ＣＡＸＡ繪圖軟件在《工程制圖》教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：CAXA是近年來得到迅速推廣應(yīng)用的三維CAD軟件。在《工程制圖》教學(xué)中，將CAXA與《工程制圖》課程教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來可以提高教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：工程制圖；CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)；國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；三維建模

計(jì)算機(jī)三維CAD技術(shù)能逼真地表現(xiàn)虛擬模型，以立體的、有光的、有材質(zhì)的生動(dòng)畫面展現(xiàn)設(shè)計(jì)的零件、部件等。國(guó)產(chǎn)的CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件采用了創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思維方式，拖放式的三維造型靈活、簡(jiǎn)單且有趣；自帶的CAXA電子圖板的功能可將實(shí)體設(shè)計(jì)的結(jié)果快速、方便地轉(zhuǎn)換成符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的二維工程圖紙；它擁有強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和完善的造型手段，可在同一視窗下完成產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、動(dòng)畫設(shè)計(jì)、渲染設(shè)計(jì)等。目前，多媒體技術(shù)的應(yīng)用為《工程制圖》課程的教學(xué)改革提供了廣闊的發(fā)展空間。在《工程制圖》教學(xué)中，把CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用在多媒體教學(xué)中，能夠有效地提高教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生在學(xué)習(xí)階段就能掌握CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件的使用。

利用CAXA軟件在教學(xué)中幫助學(xué)生樹立標(biāo)準(zhǔn)化制圖意識(shí)

圖樣是工程界的共同語(yǔ)言，對(duì)于圖樣的幅面、比例、字體、圖線、尺寸注法以及其他技術(shù)要求等內(nèi)容，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中都有統(tǒng)一的規(guī)定。教師有義務(wù)在教學(xué)過程中貫徹國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，教育學(xué)生必須養(yǎng)成嚴(yán)格遵守國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的作圖習(xí)慣，按國(guó)標(biāo)規(guī)定進(jìn)行工程圖樣的繪制工作。

工程圖的設(shè)置一張符合國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的工程圖紙，不僅需要有圖形元素，而且需要有標(biāo)準(zhǔn)的圖框、標(biāo)題欄、零件編號(hào)和明細(xì)表元素。在教學(xué)中，利用CAXA電子圖板繪圖系統(tǒng)具有的幅面設(shè)置、圖框設(shè)置、標(biāo)題欄設(shè)置、零件序號(hào)設(shè)置和明細(xì)表設(shè)置等功能（這些功能是CAXA電子圖板依據(jù)《機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》制定的）邊演示，邊講解，可強(qiáng)化學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)意識(shí)。如在圖紙幅面設(shè)置功能中，根據(jù)圖紙幅面規(guī)格不同，該軟件設(shè)置了從A0～A4共5種標(biāo)準(zhǔn)圖紙幅面供調(diào)用，并可設(shè)置圖紙方向及圖紙比例；在進(jìn)行圖框設(shè)置時(shí)，可分別從調(diào)入圖框、定義圖框和存儲(chǔ)圖框三項(xiàng)中進(jìn)行選擇；在CAXA電子圖板系統(tǒng)中，具有為用戶設(shè)計(jì)的多種標(biāo)題欄，使用這些標(biāo)題欄會(huì)大大提高繪圖效率，同時(shí)CAXA電子圖板也允許用戶自定義標(biāo)題欄，并將自定義的標(biāo)題欄以文件的形式保存起來。標(biāo)題欄的設(shè)置有以下幾項(xiàng)功能：調(diào)入標(biāo)題欄、定義標(biāo)題欄、存儲(chǔ)標(biāo)題欄和填寫標(biāo)題欄；零件序號(hào)和明細(xì)表是繪制裝配圖不可缺少的內(nèi)容，電子圖板設(shè)置了序號(hào)生成和插入功能，并且與明細(xì)表聯(lián)動(dòng)，在生成和插入零件序號(hào)的同時(shí)，允許用戶填寫或不填寫明細(xì)表中的各表項(xiàng)，而且對(duì)從圖庫(kù)中提取的標(biāo)準(zhǔn)件或含屬性的塊，在零件序號(hào)生成時(shí)，能自動(dòng)將其屬性填入明細(xì)表中。

工程圖的標(biāo)注尺寸標(biāo)注是制圖教學(xué)中的難點(diǎn)，CAXA電子圖板依據(jù)《機(jī)械制圖國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》提供了對(duì)工程圖進(jìn)行尺寸標(biāo)注、文字標(biāo)注和工程符號(hào)標(biāo)注的一整套方法，它包括尺寸標(biāo)注、坐標(biāo)標(biāo)注、倒角標(biāo)注、引出說明、文字標(biāo)注、形位公差、基準(zhǔn)符號(hào)、粗糙度、焊接符號(hào)、剖面符號(hào)、標(biāo)注編輯、尺寸風(fēng)格編輯、文本風(fēng)格編輯和尺寸驅(qū)動(dòng)等內(nèi)容，給教學(xué)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(xué)生可以自由地調(diào)出學(xué)習(xí)，教師上課時(shí)也不需帶各種標(biāo)準(zhǔn)件教具。

利用CAXA軟件解決制圖教學(xué)中的難點(diǎn)問題

《工程制圖》教學(xué)的基本任務(wù)就是培養(yǎng)學(xué)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(gòu)型能力。難點(diǎn)在于學(xué)生空間想象能力的培養(yǎng)?，F(xiàn)以實(shí)例形式說明CAXA在《工程制圖》實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用。

CAXA輔助相貫線教學(xué)相貫線是兩個(gè)立體相交所形成的表面交線。而常見回轉(zhuǎn)體相交所形成的相貫線是《工程制圖》教學(xué)中“相貫線”的難點(diǎn)。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(duì)于求解常見的兩回轉(zhuǎn)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(duì)相貫體進(jìn)行分析，學(xué)生就可以完成相貫線的求解問題。但學(xué)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(nèi)容時(shí)，可以利用CAXA建立三維實(shí)體模型的功能，形象直觀地演示相貫體的類型、相對(duì)位置、組合方式、空間形狀以及相貫線的空間形狀，幫助學(xué)生提高空間想象能力，熟練掌握該部分內(nèi)容。具體做法如下：（1）建立兩個(gè)直徑相等正交相貫的圓柱體，利用三維球的功能復(fù)制成三個(gè)圓柱體，在智能圖素狀態(tài)下，改變各圓柱體的直徑，D1變小，D2不變，D3變大。結(jié)果如圖2。（2）選中它們的相貫線并把它轉(zhuǎn)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(gè)相貫體為研究對(duì)象，新建一個(gè)工程圖，把相貫體和空間曲線作為一個(gè)整體生成標(biāo)準(zhǔn)視圖，在視圖中選擇主視圖、左視圖、俯視圖、軸測(cè)圖。生成結(jié)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(cè)圖可以看出空間曲線在兩個(gè)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(xué)從形體的角度來分析，任何機(jī)器零件都可以看成是由一些簡(jiǎn)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(gòu)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(duì)疊加式組合體的分析；線面分析法多用于對(duì)挖切式組合體的分析；有時(shí)兩者兼用分析綜合式組合體。而CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)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(zhuǎn)、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(biāo)準(zhǔn)視圖，然后，在CAXA電子圖板中，通過菜單“文件—實(shí)體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)接口—接收視圖”打開標(biāo)準(zhǔn)視圖，在電子圖版的環(huán)境下進(jìn)行標(biāo)注。例如：如圖4，已知主、俯視圖，補(bǔ)全左視圖。第一步，抓特征，分線框（如圖4）；第二步，對(duì)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(xué)剖視圖是用來表達(dá)零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)形狀的投影圖。在剖視圖教學(xué)中，學(xué)生對(duì)形體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理解有一定的困難，同時(shí)對(duì)于剖切方式和剖切位置的選擇也不好理解。在教學(xué)中應(yīng)用CAXA進(jìn)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(guī)定位置剖開零件，以直觀的三維旋轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)形式進(jìn)行課堂演示，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，取得較好的教學(xué)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(jī)件的模型，利用CAXA的截面工具（如圖7所示），直接向?qū)W生演示剖視的概念。學(xué)生在真正理解了剖視的概念后，對(duì)剖視圖的畫法就能輕松掌握。

CAXA在其他教學(xué)內(nèi)容中的應(yīng)用

三視圖的投影規(guī)律反映了三視圖與立體之間的方位、尺寸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。在學(xué)習(xí)中，正確理解三視圖的投影規(guī)律有一定困難。為了使學(xué)生較好地理解三視圖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用CAXA的三視圖導(dǎo)航功能，可以輔助三視圖教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容更形象、生動(dòng)，便于學(xué)生掌握。

CAXA軟件中的裝配爆炸視圖（如圖9）可以展示整個(gè)裝配的位置關(guān)系和裝配關(guān)系。在《工程制圖》的教學(xué)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(guān)系、裝配方式等，使學(xué)生更好地理解并能正確應(yīng)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)閱讀和繪制裝配圖。利用CAXA動(dòng)畫仿真庫(kù)，可以進(jìn)行裝配干涉檢查、裝配動(dòng)畫設(shè)置，讓學(xué)生對(duì)各種零件的裝配關(guān)系及相互連接、運(yùn)動(dòng)情況有直觀的感受，對(duì)裝配圖的結(jié)構(gòu)和作用有深刻的理解。

CAXA對(duì)生成的造型可以靈活地進(jìn)行特征參數(shù)化修改。無論造型到哪一步，通過尺寸驅(qū)動(dòng)或修改特征生成過程中的任何參數(shù)，CAXA會(huì)相應(yīng)地更新形體的相關(guān)尺寸和參數(shù)，自動(dòng)改變零件的形狀和尺寸，并保持所有特征間的相互關(guān)系不變。我們可以教學(xué)生將一些較難的習(xí)題或者測(cè)繪模型用CAXA進(jìn)行三維造型，讓學(xué)生可畫出三維實(shí)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(qiáng)了學(xué)生的成就感，又提高了學(xué)生的計(jì)算機(jī)繪圖能力、表達(dá)能力和空間想象能力。

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

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作者簡(jiǎn)介：

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