基于三維設計的機械零部件測繪教學改革探索

摘要：以銑刀頭裝配體測繪為例，探索在機械零部件測繪教學中引入三維建模設計技術，達到在零部件測繪教學中融入參數化實體造型訓練的目的，從而提高了測繪教學效果，培養了學生三維繪圖軟件的應用能力。

關鍵詞：零部件測繪三維設計教學改革

隨著三維設計技術的發展，對傳統的工程制圖教學提出了新的挑戰。如何在傳統工程制圖的零部件測繪教學中增加三維CAD設計技術，是適應當前應用型本科人才培養所必須解決的問題，也是科技和社會發展的需要。

工程制圖的機械零部件測繪教學是《工程制圖》課程的一個重要環節，也是學生第一次比較全面的、系統的、綜合性的理論聯系實際的實踐性環節。在這個環節中，學生通過繪制機械部件的裝配工作圖及其零件工作圖，加深對所畫機械部件內外結構和相關工藝的了解，強化合理運用各種機件表達方法和手段的能力，理解設計基準與工藝基準及其尺寸的合理標注，熟悉表面粗糙度、幾何公差與配合、金屬材料與熱處理、設計與制造中常用標準的運用和查表等。因此，機械零部件測繪對學生空間思維能力、動手作圖能力和工程綜合素質培養起著十分重要的作用。計算機三維建模的關鍵步驟是在計算機上進行草圖繪制，并對三維建模進行相應的編輯，以呈現仿真現實的裝配關系、剖切、斷面等三維表達，便于學生了解零件在動態裝配過程中的關系變化，這是傳統制圖測繪不能做到的；同時還可利用三維模型轉換成二維工程圖，加深對二維裝配圖表達方法和目的的了解。因此，將三維建模設計技術和制圖中的零部件測繪有機地結合到一起，能使整個測繪過程更具靈活性，從而激發學生學習的積極性，提高測繪質量，能夠達到在制圖教學環節中充實參數化實體造型訓練的目的，培養學生三維繪圖軟件的應用能力，提高學生的工程實踐能力和創新設計能力。

1.機械零部件測繪的目的

機械零部件測繪的目的是使學生綜合運用制圖知識，了解測繪方法與步驟，掌握常用拆裝工具的使用方法及拆裝步驟，掌握徒手畫圖的基本要領，掌握查閱有關手冊、 標準和資料的能力，從而培養初步的工程測繪能力，為后續的課程設計和畢業設計奠定一定基礎。“測繪”就是對現有的機器或零部件實物進行測量，畫出零件草圖和裝配示意圖，對所測數據經過計算校核、圓整、 標準化處理等，并標注出所需的尺寸和相關技術要求，最后整理、繪制成零件工作圖及裝配工作圖的過程。機械零部件測繪在設備仿制、改造、維修、技術資料完善等方面具有重要的意義，是工程技術人員必須掌握的基本技能[1]。

根據培養要求，我校部分專業測繪銑刀頭裝配體。銑刀頭裝配體是一種用于大件切削的機床附件，如裝在龍門銑床上進行銑削加工。銑刀裝在銑刀盤上，銑刀盤通過鍵與軸連接，當動力通過V帶傳給帶輪，經鍵傳到軸，即可帶動銑刀盤轉動，對零件進行銑削加工。主體件座體，兩端由滾動軸承支撐軸，軸承外側有軸承蓋；左邊帶輪為動力輸入端，帶輪和軸由鍵連接，帶輪的左側有墊圈、擋圈、螺栓實現定位和緊固；軸的右邊動力輸出給銑刀盤，刀盤帶動銑刀切削，軸與刀盤由鍵連接，擋圈、墊圈、螺栓把刀盤與軸緊固住。

學生測繪銑刀頭裝配體，就是通過對銑刀頭裝配體測繪指導書的閱讀和對實物的觀察、分析，了解銑刀頭部件的用途、性能、工作原理、裝配關系等；在拆卸過程中繪制出銑刀頭裝配示意圖；繪制銑刀頭非標零件草圖，測量并標注尺寸；確定并標注有關技術要求；確定標準零件的相應規格及其標記；根據草圖進行相應零件三維建模，完成虛擬仿真裝配，最后繪制裝配圖和零件圖等。

2.基于三維設計的銑刀頭裝配體測繪實施方案

機械零部件集中測繪是實踐性教學環節，是學生對機械制圖課程的基本知識和作圖方法的綜合運用和全面訓練，是進一步提高學生繪圖技能的有效手段。

基于三維設計的銑刀頭裝配體測繪是在對國內高校的制圖測繪教學改革情況與經驗進行分析、總結的基礎上，結合學校實際，運用“項目教學法”來構建基于三維設計的銑刀頭裝配體測繪教學的內容體系，確定測繪草圖與三維建模設計的有機結合。把銑刀頭裝配體測繪作為一項科研項目來做，在測繪之初，就明確測繪的目標、任務，將解決的問題作為測繪的內容，通過技術路線的梳理，讓一個相對復雜的問題得以清晰地解決[2]。通過在有限的時間內（一周），學生從草圖繪制—三維建模與裝配—完成部件裝配圖和零件工作圖，這是一項極具挑戰性的工作。由于學生沒有學習三維設計軟件，如何合理分配草圖繪制、三維教學、上機操作等各個教學環節的時間節點和授課內容與技巧，達到即使學生有學習壓力，又不失去學習的興趣和信心，能在規定的時間內能完成教學任務，這是決定實施方案成功的關鍵。

將計算機三維設計和項目式教學法引入測繪教學中，教師一定要加強項目完成過程的督促和指導。既要突出學生的主體地位，又要掌控整個教學進程，及時有效地解決學生遇到的問題。加強教學過程的管理，將教學內容細化、落實到測繪的每一個具體教學環節，達到預期的教學目標[3]。結合學校已購買的銑刀頭測繪箱，通過教師的實際測繪，完成銑刀頭裝配示意圖和零件草圖的繪制，使用Inventor 2013完成所有零件的三維建模和虛擬裝配，完成三維虛擬裝配仿真動畫，并完成相應CAD工程圖，從而掌握好第一手資料，再采用類比法進行項目的分析與實施，為后面的教學打好基礎。根據學校機類機械零部件測繪教學要求和教學學時，結合學生實際，制定銑刀頭測繪草圖與學習三維軟件的有機結合時間節點，確定學時分配、內容安排、進度安排和階段教學目標等，寫出“銑刀頭測繪與三維設計指導書”，制定學生實習實訓實施計劃表。在機類本科部分專業班級中，進行基于三維設計的銑刀頭裝配體測繪教學改革試點，完成“銑刀頭測繪與三維設計”測繪任務，并評估教學效果，完善指導書。

實施的主要內容包括：兩天時間完成座體、軸、壓蓋、銑刀盤、V帶輪等非標準零件的草圖繪制，根據需要標尺寸線、尺寸界線，測繪尺寸數據，并將測得的尺寸數值標注在相應的草圖上，在草圖上標注出表面粗糙度、尺寸公差、幾何公差，標準結構要查表等；三天時間結合零件草圖，邊學習Inventor軟件邊完成零件建模，完成銑刀頭三維仿真裝配，由相應建模實體完成銑刀頭裝配工程圖和零件工作圖的繪制，最后提交所有電子資料和圖紙，進行測繪答辯。

3.基于三維設計的銑刀頭裝配體測繪實施效果

通過在學校機械設計制造與自動化和機械電子工程專業2013與2014年級共4個班進行了“銑刀頭測繪與三維設計”測繪教學改革。通過對學生一些具體的、有針對性的問題進行答辯及綜合成績考核，實施教學改革后的教學效果明顯優于傳統的教學效果。

“銑刀頭測繪與三維設計”測繪教學改革，是一種符合現代設計方法的三維設計教學模式，它改變了現行的學生“畫零件草圖—裝配圖—零件圖”教學模式存在的尺規繪圖速度慢、圖面質量差、不便修改、不能與CAD技術充分結合，只是單方面地提高圖形表達技能等現狀。通過改革后的測繪教學，使學生通過一步一步的三維造型設計，既掌握了測繪的要領，也充分地掌握三維建模的方法和過程，加深對測繪對象內外結構形狀的了解和制圖內容的掌握。引入三維建模過程，就迫使學生了解被測繪零件的每個部分結構，了解裝配時零件間的同軸關系、面與面接觸關系和一系列的配合關系，讓課本的知識運用于實際的建模過程中。學生通過“銑刀頭測繪與三維設計”課程教學，學會了思考和解決問題的方法，同時其草圖能力、三維建模與二維繪圖的能力和技巧都得到較大地提高，并且學習興趣也得到培養和增強。

4.結束語

基于三維設計的機械零部件測繪教學改革，給傳統制圖測繪課程注入了新的活力，帶來了測繪方法和手段的革新。改革的實施既豐富

了傳統測繪教學的內容，提高測繪質量，同時又符合現代設計發展趨勢，強化了學生參數化實體造型訓練的目的，培養了學生三維繪圖軟件的應用能力，提高了學生的工程實踐能力和工程素質。在時間非常有限的情況下，如何進一步提高教學效果、教學質量，做好量與質的辨證關系，需要繼續探索。

參考文獻：

[1] 趙漢雨，常粉玲，唐豫桂，葉芳.“機械制圖”測繪實習教學改革探討[J].中國電力教育，2012，（25）：81-82.

[2] 杜力，李琳.基于計算機三維建模的“工程制圖”課程測繪實踐研究[J].重慶工商大學學報，2009， 26（4）：407-410.

[3] 楊莉，郝育新，王建華. 工程制圖測繪教學模式的研究與實踐[J].圖學學報，2013，（1）：116-119.