浅议在计算机绘图教学中辅助机械制图教学

[摘           要]  机械制图是机械类专业必备的专业基础课程。利用计算机绘图课程教学的特点，可以较好地辅助机械制图教学，达到提高学生兴趣、提升教学效果的目的。

[关    键   词]  机械制图;计算机绘图;辅助教学

[中图分类号]  G712                 [文献标志码]  A              [文章编号]  2096-0603（2020）16-0106-04

在技工院校机械类专业的教学大纲中，机械制图是机械类各专业必备的专业基础课程。在教学中伴随专业课的教学进程，专业理论和专业生产实习都要用到其相关知识。比如机械设备维修、钳工等专业课程总要涉及零部件及其零件图或装配图，所以首先要具备识图能力，其次要看懂相关的技术要求，明确极限配合关系、公差、材料代号及其性能，并通过所学的机械基础、机械制造工艺基础及电工学等相关知识结合本专业理论知识分析、研究工作原理，加工工艺及安装步骤等，其重要性不言而喻。

在有的版本的机械制图教材中，“计算机绘图”内容是作为整个课程体系中的一个模块。但是，随着科学技术的发展，计算机绘图软件在工程制图领域的辅助功能日益强大和计算机在办公、家庭中的普及化，计算机绘图根据教学需要，目前在机械类专业中通常也作为一门独立的课程开设，并且也逐步由计算机专业教师教学过渡到由机械专业教师教学。计算机绘图相比传统的手工绘图效率更高，质量更好，三维绘图软件还具有直观性强、生动形象、易操作等特点。

技校的学生大多数都是在中学里就是学习上的困难生，他们学习成绩不理想，厌学情况严重。很多学生文化素质底子薄，在学习方面也缺少恒心和毅力，一旦在学习过程中常遇到困难，很容易就“破罐子破摔”，从而把整门课程就放弃了。进入专业课程学习后，特别是对于机械类的专业基础理论课程，他们更是难以接受。那么，如何使他们对机械制图这门重要的专业性很强的课程产生学习兴趣，掌握好的学习方法，能够学得进、学得好机械制图，对我们这些技校的专业课教师也是一个不小的挑战。

传统的机械制图课程教学中，由于该课程特点就是要求学生具有一定的空间思维能力，因此老师讲得特别多、特别细。平时上课又是模型，又是课件，是一种灌输式教学。技校生在课堂上常常处于被动接受的地位，难有主动积极思考的一面。尽管老师使出浑身解数，往往技校生的掌握情况与老师的期望值仍有较大差距。利用三维绘图软件进行可视化机械制图教学，能很好地弥补传统黑板、挂图课件教学这样的一个缺点。

笔者在近几年的技工教育教学实践中，机械制图和计算机绘图这两门课程都讲授过，感觉到这两门课程的关系比较紧密，在教学过程中可以互相促进、互相辅助。

笔者接触到一个新洲三维软件——“Solid3000”。它是北京新洲协同软件技术有限公司推出的计算机辅助设计软件，主要应用于机械设计及工业造型领域，可作为其他三维设计的基础平台，具有强大的实体造型和图形编辑功能。因为它是国产软件，它采用全中文界面、典型Windows风格，采用我国国家标准，零件从设计到出图符合中国人的习惯，没有语言和学习障碍。比起其他进口的三维制图软件，更加符合技校生的学习认知能力。学习好这个软件，技校学生将对三维设计软件的功能有一个比较全面的了解，在今后遇到其他类似软件时，也能够很快触类旁通，上手掌握。

Solid3000软件是一个系列化的软件，目前包括零件设计模、曲线曲面、工程制图、装配、渲染、钣金、报表以及标准件库等模块。该软件的工作界面，如下图。

例如，在讲授机械制图第二章——正投影作图基础中的“三视图的形成及其投影规律”时，要给学生讲授和演示三个相互垂直相交的投影面（正投影面V、水平投影面H、侧投影面W）建立一个三投影面体系，并要求学生理解和掌握三视图的对应关系：长对正，高平齐，宽相等。如下图。

在本课程教学的同步，就可以让学生在计算机绘图课程上跟着教师边学习边自己动手，利用新洲软件绘制一个机械制图教材中所列举的零件“垫块”的图形，并在工程图绘图区中进行三面投影，得出三视图，找出三视图的投影规律。具体过程如下：

1.在Solid3000的“基本”工具栏中单击“新建”按钮，选择将要创建的“零件”文件类型，如下图。

2.打開新建文件后，这时在图形窗口的左侧会出现“结构树”。“结构树”是显示所绘制零件中所有特征、装配体中所有零件，以及工程图中所有视图的一个树型层次结构。从“结构树”中可以方便地查看零件或装配体的相关信息，或者查看工程图中的不同图纸和视图的信息。

在Solid3000系统中有三个默认的参考平面，XY平面，YZ平面，ZX平面，对应于机械制图中的三个基本投影面（正面V，侧面W，水平面H）。三个参考平面都是无穷大的，但在屏幕绘图区上显示时，平面会显示为有边界的面域，方便学生观察和选择。

目前这个零件“结构树”显示了三个基本投影面（XY平面、YZ平面、ZX平面）和坐标原点。如下图。

3.笔者指导学生在绘图区域内选择ZX平面作为三个基本投影面中的“正面”，在该平面上利用“草图”的命令绘制垫块的主视图（正面投影）。在Solid3000系统中，我们将平面（二维）图形轮廓叫作草图，草图通常是创建在三个默认的参考平面或模型的实体平面上，它多用于凸台/切除特征的创建。草图，在该软件中的定义就是在空间平面上创建的二维轮廓（或横断面），它一般是由直线、圆、圆弧、椭圆、多边形和样条曲线等不同线条构成的封闭区域，是绘制三维图形的基础。

如下图，选择ZX平面作图。

这个软件与AUTOCAD软件不同的是，草图是在图形轮廓绘制完成后再给构成草图的线条添加上尺寸等“约束”条件。在该软件中，为了确定草图线条的位置，需要给相应的线条标注一些尺寸或添加一些限制条件（如水平、垂直等），从而保证草图线条间的位置关系，这些尺寸和限制条件就叫作草图中的尺寸约束和几何约束。没有良好约束的草图是无法生成三维视图的。

学生在绘制草图时，Solid3000系统会自动在水平、垂直、相切、对齐等特殊位置上给予及时提示，以便于学生画出准确的轮廓。

绘制好“垫块”的主视图。如下图。

4.再对该草图进行“拉升特征”操作，让垫块“立体”起来。该软件中，零件是由特征组成的。Solid3000系统中的“特征”是指用于组合生成零件的各种基本形状，如凸台、切除、孔、圆角、切角、抽壳等。特征造型方法，也就是从平面图形向立体图形的演变过程，可以使学生的作图过程更加直观，也更符合工程实际，从而使作图效率大大提高。

草图轮廓绘制完成后，对其进行拉伸、旋转、放样或沿某一路径扫描等操作即可生成特征，也就是三维图形。拉伸特征，如下图。

在本例题中，执行完拉伸特征操作后，机械制图课本中的例题——垫块，就让学生自己动手绘制出来了。该软件很方便地实现了平面图形向立体图形的转化，就学生建立起空间思维的概念，这样一下子吸引住了学生的注意力，让学生有了学习兴趣和动力。学生往往会惊讶：“这个题目也不难呀！”如下图。

另外，为了帮助学生在绘图的过程中，从多角度观察实体模型，Solid3000系统还提供了多种显示方式方便学生观察图形。

5.在绘制完三维零件后，Solid3000软件系统还可以迅速地将三维零件自动转化为二维工程图，也就是平时我们所说的零件图、装配图。系统中提供了正视投影、左视投影、右视投影、俯视投影、仰视投影、后视投影及轴测投影7种标准投影方向。

最后，笔者在指导学生将该垫块零件用Solid3000“工程图”的模块打开，使用软件中的“智能视图”和“多向投影视图”的功能，让学生自己摸索认识该零件在不同投影面上的投影规律。如下图。

最后生成如下三视图。

这样，在讲授计算机绘图课程的过程中，结合了机械制图的教学内容。让学生作为学习的主体，一边动手绘图学习三维软件的绘图方法，一边学习机械制图的画法规定。教师在教学过程中起着辅助和引导的作用，比传统的讲授教学法能让学生更加主动地进行自我学习思考和探索，不仅学习了计算机绘图的操作方法，也帮助学生更好地掌握了机械制图中三视图“长对正，高平齐，宽相等”的投影对应关系，把两门课程的教学有机地融合在一起。

综上所述，将机械制图与计算机绘图进行整合教学，可以将抽象、静止的教学内容用形象逼真的动态形式呈现出来。学生不但可以看到立体图样，还可以自己动手进行动态的作图。这样学生既能更加快速地学习和应用计算机绘图软件，又能輕易全面掌握机械制图的原理和方法，增强学习兴趣，也有利于发挥学生的主体作用，能够较快地培养学生的识读零件图的能力和掌握机械制图中的国家标准，有效地突破本课程教学中的重点和难点。既满足了教学目标中的“知识与技能并重”，也在教学过程中“兼顾了过程与方法”，能够较好地达到机械制图和计算机绘图教学大纲中教学目标的要求。

参考文献：

[1]闫蔚.三维CAD：工程制图与设计[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]郭建尊.机械制图及计算机绘图[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2005.

[3]李彦辉.浅谈CAD软件教学与机械制图教学的结合[J].职业教育研究，2009（7）：90-92.

编辑 张 俐