是在主視圖中，長(zhǎng)條孔與主體四邊形輪廓所形成的封閉區(qū)域平行于正投影面，且與側(cè)投影面及水平投影面成垂直關(guān)系。由此根據(jù)正平面投影特性可知，該封閉區(qū)域?yàn)檎矫?，其編?hào)定為①;同理，主視圖底部八邊形圍成的封閉區(qū)域亦為正平面，其編號(hào)定為②;左視圖中，三角形圍成的封閉區(qū)域平行于側(cè)投影面，且與正投影面及水平投影面成垂直關(guān)系，由此根據(jù)側(cè)平面投影特性可知，該封閉區(qū)域?yàn)閭?cè)平面，其編號(hào)定為③。

然后，把編號(hào)的三個(gè)封閉區(qū)域，分別垂直于投影面方向進(jìn)行拉伸（拉伸的距離可由其他兩視圖確定）。

（2）具體方法。編號(hào)①與②的封閉區(qū)域沿正投影面法向（Y向）進(jìn)行拉伸;編號(hào)③的封閉區(qū)域沿側(cè)投影面法向（X向）進(jìn)行拉伸。拉伸結(jié)果如圖2所示。

最后，令三個(gè)拉伸得到的實(shí)體模型進(jìn)行疊加組合，從而生成三維實(shí)體模型，結(jié)果如圖3所示。

2.切割型組合體的教學(xué)方法

切割型組合體可以理解成是某基本體經(jīng)機(jī)械加工而形成的三維實(shí)體。該實(shí)體上的所有特征（如斜面、溝槽及孔洞等），都是在基本體的基礎(chǔ)之上通過(guò)機(jī)械切割而形成的。而機(jī)械切割的路徑方向，亦可以理解成是垂直于投影面的方向。

基于以上思路，切割型組合體的讀圖步驟做以下梳理：首先根據(jù)三視圖大體形體，確定組合體的原始基本體;然后在各投影視圖中根據(jù)平面投影基本理論，確定哪些積聚平面屬于垂直平面（垂直于該投影面），并做好相應(yīng)編號(hào)，并對(duì)各視圖上的內(nèi)部孤立封閉區(qū)域也進(jìn)行編號(hào);最后令編號(hào)所代表的平面及內(nèi)部封閉區(qū)域，沿著垂直于該投影面的方向?qū)υ蓟倔w進(jìn)行切割（切割深度通過(guò)其他兩個(gè)視圖信息來(lái)定），從而形成三維結(jié)構(gòu)的切割型組合體。這種方法筆者稱(chēng)之為切割法。

下面引入切割型組合體實(shí)例進(jìn)行方法說(shuō)明。

如圖4所示，為某切割型組合體的三視圖，要求學(xué)生根據(jù)此條件，識(shí)讀出三維實(shí)體結(jié)構(gòu)。

（1）教學(xué)步驟。首先，根據(jù)三視圖基本形體，推測(cè)出此組合體的原始輪廓為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，所以選擇長(zhǎng)方體作為原始基本體。然后，在三視圖上運(yùn)用平面投影基本理論進(jìn)行分析，得到各視圖的垂直平面以及內(nèi)部孤立輪廓區(qū)域，并進(jìn)行編號(hào)。

（2）具體方法。在主視圖中，左側(cè)斜線(xiàn)所表征的積聚平面，垂直于正投影面，且與側(cè)投影面及水平投影面成傾斜關(guān)系。由此根據(jù)正垂面投影特性可知，該積聚平面為正垂面，其編號(hào)定為①;在左視圖的中間部位，T型槽輪廓線(xiàn)所表征的積聚平面集合，垂直于側(cè)投影面，且與正投影面及水平投影面成傾斜關(guān)系。由此根據(jù)側(cè)垂面投影特性可知，該積聚平面集合為側(cè)垂面，其編號(hào)定為②;在俯視圖中心位置，孤立圓形封閉區(qū)域編號(hào)定為③，右端兩積聚斜線(xiàn)垂直于水平投影面，且與正投影面及側(cè)投影面成傾斜關(guān)系，即為正垂面，其編號(hào)定為④。

之后，根據(jù)從大到小的編號(hào)順序，對(duì)長(zhǎng)方形基本體進(jìn)行切割。

具體方法：第一步，編號(hào)為①的正垂面，沿前后方向（Y方向）把基本長(zhǎng)方體割出一個(gè)斜角;第二步，編號(hào)為②的積聚側(cè)垂面集合，沿左右方向（X方向）把基本長(zhǎng)方體割出一個(gè)T型槽;第三步，編號(hào)為③的中心孤立積聚圓柱面，沿上下方向（Z向）把長(zhǎng)方體割出了一個(gè)孔;第四步，編號(hào)為④的兩個(gè)積聚鉛垂面，沿上下方向（Z向）把長(zhǎng)方體割出兩個(gè)倒角。以上四步對(duì)應(yīng)圖片如圖5所示，最終結(jié)果如圖6所示。

鑒于綜合型組合體是疊加型與切割型的復(fù)合，所以綜合型組合體的讀圖可以通過(guò)拉伸法及切割法有機(jī)結(jié)合來(lái)解決。

三、建模實(shí)踐

在生產(chǎn)實(shí)踐中，高效的三維電腦繪圖已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的手工繪圖，成為繪圖的主要手段。因此在新教法實(shí)施過(guò)程中，為了進(jìn)一步拓展提高學(xué)生的空間想象與思維能力，同時(shí)也是為了印證以上教學(xué)方法的有效性，筆者將借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件inventor，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行建模實(shí)踐。

1.疊加型組合體建模

首先，在零件設(shè)計(jì)界面選擇XZ基準(zhǔn)面作為草繪平面（YZ平面作為長(zhǎng)度方向基準(zhǔn)，XY平面作為高度方向基準(zhǔn)），利用直線(xiàn)及圓弧命令分別繪制圖1所示封閉區(qū)域①②，選擇拉伸特征命令并設(shè)置拉伸深度值進(jìn)行建模，得到圖2所示的效果;然后，選擇圖1所示封閉區(qū)域③所在的YZ平面作為草繪平面，繪制封閉區(qū)域，選擇拉伸特征命令并設(shè)置拉伸深度值進(jìn)行建模，最后完成效果如圖3所示。

2.切割型組合體建模

首先，在零件設(shè)計(jì)界面選擇長(zhǎng)方體命令構(gòu)建原始基本體;然后，選擇XZ基準(zhǔn)面作為草繪平面（YZ平面作為長(zhǎng)度方向基準(zhǔn)，XY平面作為高度方向基準(zhǔn)），繪制圖4中編號(hào)為①的切割線(xiàn)草圖，采用曲面拉伸命令（貫穿切割方式）對(duì)基本體進(jìn)行切割，得到圖5所示編號(hào)①的效果;之后，以YZ平面作為草繪平面，繪制圖4中編號(hào)為②的T型槽封閉區(qū)域，采用拉伸命令（貫穿切割方式）進(jìn)行建模，得到圖5所示編號(hào)②的效果;最后，以XZ平面作為草繪平面，繪制圖4繪制編號(hào)③、④所代表的封閉區(qū)域及切割線(xiàn)，采用拉伸貫穿切割命令進(jìn)行建模，最終完成效果如圖6所示。

四、小結(jié)

本文主要針對(duì)目前中職學(xué)生組合體讀圖困難的問(wèn)題，結(jié)合具體實(shí)例，總結(jié)歸納出了兩種易于學(xué)生理解和掌握的教學(xué)方法，并基于inventor設(shè)計(jì)軟件，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行建模實(shí)踐。幾年以來(lái)的課堂實(shí)踐證明，此方法確實(shí)得到了學(xué)生的肯定，并取得了較好的教學(xué)效果。

在日常教學(xué)中，不斷挖掘、總結(jié)并歸納適合學(xué)生學(xué)習(xí)的教學(xué)方法是每個(gè)專(zhuān)業(yè)課教師的重任，只有這樣才能更好地在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生高效率地學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]人力資源和社會(huì)保障部教材辦公室.機(jī)械制圖[M].北京：中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2012.

[2]劉晶，陳爽.切割型組合體的讀圖思維探析[J].教育教學(xué)論壇，2017（5）.

（作者單位：濟(jì)寧市工業(yè)技師學(xué)院）