ＣＡＸＡ繪圖軟件在《工程制圖》教學中的應用

摘要：CAXA是近年來得到迅速推廣應用的三維CAD軟件。在《工程制圖》教學中，將CAXA與《工程制圖》課程教學有機結合起來可以提高教學效果。

關鍵詞：工程制圖；CAXA實體設計；國家標準；三維建模

計算機三維CAD技術能逼真地表現虛擬模型，以立體的、有光的、有材質的生動畫面展現設計的零件、部件等。國產的CAXA實體設計軟件采用了創新設計的思維方式，拖放式的三維造型靈活、簡單且有趣；自帶的CAXA電子圖板的功能可將實體設計的結果快速、方便地轉換成符合國家標準的二維工程圖紙；它擁有強大的設計功能和完善的造型手段，可在同一視窗下完成產品的概念設計、零件設計、裝配設計、鈑金設計、動畫設計、渲染設計等。目前，多媒體技術的應用為《工程制圖》課程的教學改革提供了廣闊的發展空間。在《工程制圖》教學中，把CAXA實體設計技術應用在多媒體教學中，能夠有效地提高教學質量，使學生在學習階段就能掌握CAXA實體設計軟件的使用。

利用CAXA軟件在教學中幫助學生樹立標準化制圖意識

圖樣是工程界的共同語言，對于圖樣的幅面、比例、字體、圖線、尺寸注法以及其他技術要求等內容，國家標準中都有統一的規定。教師有義務在教學過程中貫徹國家標準，教育學生必須養成嚴格遵守國家標準的作圖習慣，按國標規定進行工程圖樣的繪制工作。

工程圖的設置一張符合國標標準的工程圖紙，不僅需要有圖形元素，而且需要有標準的圖框、標題欄、零件編號和明細表元素。在教學中，利用CAXA電子圖板繪圖系統具有的幅面設置、圖框設置、標題欄設置、零件序號設置和明細表設置等功能（這些功能是CAXA電子圖板依據《機械制圖國家標準》制定的）邊演示，邊講解，可強化學生的標準意識。如在圖紙幅面設置功能中，根據圖紙幅面規格不同，該軟件設置了從A0～A4共5種標準圖紙幅面供調用，并可設置圖紙方向及圖紙比例；在進行圖框設置時，可分別從調入圖框、定義圖框和存儲圖框三項中進行選擇；在CAXA電子圖板系統中，具有為用戶設計的多種標題欄，使用這些標題欄會大大提高繪圖效率，同時CAXA電子圖板也允許用戶自定義標題欄，并將自定義的標題欄以文件的形式保存起來。標題欄的設置有以下幾項功能：調入標題欄、定義標題欄、存儲標題欄和填寫標題欄；零件序號和明細表是繪制裝配圖不可缺少的內容，電子圖板設置了序號生成和插入功能，并且與明細表聯動，在生成和插入零件序號的同時，允許用戶填寫或不填寫明細表中的各表項，而且對從圖庫中提取的標準件或含屬性的塊，在零件序號生成時，能自動將其屬性填入明細表中。

工程圖的標注尺寸標注是制圖教學中的難點，CAXA電子圖板依據《機械制圖國家標準》提供了對工程圖進行尺寸標注、文字標注和工程符號標注的一整套方法，它包括尺寸標注、坐標標注、倒角標注、引出說明、文字標注、形位公差、基準符號、粗糙度、焊接符號、剖面符號、標注編輯、尺寸風格編輯、文本風格編輯和尺寸驅動等內容，給教學帶來了便利。例如，在CAXA電子圖板中，自帶公差與配合可視化查詢（如圖1），學生可以自由地調出學習，教師上課時也不需帶各種標準件教具。

利用CAXA軟件解決制圖教學中的難點問題

《工程制圖》教學的基本任務就是培養學生閱讀和繪制工程圖樣的能力、空間邏輯思維能力和空間構型能力。難點在于學生空間想象能力的培養?，F以實例形式說明CAXA在《工程制圖》實際教學中的應用。

CAXA輔助相貫線教學相貫線是兩個立體相交所形成的表面交線。而常見回轉體相交所形成的相貫線是《工程制圖》教學中“相貫線”的難點。在一般情況下，兩曲面立體的相貫線是閉合的空間曲線；在特殊情況下，兩曲面立體的相貫線可能不閉合，也可能是平面曲線或直線。對于求解常見的兩回轉體相交所形成的相貫線，常用的方法有積聚性法和輔助平面法。一般情況下，只要采用上述方法對相貫體進行分析，學生就可以完成相貫線的求解問題。但學生往往在想象相貫線的空間形狀方面感到困難。在講解“相貫線”這部分內容時，可以利用CAXA建立三維實體模型的功能，形象直觀地演示相貫體的類型、相對位置、組合方式、空間形狀以及相貫線的空間形狀，幫助學生提高空間想象能力，熟練掌握該部分內容。具體做法如下：（1）建立兩個直徑相等正交相貫的圓柱體，利用三維球的功能復制成三個圓柱體，在智能圖素狀態下，改變各圓柱體的直徑，D1變小，D2不變，D3變大。結果如圖2。（2）選中它們的相貫線并把它轉化為3D曲線并用三維球功能把3D曲線移出，這些空間3D曲線就是相貫線的空間形狀。取圖2中的第三個相貫體為研究對象，新建一個工程圖，把相貫體和空間曲線作為一個整體生成標準視圖，在視圖中選擇主視圖、左視圖、俯視圖、軸測圖。生成結果如圖3。在圖3中白色的線是和相貫線完全重合的空間曲線，通過軸測圖可以看出空間曲線在兩個圓柱體的表面上，通過三視圖可以看出在三視圖中的具體位置。

CAXA輔助組合體教學從形體的角度來分析，任何機器零件都可以看成是由一些簡單的基本幾何體組合而成的組合體。通常組合體的種類按構成方式可以分為疊加式、挖切式和綜合式三種。組合體的分析方法主要有兩種方法：形體分析法、線面分析法。其中，形體分析法多用于對疊加式組合體的分析；線面分析法多用于對挖切式組合體的分析；有時兩者兼用分析綜合式組合體。而CAXA實體設計有兩種造型方法：第一種是搭積木的方式適合疊加式，第二種是拉伸、旋轉、掃描等適合疊加式、挖切式和綜合式。利用CAXA可以先將組合體模型直接生成標準視圖，然后，在CAXA電子圖板中，通過菜單“文件—實體設計數據接口—接收視圖”打開標準視圖，在電子圖版的環境下進行標注。例如：如圖4，已知主、俯視圖，補全左視圖。第一步，抓特征，分線框（如圖4）；第二步，對線框，想形狀（如圖5）；第三步，綜合起，想整體（如圖6）。

CAXA輔助剖視圖教學剖視圖是用來表達零件內部結構形狀的投影圖。在剖視圖教學中，學生對形體內部結構的理解有一定的困難，同時對于剖切方式和剖切位置的選擇也不好理解。在教學中應用CAXA進行演示，利用其提供的剖切功能，能使以上問題迎刃而解。CAXA可以在“工程圖”模塊下完成各種形式的剖視圖。在零件模塊下，完成剖切平面的選擇并按規定位置剖開零件，以直觀的三維旋轉動態形式進行課堂演示，從而激發學生的學習興趣，取得較好的教學效果。為了直觀地講解剖視圖的概念，可以利用CAXA在直接繪制出機件的模型，利用CAXA的截面工具（如圖7所示），直接向學生演示剖視的概念。學生在真正理解了剖視的概念后，對剖視圖的畫法就能輕松掌握。

CAXA在其他教學內容中的應用

三視圖的投影規律反映了三視圖與立體之間的方位、尺寸之間的對應關系。在學習中，正確理解三視圖的投影規律有一定困難。為了使學生較好地理解三視圖之間的對應關系，利用CAXA的三視圖導航功能，可以輔助三視圖教學，使教學內容更形象、生動，便于學生掌握。

CAXA軟件中的裝配爆炸視圖（如圖9）可以展示整個裝配的位置關系和裝配關系。在《工程制圖》的教學中，這種功能可以非常直觀地幫助教師講解裝配圖中零件的相互位置、連接關系、裝配方式等，使學生更好地理解并能正確應用國家標準閱讀和繪制裝配圖。利用CAXA動畫仿真庫，可以進行裝配干涉檢查、裝配動畫設置，讓學生對各種零件的裝配關系及相互連接、運動情況有直觀的感受，對裝配圖的結構和作用有深刻的理解。

CAXA對生成的造型可以靈活地進行特征參數化修改。無論造型到哪一步，通過尺寸驅動或修改特征生成過程中的任何參數，CAXA會相應地更新形體的相關尺寸和參數，自動改變零件的形狀和尺寸，并保持所有特征間的相互關系不變。我們可以教學生將一些較難的習題或者測繪模型用CAXA進行三維造型，讓學生可畫出三維實體及其三視圖，并輸出自己所需的視圖，與教師一起討論修改，不斷完善。這樣，既增強了學生的成就感，又提高了學生的計算機繪圖能力、表達能力和空間想象能力。

總之，將CAXA軟件引入到《工程制圖》教學，使教學更加直觀，立體結構更加形象，繪圖過程更加清晰，課堂教學氣氛更加活躍，更能夠吸引學生的注意力，更能夠培養學生觀察、分析、思考問題的綜合能力。

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作者簡介：

張保（1976—），男，安徽蒙城人，東南大學機械工程學院在讀碩士研究生，海軍蚌埠士官學校教員，主要從事CAD/CAM教學和研究。