《機(jī)械制圖》旨在培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力,讓學(xué)生能夠正確識(shí)讀零件的三視圖并具備一定的繪圖能力,工程圖是工程領(lǐng)域科技工作人員表達(dá)和交流設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)過程和設(shè)計(jì)結(jié)果的重要工具,因此,工程圖被譽(yù)為工程領(lǐng)域的“技術(shù)語言”。傳統(tǒng)《機(jī)械制圖》的教學(xué)過程是從抽象到具體,首先介紹正投影法的基本理論,然后介紹點(diǎn)、線、面的投影,后再講解基本體與組合體的投影。傳統(tǒng)教學(xué)往往側(cè)重于知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系,強(qiáng)調(diào)知識(shí)體系的系統(tǒng)性,忽視了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,由于職業(yè)院校的學(xué)生空間想象能力較差,學(xué)生剛接觸該課程就覺得學(xué)習(xí)難度大,從而產(chǎn)生畏難情緒,以至于喪失學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)的教學(xué)方式通常是采用一邊講解一邊繪圖練習(xí),運(yùn)用教學(xué)模型、教學(xué)掛圖等教具,通過繪制三維圖形等方式來幫助學(xué)生理解機(jī)件的形狀與結(jié)構(gòu),這種教學(xué)方法效率低,課堂信息量少,這一教學(xué)模式不適應(yīng)現(xiàn)代職業(yè)教育發(fā)展的需要。同時(shí),數(shù)字化制造與信息技術(shù)的快速發(fā)展也為《機(jī)械制圖》的教學(xué)提出了更高的要求。UG 等三維CAD 技術(shù)給傳統(tǒng)的《機(jī)械制圖》教學(xué)提出了新的挑戰(zhàn),同時(shí),也為《機(jī)械制圖》教學(xué)提供了新的方法與手段。
1 UG 建模及特征分析
運(yùn)用UG 軟件通過拉伸、旋轉(zhuǎn)等命令,建立三維模型,幫助學(xué)生建立空間“體”的概念。在UG 建模過程中可以結(jié)合《機(jī)械制圖》的基本體與組合體教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行講解。在UG 建模之前采用形體分析法引導(dǎo)學(xué)生對(duì)三維模型進(jìn)行分析,將組合體分解成若干個(gè)基本體,并分析各個(gè)基本體之間的位置關(guān)系和組合形式。根據(jù)對(duì)三維模型的分析結(jié)果確定采用疊加法還是采用切割法,或者綜合采用疊加法與切割法來建模;接下來,對(duì)每個(gè)基本體進(jìn)行特征建模,分析每個(gè)基本體的外形尺寸,建模時(shí)可以通過修改外形尺寸,來觀察基本體大小的變化,從而引導(dǎo)學(xué)生分析定形尺寸對(duì)物體大小的影響。在后續(xù)基本體的繪制過程中,不但要確定基本體的外形尺寸(定形尺寸),還要確定基本體的位置尺寸(定位尺寸),同樣可以通過改變位置尺寸的大小,來觀察位置尺寸的變化對(duì)物體結(jié)構(gòu)的影響,加深學(xué)生對(duì)定位尺寸的理解(如圖1 所示)。同時(shí)UG 軟件的三維模型和投視圖之間的尺寸是相互關(guān)聯(lián)的,這樣便于對(duì)幾何模型進(jìn)行修改,在修改設(shè)計(jì)方案的時(shí)候,對(duì)三維模型的任何一個(gè)尺寸進(jìn)行更改,二維視圖都會(huì)自動(dòng)進(jìn)行更新,這樣可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)。
在基本體建模完成以后,通過對(duì)基本體進(jìn)行并集或差集形成組合體,在并集或差集過程中,組合體會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生相貫線及截交線,由此可以引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相貫線、截交線的形成過程及相貫線、截交線的特性。后對(duì)三維模型進(jìn)行檢查,運(yùn)用縮放功能來觀察模型局部細(xì)小結(jié)構(gòu),運(yùn)用動(dòng)態(tài)觀察功能觀看模型的立體結(jié)構(gòu)。
圖1 組合體建模 圖2 實(shí)體上面的投影
2 組合體的三視圖
UG 軟件可以在建模模塊與制圖模塊之間快速切換,可以實(shí)現(xiàn)三維圖與二維圖之間的快速轉(zhuǎn)換,運(yùn)用這一特性引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)三維實(shí)體與三視圖之間的投影關(guān)系,有助于培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力與三視圖的識(shí)讀能力。例如,在組合體建模完成之后,可以進(jìn)入制圖模塊,生成組合體的三視圖與軸測圖,在三視圖的布局過程中講解三視圖的投影規(guī)律,保證“長對(duì)正、高平齊、寬相等”。接下來再進(jìn)入U(xiǎn)G 建模模塊,選擇組合體中的一個(gè)基本特征,然后再進(jìn)入制圖模塊分析該基本特征的三視圖,選擇部分的三視圖顯示為橙色,引導(dǎo)學(xué)生分析局部特征的三視圖。
可以引導(dǎo)學(xué)生觀察立體的某一個(gè)表面,分析該平面的位置特征,然后在三視圖中找到該平面對(duì)應(yīng)的投影,由學(xué)生總結(jié)出這種位置平面的投影特性(如圖2 所示),后提煉出正平面、側(cè)平面、鉛垂面等各種位置平面的投影特性。通過對(duì)每一個(gè)局部特征進(jìn)行三視圖分析,可以一步步演示組合體三視圖的繪制過程,這樣將復(fù)雜的組合體進(jìn)行分解、簡化,降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。點(diǎn)、線、面的投影是教學(xué)中的難點(diǎn),要求學(xué)生具有較強(qiáng)的空間想象能力,可以對(duì)三維模型的的點(diǎn)、線、面進(jìn)行分析,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)點(diǎn)、線、面的投影特性。幫助學(xué)生將立體表面上的點(diǎn)、線、面的空間位置與三視圖中點(diǎn)、線、面的投影對(duì)應(yīng)起來。也可以利用UG 軟件提供的top、front 和left 視圖方向來進(jìn)行觀察,通過選擇不同的投影視圖引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察,這樣可以幫助學(xué)生更好的掌握點(diǎn)、線、面的投影關(guān)系。利用UG 三維實(shí)體建模與工程制圖轉(zhuǎn)換的形式進(jìn)行教學(xué),可以讓學(xué)生掌握三維實(shí)體與視圖之間的轉(zhuǎn)換方法,培養(yǎng)學(xué)生CAD繪圖基本技能。將抽象的投影關(guān)系形象化、可視化,這樣不僅降低了學(xué)習(xí)難度,同時(shí)可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,通過對(duì)大量的實(shí)體模型進(jìn)行講解、訓(xùn)練,強(qiáng)化學(xué)生“三維一二維一三維”的思維轉(zhuǎn)換能力,可以培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力,提高學(xué)生的做圖速度和識(shí)圖能力。
3 結(jié)束語
將UG 特征建模技術(shù)引入《機(jī)械制圖》課程教學(xué)當(dāng)中,學(xué)生可以身臨其境地感受零件的建模過程,讓教學(xué)過程更加形象、直觀,學(xué)生更容易接納,能夠更好的培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過對(duì)三維模型幾何特征的分析,將復(fù)雜的組合體進(jìn)行分解、簡化,降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度??梢愿鶕?jù)教學(xué)的需要利用UG 軟件建立零部件模型庫,可以方便學(xué)生自主學(xué)習(xí),開拓學(xué)生的視野。同時(shí),可以節(jié)省教學(xué)模型的購買,減少教學(xué)經(jīng)費(fèi)投入。
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