三维软件在机械制图中的应用探究

　　在机械类专业中，机械制图是职业院校学生所必须掌握的专业基础课，也是实践性较强的课程。由于学生的基础知识薄弱，对知识的掌握和理解较慢，在制图课上应用三维软件直观反映物体三视图的投影，使学生更容易接受。对此，笔者根据多年的教学经验总结了一些方法与技艺。一、三维ACD软件对制图教学的影响
　　在传统教学中，机械制图常利用黑板绘画、挂图及模型的授课方式，教师边讲解边画图，学生大多模仿教师，教学效果不是特别显著。三维软件在机械制图教学中更加直观、生动，易于引起学生的求知欲望。用三维软件配合机械制图进行讲解，更能清晰表达物体的内外部结构，加深学生对知识点的理解，最终达到教学目的。
　　机械制图中所适用的制图软件很多，最常用的有AutoCAD、CAXA和Inventor等软件。它们都是机械制图中常用的二维和三维绘图软件，AutoCAD和CAXA软件操作简单，容易上手，在二维绘图中应用比较广泛，而Inventor在三维设计中的功能更加强大，直观性较强，能够迅速生成实体零件，使用投影画图更加方便。例如我们在讲到点线面投影作图时，如果只讲理论知识，学生难以理解，通过模型观察时，有些面的投影不易看得清楚，而通过三维软件展现实体的形状，能够一目了然地找到物体位置上的点线面，再由教师引导学生总结其作图口诀，学生能很快掌握其投影特性。这正好符合由感性认识到理性认识的规律，再以理论知识运用投影特性和规律，指导实践画图，提高了学生的逆向思维能力。在教学中利用Inventor的三维造型使学生快速理解三维与平面的转换，特别是在学习组合体和剖视图等章节内容，通过Inventor三维软件的拉伸和旋转命令得到物体形状，然后利用Inventor的工程图的投影功能快速准确地进行三视图投影，最后运用三维软件的装配和运动仿真使学生进一步了解零部件的装配关系和运动位置，大大提高了学生的空间想象能力和思维能力。学生通过对三维软件的操作学习，对机械制图各章节的知识点有了更深一步的理解，也符合制图课对学生的正向及逆向思维的反复锻炼，为后续章节内容的学习打下良好的基础。二、用三维软件绘制组合体视图
　　组合体的视图是机械制图书本的重点部分。它既是对前面基本体的总结，又为学习零件图和装配图奠定基础。所以组合体的学习是进一步培养学生空间想象能力和读图能力的关键。而机械课程的改革势必要进行一体化教学，将学生的动手能力与理论知识相结合。在教学中以模拟生产中常用零件加工、销售等为一体的各种活动为学生学习的任务，第一步要进行零件的识读，根据图样提供的信息读懂零件上的各项数据，所以制图课的学习是生产加工的第一环节，根据图样内容需要理论联系实际，同时也是职业院校进行一体化教学的需求。由于知识点过多，学生消化需要一定的时间，而课堂时间有限和组合体模型的复杂多样性，既不能进行满堂灌，又要把重点和难点讲清楚，因此仅仅依靠在黑板上用粉笔写的板书往往只能讲一两个地方的注意事项，不能照顾到全局，依靠传统的模型和挂图等教学工具，学生领会不到画图的先后顺序及关键注意点。如果过度依赖PPT课件进行教学，学生会出现视觉疲劳，师生的互动环节会有所减少。此时，教师通过PPT课件结合用三维软件Inventor，先做出组合体实体的三维造型。课堂上采用师生互动，学生提出问题，教师进行解答，由教师引导学生进行思考如何把组合体分解成若干基本体，再投影出各基本体的三视图。学生通过教师的每一步课堂操作，分析出每一个基本体的画图步骤。在画图过程中，教师要善于总结规律，让学生通过一些简单易学的口诀得到画组合体的步骤：先基准，后轮廓；先外部，后内部；三个视图一起画。师生同步进行，很容易帮助学生找到组合体画图的一些套路。在利用三维软件画图的过程中，教师引导学生有意识地记图。例如在画图过程中要强调基本体中圆柱体实心和空心的实线及虚线之分，棱柱上切割形状及圆柱的切肩和开槽图特征，理解截交线和相贯线的性质等，掌握组合体中每一条线和线框的含义，通过对比模型及三维软件的实体造型，判断出哪些线易出错等，如何做到减少漏线的错误。这就要求教师着重强调为什么三个视图一起画，它的优点是为了让学生掌握这样的画图方式很少会出现漏线和多线。掌握了这一方法后，学生就能认识到，任何复杂的组合体都能化繁为简。学生画完每个基本体后，再检查基本体之间的表面连接及位置关系，遵循这样的画图规律才不会出现问题，通过加强补视图和补漏线练习，进一步提高观察能力和思考能力。三、用三维软件表达视图上的特殊图线
　　当学生对三视图的学习已掌握了一定的方法时，就对物体的外形图大部分有了进一步的了解，例如对于截交线的画法，当要用到面形分析法时，要对每个面的投影分析其形状特征，而运用Inventor软件的视图导航功能就可以很方便地观察到不同视觉的图形轮廓，从而加深学生的观察能力。最后，教师进行总结，进一步提高学生的绘图能力。对于内容形状比较复杂的零件，要运用剖视图进行画图。由于机械零件内部不易观察，学生易出现漏线现象。Inventor软件的演示能够动态地剖开物体，让学生观察发现内部形状和剖切后能看到的部分图线，通过的Inventor颜色区分进行对比，对剖面线的位置用灰色区域进行展示，使剖面线的位置非常清楚。教师再引导学生，强调剖视图中的知识点是物体与剖切平面接触的部分就是剖面线要表示的灰色区域，由此再引出金属材料中画剖面线的规定，从而让学生加深了剖切符号的位置及画法。
　　對于物体内部中的孔和槽的画法，学生用单一剖切平面剖开机件得到的图形还比较容易理解，但对于几个平行或几个相交的剖切平面剖切机件的画图易出现问题。学生往往不能准确地画出孔或槽的位置，易出现图形不完整及孔和槽的相分离状况。这时通过Inventor软件的剖切功能就很容易找出图线位置。对于易出错的部分，通过三维软件的观察及Inventor软件工程图的投影功能，引导学生注意剖切位置线和标注的名称及投影方向的箭头等问题。同样，对比断面图的理解也可以通过三维软件清晰地进行比较，使学生理解剖视图与断面图的区别和标注的不同，加深对剖视图的理解和画图时应注意的问题。
　　四、运用Inventor画零件图和装配图
　　在机械制图过程中，零件图作为生产的指令，反映了零件的形状、尺寸和各种技术要求的信息，稍有差错都将影响零件质量而产生废品。由于实物零件的内部过于复杂，学生无法进行观察对比。通过运用三维软件的模拟显示，可节省大量时间，例如比较零件图的表达方案，如何通过最少的视图数量，清晰地反映物体整体形状是我们要解决的问题。用Inventor软件进行选择投影，对比分析哪种方案更加合理、清晰，更能符合视图的要求，让学生提高视图选择的能力，使学生对零件表达方案的选择有更深入的理解和体会。
　　读装配图要求学生有一定的综合性、专业性的检验能力。在讲到画装配图时，要运用到大量的标准件，利用Inventor的标准件（例如螺栓、螺母等）自动调出功能，能将标准件自动放置在正确的位置，缩短了绘图时间，提高了制图效率。这样一来，学生只需要注意在工程图的投影中螺纹的规定画法、螺纹紧固件的标注及零部件序号标注和尺寸标注。Inventor能够通过约束关系快速装配所绘的零部件，并且在装配环境下进行运动仿真，使学生能够通过观察了解零件的装配情况，以及零件与零件之间的干涉、碰撞情况，从而对机械产品进行优化，提高了课堂教学效率和学生的画图和识图能力。
　　三维软件在机械制图的教学中还有很多优势，例如Inventor对机械制图上零件图的尺寸标注非常方便，利用Inventor的工程标注可检验零件的合格性。对此，教师一定强调制图要符合国家标准，做到尺寸标注的准确、清晰、完整和合理，对于未注出的尺寸要进行技术说明等，通过选择合适的尺寸基准标注尺寸，运用制图软件快速标注形位公差和表面粗糙度等要求，完成尺寸标注。Inventor的草图尺寸驱动功能，可以重新快速更改草图尺寸而得到新的实体，完成新的实体建模，提高了图形更改的效率。
　　为了促进学生学习制图的兴趣，鼓励学生多参加一些机械设计方面的比赛，经常对学生作品进行展示，评出优秀作品，特别是对参加省市级比赛获奖的学生进行表彰，调动学生学习机械制图的热情，通过校内竞赛形成良好的学习氛围，形成以赛促教、以赛促学的风气。
　　利用三维软件Inventor对机械制图及其他机械课程教学产生的显著影响，使教师教学更轻松，学生学习兴趣明显提高。通过Inventor的工程图投影非常便捷。运用它的运动仿真，学生能够很快找到制图的合理性，从而产生更大的兴趣和学习的欲望。Inventor不仅提高了产品生产效率，又为企业节约了开发成本，提高了设计人员的工作效率。总而言之，Inventor的三維造型新颖灵活，学生上手容易。对于复杂的机械工程图样，学生能够轻松地进行机械制图，能多个角度形象地展示出其空间结构，直观性强。该软件给学生提供了更好的学习环境，为以后的学习提供了更广泛的设计空间。