淺談CATIA 在機械制圖教學中的應用

邢 莉 惠學芹 馮 偉

（鹽城工學院機械工程學院 江蘇 鹽城 224051）

0 引言

工程圖樣是工程與產品信息的載體，按規定的方法表達出機械、土建和水利等工程與產品的形狀、大小、材料和技術要求。 工程圖學是研究工程與產品信息表達、交流與傳遞的學科， 機械制圖是工程圖學的一個分支。 在現代工業中，設計、制造、安裝各種機械、電機、電器、儀表以及采礦、冶金、化工等各方面的設備，都離不開機械圖樣，在使用這些機器、設備和儀表時，也常常要通過閱讀機械圖樣來了解它們的結構和性能。

機械制圖是學生學習專業課、課程設計、畢業設計等一系列后備課程的基礎，也是學生畢業后從事科研、設計以及生產工作必備的基礎知識之一，主要培養學生的閱讀與繪制機械圖樣的能力、空間想象能力和形象思維能力，是一門既有系統理論又有較強實踐性的技術基礎課程。

隨著計算機技術的飛速發展，機械制造工作者的工作方式發生了巨大的變化，在目前三維軟件的支持下，他們首先考慮建立數字化的三維幾何模型，然后進行交互修改，最終生成三維產品。 在這種情況下，機械制圖的教學僅僅停留在二維平面表達階段是遠遠不夠的， 必須將三維CAD 技術有效的融于課程教學之中，建立三維立體與二維圖形為一體的教學體系，以適應現代設計、信息科學發展和創新能力的高素質人才培養的需要。 CATIA 三維建模軟件與機械制圖課程教學相結合，不僅可以提高教學質量，還可以幫助學生了解計算機繪圖知識以及三維建模的方法，為以后的學習和工作奠定良好的基礎。

1 CATIA 軟件簡介

CATIA 是法國達索飛機公司在70 年代開發的高檔CAD/CAM 軟件， 是世界上一種主流的CAD/CAE/CAM 一體化軟件。 CATIA 是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interactive Application （計算機輔助三維交互式應用） 的縮寫。

目前CATIA 廣泛應用于航空航天、汽車制造、造船、機械制造、電子/電器、消費品行業，它的集成解決方案覆蓋所有的產品設計與制造領域，迎合所有工業領域的大、中、小型企業需要。 CATIA 不僅可以方便快捷地繪制產品外形，而且還可以進行產品的機構運動與裝配分析，對零部件進行動態仿真分析，有效縮短產品的開發周期，提高設計質量，從而降低開發費用。

2 CATIA 軟件在機械制圖教學中的應用實例

1）實體造型

機械制圖是一門抽象性很強的課程，但是學生的抽象思維能力較差，以往都是借助教學模型幫助學生理解，然而模型的種類和數量是有限的， 不可能無限增多并隨意變換，這就需要借助三維軟件建立相應的模型來進行輔助講解，便于提高學習興趣，更好地掌握課堂知識。

CATIA 軟件提供了基于特征的實體建模功能。 通過拉伸、拉伸除料、旋轉、旋轉除料、孔、掃掠、掃掠除料、加強筋、組合體、放樣、放樣除料等命令能夠快速地創建三維實體模型，如圖1 所示。

圖1 三維實體模型

在機械制圖的教學過程中，運用CATIA 建立教材中二維平面圖形所對應的實體模型， 結合多媒體設備演示翻轉、放大、縮小、剖切、修改等過程，通過不同角度詳細觀察實體模型，使學生進入到真實的三維空間，思考二維投影視圖與三維模型之間的對應關系，增強對課本知識的理解。

當講解平面截切（如圖1（a）所示）、立體相貫（如圖1（b）所示）、組合體（如圖1（c）所示）、零件的剖切方法（全剖（如圖1（d）所示）、半剖、局部剖）和標準件時，可以利用CATIA 軟件清楚地展示出來，對照立體模型，具體詳細地給學生介紹截交線的形成，相貫線的形狀，組合體疊加時的共面、同軸、對稱、相交、相切（如圖2 所示），標準件的各部件結構名稱等問題。

圖2 組合體的疊加類型

2）零件圖

任何一臺機器或部件都是由若干零件按照一定的裝配關系裝配而成的。 零件圖表示零件的結構形狀、大小和有關技術要求，是制造和檢驗零件的主要依據。 零件圖包括一組視圖、完整的尺寸表達、技術要求和標題欄這些內容，直接講解二維圖形時，學生往往感覺比較枯燥，深奧難懂，不易接受，結果注意力就難以集中到課堂上，這時就需要結合零件的三維模型進行講解，使枯燥的圖形變得直觀容易理解。

如圖3 齒輪軸的二維零件圖，屬于結構比較簡單比較容易看懂的一幅圖，初次看這幅圖時，學生普遍反映圖面密密麻麻的一籌莫展，不知該從何處去分析，圖面上的符號、數字也搞不清楚具體含義，從而大大降低了他們的學習興趣。 但是在教師逐步詳細的講解下，在和三維圖形（如圖4 所示）相對照的情況下， 學生慢慢就明白了圖上所要表達的內容，如零件的名稱為齒輪軸，材料為45 號鋼，屬于軸套類零件，最大直徑60mm，總長228mm，由主視圖和移出斷面圖組成，輪齒部分作了局部剖。齒輪軸中兩Ф35k6 軸段及Ф20r6 軸段用來安裝滾動軸承及聯軸器。 端面C 用于安裝擋油環及軸向定位，所以端面C 為長度方向的主要尺寸基準，注出了尺寸2、8、76 等。兩個Ф35 及Ф20 的軸頸處有配合要求，尺寸精度較高，均為6 級公差，相應的表面粗糙度要求也較高，分別為Ra1.6 和3.2 。對鍵槽提出了對稱度要求。對熱處理、倒角、未注尺寸公差等提出了4 項文字說明要求。 看完了二維零件圖，再結合三維模型來看，加深學生的印象，更深刻地理解零件圖所要表達的內容以及零件上需要重點表達的結構和主要尺寸，便于學生舉一反三，掌握讀零件圖的方法。

圖3 齒輪軸的二維零件圖

圖4 齒輪軸的三維模

3）裝配圖

裝配圖（如圖5 所示）是用來表達機器或部件的圖樣，主要表達機器或部件的工作原理、裝配關系、結構形狀和技術要求，用以指導機器或部件的裝配、檢驗、調試、操作或維修等，是機械設計、制造、使用、維修以及進行技術交流的重要技術文件。 裝配體由多個零件組成，結構較為復雜，表達出來的裝配圖也很難被讀懂。把這部分內容結合CATIA 軟件進行講解，便于學生理解，可以提高教學效果。

CATIA 軟件具有強大的裝配功能， 可以對零件進行移動、約束、更新、注解、分析，使多個實體零件按照指定的位置關系裝配在一起，如圖6 所示，也可以利用分解命令查看裝配體的分解圖，如圖7 所示，還能夠利用CATIA 軟件自帶的數字模型運動分析模塊進行裝配體運動的模擬，使學生理解主要工作原理，理解裝配圖所要表達的深層含義。

圖5 滑動軸承裝配圖

圖6 滑動軸承三維模型

圖7 滑動軸承分解圖

圖8 組合體模型

圖9 組合體的三視圖

4）生成二維圖樣

根據已經建立好的三維模型，CATIA 軟件能夠方便快捷地生成二維圖樣，如圖8 所示的組合體模型，打開三維圖之后，在軟件中選擇“開始”/“機械設計”/“繪圖”，選擇“正視圖、頂部視圖和左視圖”選項，系統就自動跳出空白圖紙， 可以在此繪制立體的三個視圖， 使用鍵盤上的alt+enter 鍵彈出屬性對話框，選擇“隱藏的線”、“軸”、“中心線”等選項，補充三視圖中所缺少的虛線，就可生成所需的三個視圖，如圖9 所示。還可以在視圖上添加圖框和標題欄，尺寸標注，剖視圖等內容，對立體的結構進行詳細表達。

由此可以幫助學生掌握三維圖和二維圖之間的變換關系，也可以幫助學生檢查自己所畫視圖中出現的錯誤。

3 結論

在機械制圖課程的教學過程中，添加三維軟件CATIA 的使用，可以提高課堂效率，豐富課堂內容，調動學生的學習積極性，加深對理論知識的理解，取得良好的教學效果。

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