李慶達 丁俊健 丁立剛
摘要:從二維草圖繪制和三維造型兩方面建立了草圖、建模的思維體系,提出了設計基準先行原則、草圖繪制與修剪、標注尺寸與圖形檢查、操作技巧和快捷鍵應用4種二維草圖繪制方法;歸納了疊加組合法、整體局部法、綜合構(gòu)型法3種三維建模構(gòu)型方法。通過近5年的教學培訓實踐,以上方法有效地提高學生的繪圖建模能力,在競賽培訓項目獲得佳績。
關(guān)鍵詞:草圖繪制;建模構(gòu)型;思維方法
中圖分類號:G642 文獻標志碼:A 文章編號:1009—9492(2021)03—0220—02
0引言
隨著裝備智造行業(yè)的蓬勃發(fā)展,CAD/CAM軟件的應用更離不開科技創(chuàng)新。從教學培訓實踐中分析與掌握,發(fā)現(xiàn)目前最為困擾和抽象的問題是學生對繪圖造型特性存在含糊、抽象和不清晰現(xiàn)象,從草圖繪制的設計原則、繪制和修剪、尺寸標注、圖形檢查方面缺少方法技巧,在建模構(gòu)型的特性分析和構(gòu)型方面,目標不清晰,缺乏分析和拆解思維能力,從而制約著學生繪圖的質(zhì)量和效率,讓學生在學習制圖的過程中產(chǎn)生了消極態(tài)度,無法激發(fā)學習興趣,甚至有抵觸情緒,這是目前首要解決的任務。
經(jīng)過近5年來對不同院校相應課程的教學方法作了大量的了解和研究,基于多媒體下的機械制圖與CAD教學方法探討,基于三維CAD技術(shù)和新媒體的機械制圖教學方法探索,發(fā)現(xiàn)大部份學生普遍存在類似的問題,缺乏草繪建模的指引法則和分析方法。
因此,本文將從二維草圖繪制到三維建模構(gòu)型,提出理實一體化方法思路,并歸納出草圖繪制和建模構(gòu)型的思維方法,最后將其靈活運用,經(jīng)實踐驗證其方法的可行性和高效性。
1建模構(gòu)型的必要性
機械類學生在學習機械制圖時,既要掌握讀圖繪圖的知識,又要具備由二維圖(或等軸側(cè)視圖)轉(zhuǎn)換到三維的空間想象力。在CAD/CAM建模繪圖時,由于學生個人繪圖思維、建模方法和造型分析能力的限制,制約著學生建模構(gòu)型能力和造型質(zhì)量,并一直困擾著學生建模技能水平的提升,尤其面對較為復雜的三維模型,呈現(xiàn)出束手無策、苦思冥想、建模質(zhì)量不高的現(xiàn)象。通過分析和總結(jié)課程教學過程中存在的問題,主要有繪圖思路不明確、構(gòu)型思維混亂、建模缺乏想象力、建模構(gòu)型分析能力薄弱、反復修改效率低、建模質(zhì)量欠佳等幾大原因。因此,本文根據(jù)近五年來在CAD/CAM建模造型課程教學工作中的探索、實踐和分析,總結(jié)了一些具有實踐性和技巧性的建模構(gòu)型方法。
2構(gòu)型能力法則
從二維草圖繪制到三維造型的理實一體化實踐思路展開探索和分析,幫助學生在CAD/CAM建模構(gòu)型實踐中探索出科學奏效的解決方法,有效提高學生的繪圖建模能力。
2.1二維草圖繪圖法則
2.1.1設計基準先行原則
在繪制二維圖時,先明確草圖設計基準原點,草圖內(nèi)容較多或較為復雜時,在草圖原點基礎上縱橫方向延伸描出有關(guān)中心位置的點和線,然后依據(jù)工程圖位置標注有關(guān)尺寸和限制條件。草圖原點位置選擇原則有:圖形以圓(?。橹鞯牟輬D,其原點設置在圓心;圖形以不規(guī)則多邊直線型,常設在某一點(角)、線(邊)上,再根據(jù)尺寸鏈標注關(guān)系選擇合適原點;類似對稱圖形,基準原點常設置在對稱中心線上,最后依據(jù)尺寸鏈和圖形位置關(guān)系設定合適的原點位置。堅持設計基準與繪圖基準相統(tǒng)一的原則。
2.1.2草圖繪制與修剪
草圖繪制應遵循由基準原點出發(fā),從內(nèi)向外延伸。如果圖形屬對稱類,順從對稱中心線某一邊展開繪制,然后根據(jù)草圖構(gòu)型補線(直線、圓、圓弧線或相關(guān)構(gòu)造線)。繪圖時盡量避免草圖出現(xiàn)嚴重變形、交錯現(xiàn)象,確保制圖的質(zhì)量,提高繪圖效率。對于草圖修剪處理,先將多余的草圖圖元刪掉,再進行圖形修剪(或虛線化處理),最后進行有必要的倒角或倒圓角,一般在三維建模中,能在建模后進行倒角或倒圓角不影響其建模質(zhì)量的前提下,建議不要在草圖繪制倒角或倒圓角,可以有效提高繪圖效率。陣列(復制)內(nèi)容到最后繪制。
2.1.3標注尺寸與圖形檢查
尺寸標注,從基準原點附近展開,先標定圖形縱橫方向布局位置尺寸,然后由小標到大的原則,有效減少圖形變形量,盡量標線不標點,避免影響繪圖質(zhì)量,尺寸盡量標在圖形外,合理標注,避免扎堆,減少視線干擾和審圖疲憊。檢查圖形時,要注意各圖素之間的約束關(guān)系和完全定義情況,尺寸和限制條件是否遺漏,如線形顏色不一致,可通過拖曳,觀察變形狀況,作出準確補制,盡量避免過定義或特征無法成形的有關(guān)問題(存在封閉、非封閉、相交叉或多余點線等)。繪制草圖的尺寸位置標注盡量與參照圖尺寸位置標注相一致,方便檢查,減少遺漏尺寸,養(yǎng)成良好的繪圖習慣,提高繪圖質(zhì)量和效率。
2.1.4操作技巧和快捷鍵應用
在平常繪圖中不難發(fā)現(xiàn),所有的圖形都是由直線和圓(?。?gòu)成。繪圖時先確定(基準)原點,然后構(gòu)造出其他局部位置或定位點。繪制相同尺寸線段或圓(?。┒x其相等,對于同一垂直、水平或共線的可定義,圖形繪制可采取先連接后補位置、限制條件和尺寸。要想快速提高繪圖效率,熟練掌握鼠標和快捷鍵有機組合是必要的技能,另外巧妙運用方程式是繪圖參數(shù)化設計的關(guān)鍵,最后是平時多練習、勤思考、??偨Y(jié),養(yǎng)成良好的繪圖習慣。
2.2三維建模構(gòu)型方法
在二維草圖繪圖的基礎上進行三維建構(gòu)特征形體,同樣需要注重建模構(gòu)型的思維和方法。以機械制圖為基礎,科學引導學生在遵循繪圖的職業(yè)規(guī)范、基本原則和操作方法,從不同的角度分析和構(gòu)思模型的立體形狀特征,辨別和分析所屬類型構(gòu),弄清造型與局部的關(guān)系,可以幫助學生快速形成解決三維建模構(gòu)型思維,讓學生由理論到實踐能自主作出科學準確的建模構(gòu)型方法。現(xiàn)將三維建模構(gòu)型法歸納分為疊加組合法、整體局部法和綜合構(gòu)型法3種。
2.2.1疊加組合法
疊加組合法是由多個小單元立體模塊疊加結(jié)合在一起而組成的立體模型。組合結(jié)構(gòu)的模式有類似積木式的堆積、分層式的疊加、側(cè)向式的組合等,主要以小單元立體模塊合拼疊加法為主的構(gòu)型設計方法。如圖1所示。
2.2.2整體局部法
整體局部法是從模型整體出發(fā)構(gòu)建一個立體模型,然后經(jīng)過局部多次的切割為主,獲得構(gòu)建模型。構(gòu)型思路是將模型整體設想為一個立體模塊,主要做減法運算模式,通過多次小單元(局部)模塊進行切除和分割為主,科學合理選擇繪圖基面,靈活運用草繪、建模功能相結(jié)合,最后獲得造型的結(jié)構(gòu)。如圖2所示。
2.2.3綜合構(gòu)型法
綜合構(gòu)型法是指模型結(jié)構(gòu)復雜,從形體上分析,既有疊加組合結(jié)構(gòu),也有整體局部構(gòu)造,因此需要將模型整體進行二級劃分拆解,再根據(jù)疊加組合法和整體局部法逐步構(gòu)建模塊組合體,沿著結(jié)構(gòu)特性分析,準確快速從整體到局部逐一構(gòu)思,依據(jù)構(gòu)型法判斷模型類別,科學合理拆解,最后再次復合構(gòu)成模型的方法。如圖3所示。
除了靈活掌握以上3種建模構(gòu)型方法外,還需要做到5個要點:明確建模單位屬性,在建模前要弄清造型的單位、材料、精度等屬性;找準模型位置方向,準確找出模型原點(坐標)位置及形態(tài)方向;快速判斷構(gòu)型方法,靈活運用構(gòu)型方法建模;巧妙運用建模功能(如拉伸、切除、旋轉(zhuǎn)、掃描等特征及其參數(shù)設置技巧);合理劃分造型步驟,每一形體造型步驟劃分盡量不超過5步,預防步驟過多,容易遺漏或忘記細節(jié)。以工程制圖為基礎,結(jié)合以上的構(gòu)型法則,循序漸進,科學練習,勤思考和多總結(jié)。
3結(jié)束語
本文從二維草圖繪制和三維造型兩方面建立了草圖、建模的思維體系,總結(jié)了CAD/CAM建模構(gòu)型方法并付諸實踐。自從將該方法融入到有關(guān)三維建模教學培訓課程后,很好地激發(fā)了學生繪圖建模的興趣,實踐能力也明顯增強,學生的主觀能動性得到充分調(diào)動,建模的自主分析能力和創(chuàng)新思維能力也進一步健全。在近5年教學培訓里,培養(yǎng)學生參加CAD/CAM技能競賽,“挑戰(zhàn)杯”科技作品競賽以及申報大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目均獲得良好成果,在Solidworks CSWA(認證助理工程師)、CSWP(認證工程師)課程考證培訓,學生也順利通過考核獲得相應的認證證書。實踐驗證,通過建模構(gòu)型方法的應用,不僅提高了學生競技和實踐應用的技能,還全面提升了學生的綜合素質(zhì)。