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CAD技术对机械制图教学的应用策略

 论文栏目:机械制图论文     更新时间:2019/2/11 15:32:01   

摘要:现代机械制图已经广泛应用CAD技术,而在机械制图教学中也需要进一步加强和延伸CAD技术的应用方向与效果。为此,本文分析了CAD技术在机械制图教学中的应用维度,并列举了CAD技术的部分机械绘图设计中的二维和三维模型功能。最后总结了机械制图教学中应用CAD技术的三维建模策略,以便为CAD技术在机械制图教学中的应用提供参考。

关键词:机械制图;CAD技术;应用策略

一CAD技术在机械制图教学中的应用维度

(一)CAD技术概述

在CAD版本升级到v8.9.8.1472之后,达到了更高的识别率,并补充了三维模型的应用空间。因此,可以为机械制图教学提供更为直观的图形设计方案与视觉效果,辅助学生了解并掌握机械制图的实践内容[1]。

(二)CAD三维表达

传统的机械制图是以二维平面样本作为教学工具,相对而言学习者对于机械构造的三维剖面认知较为笼统,无法真正形成对于机械制图的三维空间想象。而利用CAD技术则是将现实设备零件,通过虚拟场景再现并显示,其立体效果更佳直观。学生在学习过程中可以始终围绕立体图像进行讨论和交流,从而达到客观掌握机械制图空间结构的特征和属性。对于机械制图教学的实际效率具有现实意义。

(三)CAD技术的应用维度

CAD技术的三维数字模型是客观描述机械设备立体结构的设计软件,在课堂教学中,教师可以将已知的机械结构作为原始教学素材进行讲解。而利用CAD技术也可以在学生实践练习的环境下,逐步提高学生掌握CAD设计软件在机械制图方面的应用技能。因此,CAD技术在机械制图教学中存在于两个教学维度。一方面,是以展现机械结构为主的图像表达的教学辅助功能维度。另一方面,是基于练习效果的实践应用维度。在机械制图的教学过程中,教师通过收集学生的设计稿件,可以直接在CAD软件中进行批复,这样一来学生也可以更为直观的发现自身的设计弱项。因此,在图像表达和练习应用之外,CAD技术也提供了教学评价的辅助性功能,对于机械制图教学具有重要价值。

二基于绘图功能与空间思维的CAD技术辅助教学工具

(一)CAD技术的机械绘图功能

CAD技术的绘图功能十分强大。首先,CAD技术可以在平面绘图中实现圆环多边形、正多边形、样条曲线等基本图形样本的设计。其次,在绘图辅助工具中,通过极轴追踪、对象捕捉、正交、捕捉追踪等辅助功能,可以完成针对机械结构的几何图形设计。再次,通过创建多种类型尺寸,能够在机械结构的图形中标注具体尺寸,并在外观自行设定量化标准。•最后,通过图层管理功能,可以在机械结构的图形中进行图层叠加或删减,并同时设定每一突出的颜色、线型、线宽等基本结构特性。此外,CAD技术附加的•三维绘图功能,可以将平面设计稿件转化为虚拟3D结构,相对的实体或表面模型,能够产生更为直观的设计效果与编辑条件。

(二)CAD技术的三维空间思维

机械制图教学中,不仅需要学生掌握机械结构的空间特征,同时也需要学生充分了解每一设计环节的具体量化标准。在AutoCAD软件中,栅格一项极为实用的辅助工具,可以同捕捉功能合并使用。在栅格功能下可以设置屏幕网格表,而在此表格中提供了横向坐标与纵向坐标的设计间距。在捕捉功能的操作下,学生可以直接设定该三维空间内的具体数值,从而量化机械结构的细节指标参量。这样一来,相当于将所有设计方向进行了指标量化,而学生在不断练习之后便可以熟识机械制图规律,并加强应用CAD技术时的空间想象力。这样的空间想象力,正是CAD技术所提供的三维空间思维,对于学生掌握机械制图规律和具体的量化标准具备现实意义。从高素质人才培养方向分析,三维空间的思维模式更加是培养学生制图空间创新能力的主要方向。

三机械制图教学中应用CAD技术的三维建模策略

CAD技术应用于机械制图教学中,必须依据机械结构的具体造型和工艺需求设定教学方案。在每一次机械图形的讲解和设计中,必须充分度量其中的相关技术功能实现方案,诸如:放样、扫掠、圆角、倒角、阵列、打孔、抽壳、以及布尔运算等都是三维建模中必须充分考量的教学环节。

(一)CAD技术中二维转三维的技术指令

CAD设计稿件在从二维图形转化为三维图像时,需要通过solprof指令建立三维实体轮廓。并在solview指令中生成机械三维结构,在正交投影布局之后呈现立体剖面。此时便可以多角度观察解析结构的立体效果,但是并未完全生成剖面结构,必须以Soldraw指令,将视口中生成的机械结构轮廓图转化为剖视图。此外,soldraw指令与solprof指令CAD辅助功能,可以提供使用方法及功能区分,在日常教学中可以引导学生自行掌握。而soldraw指令需要在配合solview指令后创建轮廓图与剖视图。并在solprof指令的支持下单独使用。此时图纸空间中所呈现的所有视图功能皆可使用,并可以完成三维实体机械结构的轮廓设置和编辑[2]。

(二)依据设计需求规划建模方案

机械制图并非虚拟教学,学生所设计的所有制图稿件都需要最终应用在机械结构的生产与制造环节中。因此,依据设计需求规划建模方案,也是机械制图教学中应用CAD软件时必须酌情考量的现实问题。三维建模必须与实际的生产加工环节对接,并保持高度的一致性。此时设计策略当以满足工艺条件和设计要求为前提,将机械结构中的所有组合零件进行拆解和对比,充分考量设计标准和装配条件,从而完善设计精度和工艺的量化指标。一方面,从工艺需求方面考量,需要精确测量机械结构的细节尺寸,诸如起模斜度、退刀槽倾斜角度、内圆角或倒角的刻度等。另一方面,三维建模的过程中需要将机械结构的相关特征进行叠加,并将其组合成结构树或特征树的形式,以便区分机械结果的空间效果。此外,机械结构的特征中存在父子连带关系,子代特征依附于父代特征,修改父代特征直接会影响子代特征的表现形式。因此,在机械制图的教学过程中,需要充分考量机械结构在设计方案之初可以调整的特征类型,避免出现机械结构设计偏差[3]。

(三)机械结构内造型建模规律

机械制图的教学难点并非机械外结构设计,机械结构内造型往往是更加难以分辨的结构特征。为此,机械制图教学在引入CAD技术时,也需要引导学生掌握机械结构内造型建模规律,以便达到CAD技术的预期教学效果。机械结构的内造型设计必须充分考量零件应用时的适应性功能,任何设计偏差都可能导致轴承部件无法精准对接。因此,在实际的机械结构设计环境,必须精准测量机械结构内造型的具体刻度,以便保证设计样本与实际生产效果相一致。同时需要尽量降低机械结构内造型的复杂程度,才能保证预算量与实际设计效果处于适用性较高的设计范围。在教学过程中,由学生通过CAD技术所设计的机械制图稿件,都需要在机床予以验证,从而评估机械制图稿件是否达到了实际使用要求。一旦实用性较差,需要进一步衡量CAD技术的操作效果,并通过学生的反复练习强化并掌握机械结构内造型建模规律,以便达到预期的教学效果[4]。

(四)三维建模课程编制

在机械制图的教学过程中,依据设计需求规划建模方案,以及引导学生掌握机械结构内造型建模规律,都是在教学规划之内的具体环节。而教学课程的合理编制,也是引导学生掌握CAD绘图技术的必要措施。为此,在机械制图教学的过程中,需要以学生的理解程度,逐步渗透CAD技术的相关功能。当学生掌握了一定的技术要领之后,在进行更为复杂的几何模型编辑。同时需要引导学生掌握识别和测量机械制图工艺的方法,通过建立数字化的教学体验,引导学生掌握机械机构的内部运行机理,从而正确使用CAD技术编辑机械结构。尤其在机械制图空间思维要求较高的前提下,多数学生在应用CAD技术时依赖性较强,并未深刻认知CAD技术虚拟空间与现实空间的对应性。为此,教师需要在每一次设计稿件初步成型或已经趋于完善之后,将设计稿件的机械机构进行制造和装配,然后以实际的机械设备严重学生设计稿件的可行性。从而引导学生客观认知CAD技术的应用方向与设计规律,并以机械结构为衡量标准,明确教学流程和细节的教学质量与效果[5]。

四结语

综上所述,CAD技术在机械制图教学中的应用价值极高,多种二维和三维图像的设计功能,都是可以直接应用于课堂教学的有利方式。但是在教学过程中,教师也需要引导学生客观认知机械结构的组合规律和运行条件,从而有效利用CAD技术达到预期的绘图设计标准,完善CAD绘图与实际工艺的对接,达到机械制图教学的预期效果。

参考文献

[1]吉丽.三维CAD技术在机械制图项目化教学中的应用[J].南方农机,2017,48(20):25.

[2]葛素丽.CAD技术在机械制图教学中的具体运用探析[J].成才之路,2017(28):52.

[3]兰雅雯.三维CAD技术在机械制图教学中的应用探讨[J].才智,2017(26):151.

[4]屈名胜;常用机械传动零部件CAD系统设计[D]咸阳;西北农林科技大学,2010.

[5]胡浩;基于三维CAD的产品快速设计系统的研究与应用[D]重庆;重庆大学,2010.

作者:王水林 单位:中国矿业大学徐海学院

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