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CAD技術對機械制圖教學的應用策略論文
摘要：現(xiàn)代機械制圖已經(jīng)廣泛應用CAD技術，而在機械制圖教學中也需要進一步加強和延伸CAD技術的應用方向與效果。為此，本文分析了CAD技術在機械制圖教學中的應用維度，并列舉了CAD技術的部分機械繪圖設計中的二維和三維模型功能。最后總結(jié)了機械制圖教學中應用CAD技術的三維建模策略，以便為CAD技術在機械制圖教學中的應用提供參考。
關鍵詞：機械制圖；CAD技術；應用策略
一CAD技術在機械制圖教學中的應用維度
（一）CAD技術概述
在CAD版本升級到v8.9.8.1472之后，達到了更高的識別率，并補充了三維模型的應用空間。因此，可以為機械制圖教學提供更為直觀的圖形設計方案與視覺效果，輔助學生了解并掌握機械制圖的實踐內(nèi)容[1]。
（二）CAD三維表達
傳統(tǒng)的機械制圖是以二維平面樣本作為教學工具，相對而言學習者對于機械構(gòu)造的三維剖面認知較為籠統(tǒng)，無法真正形成對于機械制圖的三維空間想象。而利用CAD技術則是將現(xiàn)實設備零件，通過虛擬場景再現(xiàn)并顯示，其立體效果更佳直觀。學生在學習過程中可以始終圍繞立體圖像進行討論和交流，從而達到客觀掌握機械制圖空間結(jié)構(gòu)的特征和屬性。對于機械制圖教學的實際效率具有現(xiàn)實意義。
（三）CAD技術的應用維度
CAD技術的三維數(shù)字模型是客觀描述機械設備立體結(jié)構(gòu)的設計軟件，在課堂教學中，教師可以將已知的機械結(jié)構(gòu)作為原始教學素材進行講解。而利用CAD技術也可以在學生實踐練習的環(huán)境下，逐步提高學生掌握CAD設計軟件在機械制圖方面的應用技能。因此，CAD技術在機械制圖教學中存在于兩個教學維度。一方面，是以展現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)為主的圖像表達的教學輔助功能維度。另一方面，是基于練習效果的實踐應用維度。在機械制圖的教學過程中，教師通過收集學生的設計稿件，可以直接在CAD軟件中進行批復，這樣一來學生也可以更為直觀的發(fā)現(xiàn)自身的設計弱項。因此，在圖像表達和練習應用之外，CAD技術也提供了教學評價的輔助性功能，對于機械制圖教學具有重要價值。
二基于繪圖功能與空間思維的CAD技術輔助教學工具
�。ㄒ唬〤AD技術的機械繪圖功能
CAD技術的繪圖功能十分強大。首先，CAD技術可以在平面繪圖中實現(xiàn)圓環(huán)多邊形、正多邊形、樣條曲線等基本圖形樣本的設計。其次，在繪圖輔助工具中，通過極軸追蹤、對象捕捉、正交、捕捉追蹤等輔助功能，可以完成針對機械結(jié)構(gòu)的幾何圖形設計。再次，通過創(chuàng)建多種類型尺寸，能夠在機械結(jié)構(gòu)的圖形中標注具體尺寸，并在外觀自行設定量化標準。最后，通過圖層管理功能，可以在機械結(jié)構(gòu)的圖形中進行圖層疊加或刪減，并同時設定每一突出的顏色、線型、線寬等基本結(jié)構(gòu)特性。此外，CAD技術附加的三維繪圖功能，可以將平面設計稿件轉(zhuǎn)化為虛擬3D結(jié)構(gòu)，相對的實體或表面模型，能夠產(chǎn)生更為直觀的設計效果與編輯條件。
（二）CAD技術的三維空間思維
機械制圖教學中，不僅需要學生掌握機械結(jié)構(gòu)的空間特征，同時也需要學生充分了解每一設計環(huán)節(jié)的具體量化標準。在AutoCAD軟件中，柵格一項極為實用的輔助工具，可以同捕捉功能合并使用。在柵格功能下可以設置屏幕網(wǎng)格表，而在此表格中提供了橫向坐標與縱向坐標的設計間距。在捕捉功能的操作下，學生可以直接設定該三維空間內(nèi)的具體數(shù)值，從而量化機械結(jié)構(gòu)的細節(jié)指標參量。這樣一來，相當于將所有設計方向進行了指標量化，而學生在不斷練習之后便可以熟識機械制圖規(guī)律，并加強應用CAD技術時的空間想象力。這樣的空間想象力，正是CAD技術所提供的三維空間思維，對于學生掌握機械制圖規(guī)律和具體的量化標準具備現(xiàn)實意義。從高素質(zhì)人才培養(yǎng)方向分析，三維空間的思維模式更加是培養(yǎng)學生制圖空間創(chuàng)新能力的主要方向。
三機械制圖教學中應用CAD技術的三維建模策略
CAD技術應用于機械制圖教學中，必須依據(jù)機械結(jié)構(gòu)的具體造型和工藝需求設定教學方案。在每一次機械圖形的講解和設計中，必須充分度量其中的相關技術功能實現(xiàn)方案，諸如：放樣、掃掠、圓角、倒角、陣列、打孔、抽殼、以及布爾運算等都是三維建模中必須充分考量的教學環(huán)節(jié)。
�。ㄒ唬〤AD技術中二維轉(zhuǎn)三維的技術指令
CAD設計稿件在從二維圖形轉(zhuǎn)化為三維圖像時，需要通過solprof指令建立三維實體輪廓。并在solview指令中生成機械三維結(jié)構(gòu)，在正交投影布局之后呈現(xiàn)立體剖面。此時便可以多角度觀察解析結(jié)構(gòu)的立體效果，但是并未完全生成剖面結(jié)構(gòu)，必須以Soldraw指令，將視口中生成的機械結(jié)構(gòu)輪廓圖轉(zhuǎn)化為剖視圖。此外，soldraw指令與solprof指令CAD輔助功能，可以提供使用方法及功能區(qū)分，在日常教學中可以引導學生自行掌握。而soldraw指令需要在配合solview指令后創(chuàng)建輪廓圖與剖視圖。并在solprof指令的支持下單獨使用。此時圖紙空間中所呈現(xiàn)的所有視圖功能皆可使用，并可以完成三維實體機械結(jié)構(gòu)的輪廓設置和編輯[2]。
（二）依據(jù)設計需求規(guī)劃建模方案
機械制圖并非虛擬教學，學生所設計的所有制圖稿件都需要最終應用在機械結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)與制造環(huán)節(jié)中。因此，依據(jù)設計需求規(guī)劃建模方案，也是機械制圖教學中應用CAD軟件時必須酌情考量的現(xiàn)實問題。三維建模必須與實際的生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)對接，并保持高度的一致性。此時設計策略當以滿足工藝條件和設計要求為前提，將機械結(jié)構(gòu)中的所有組合零件進行拆解和對比，充分考量設計標準和裝配條件，從而完善設計精度和工藝的量化指標。一方面，從工藝需求方面考量，需要精確測量機械結(jié)構(gòu)的細節(jié)尺寸，諸如起模斜度、退刀槽傾斜角度、內(nèi)圓角或倒角的刻度等。另一方面，三維建模的過程中需要將機械結(jié)構(gòu)的相關特征進行疊加，并將其組合成結(jié)構(gòu)樹或特征樹的形式，以便區(qū)分機械結(jié)果的空間效果。此外，機械結(jié)構(gòu)的特征中存在父子連帶關系，子代特征依附于父代特征，修改父代特征直接會影響子代特征的表現(xiàn)形式。因此，在機械制圖的教學過程中，需要充分考量機械結(jié)構(gòu)在設計方案之初可以調(diào)整的特征類型，避免出現(xiàn)機械結(jié)構(gòu)設計偏差[3]。
（三）機械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型建模規(guī)律
機械制圖的教學難點并非機械外結(jié)構(gòu)設計，機械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型往往是更加難以分辨的結(jié)構(gòu)特征。為此，機械制圖教學在引入CAD技術時，也需要引導學生掌握機械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型建模規(guī)律，以便達到CAD技術的預期教學效果。機械結(jié)構(gòu)的內(nèi)造型設計必須充分考量零件應用時的適應性功能，任何設計偏差都可能導致軸承部件無法精準對接。因此，在實際的機械結(jié)構(gòu)設計環(huán)境，必須精準測量機械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型的具體刻度，以便保證設計樣本與實際生產(chǎn)效果相一致。同時需要盡量降低機械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型的復雜程度，才能保證預算量與實際設計效果處于適用性較高的設計范圍。在教學過程中，由學生通過CAD技術所設計的機械制圖稿件，都需要在機床予以驗證，從而評估機械制圖稿件是否達到了實際使用要求。一旦實用性較差，需要進一步衡量CAD技術的操作效果，并通過學生的反復練習強化并掌握機械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型建模規(guī)律，以便達到預期的教學效果[4]。
�。ㄋ模┤S建模課程編制
在機械制圖的教學過程中，依據(jù)設計需求規(guī)劃建模方案，以及引導學生掌握機械結(jié)構(gòu)內(nèi)造型建模規(guī)律，都是在教學規(guī)劃之內(nèi)的具體環(huán)節(jié)。而教學課程的合理編制，也是引導學生掌握CAD繪圖技術的必要措施。為此，在機械制圖教學的過程中，需要以學生的理解程度，逐步滲透CAD技術的相關功能。當學生掌握了一定的技術要領之后，在進行更為復雜的幾何模型編輯。同時需要引導學生掌握識別和測量機械制圖工藝的方法，通過建立數(shù)字化的教學體驗，引導學生掌握機械機構(gòu)的內(nèi)部運行機理，從而正確使用CAD技術編輯機械結(jié)構(gòu)。尤其在機械制圖空間思維要求較高的前提下，多數(shù)學生在應用CAD技術時依賴性較強，并未深刻認知CAD技術虛擬空間與現(xiàn)實空間的對應性。為此，教師需要在每一次設計稿件初步成型或已經(jīng)趨于完善之后，將設計稿件的機械機構(gòu)進行制造和裝配，然后以實際的機械設備嚴重學生設計稿件的可行性。從而引導學生客觀認知CAD技術的應用方向與設計規(guī)律，并以機械結(jié)構(gòu)為衡量標準，明確教學流程和細節(jié)的教學質(zhì)量與效果[5]。
四結(jié)語
綜上所述，CAD技術在機械制圖教學中的應用價值極高，多種二維和三維圖像的設計功能，都是可以直接應用于課堂教學的有利方式。但是在教學過程中，教師也需要引導學生客觀認知機械結(jié)構(gòu)的組合規(guī)律和運行條件，從而有效利用CAD技術達到預期的繪圖設計標準，完善CAD繪圖與實際工藝的對接，達到機械制圖教學的預期效果。
參考文獻
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[5]胡浩;基于三維CAD的產(chǎn)品快速設計系統(tǒng)的研究與應用[D]重慶;重慶大學,2010.
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