機(jī)械制圖與CATIA實(shí)驗(yàn)教學(xué)整合探究

劉倩宏

【摘 要】本文介紹機(jī)械制圖與CATIA實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用，將二者的教學(xué)有機(jī)整合在一起進(jìn)行探究，將理論與實(shí)踐相結(jié)合，不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容，還激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械制圖；CATIA；教學(xué)整合

1 機(jī)械制圖與CATIA軟件介紹

機(jī)械制圖是用圖樣確切表示機(jī)械的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、工作原理和技術(shù)要求的學(xué)科。圖樣由圖形、符號、文字和數(shù)字等組成，是表達(dá)設(shè)計(jì)意圖和制造要求以及交流經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)文件，常被稱為工程界的語言。另外機(jī)械制圖也是工科高等院校機(jī)械類及相關(guān)專業(yè)開設(shè)的一門基礎(chǔ)必修課程之一。

CATIA是法國達(dá)索公司創(chuàng)造的CAD/CAM繪圖軟件。它包含了機(jī)械產(chǎn)品制造的整個過程，可以通過建模幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來的產(chǎn)品，并通過具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程，不僅縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，還提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，從而降低開發(fā)經(jīng)費(fèi)。目前在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，如航空、航天、機(jī)械、電子、汽車、船舶、電器等。

2 機(jī)械制圖與CATIA實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

機(jī)械制圖與CATIA實(shí)驗(yàn)是兩門相對獨(dú)立的課程，機(jī)械制圖是專業(yè)基礎(chǔ)理論課，一般在大一為機(jī)械專業(yè)學(xué)生開設(shè)，這門課的教學(xué)任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生快速讀取與繪制機(jī)械圖紙的能力、分析與講解簡單三維建模實(shí)體的能力及對產(chǎn)品裝配體和部件位置關(guān)系的邏輯思維和空間想象的能力。在常規(guī)的機(jī)械制圖理論教學(xué)中，教師需要使用多媒體課件、教學(xué)實(shí)物模型邊演示邊教學(xué)，來幫助學(xué)生理解所學(xué)內(nèi)容。整節(jié)課程中缺乏師生互動，甚至有些學(xué)生因?yàn)榭菰锓ξ抖媸謾C(jī)或者睡覺，難以集中精力聽課學(xué)習(xí)，更無法建立空間思維達(dá)到課堂教學(xué)應(yīng)有的目的。

CATIA實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開設(shè)的時間在大三，該實(shí)驗(yàn)課依托于機(jī)械CAD/CAM理論課而開設(shè)的。從表面看，這兩門課是相對獨(dú)立的，分別由不同的教師講授，且開課的時間相隔一年，以至于把兩門關(guān)系密切的課程分割開來，其教學(xué)效果不甚理想。要想改變這一現(xiàn)狀，關(guān)鍵在于課程的整合，在理論教學(xué)的同時加入實(shí)踐元素，將二者有效結(jié)合。

3 機(jī)械制圖教學(xué)與CATIA實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合

教師在機(jī)械制圖課堂上除了運(yùn)用模型演示，還可以在多媒體上安裝CATIA軟件，并在課堂教學(xué)中逐步滲入三維建模的理念，引導(dǎo)學(xué)生把虛擬實(shí)體通過三維模式多角度、多方位展示出來。另外在機(jī)械制圖理論教學(xué)中增加對CATIA實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，其零件設(shè)計(jì)功能、產(chǎn)品裝配功能、運(yùn)動仿真功能，能幫助學(xué)生快速地熟識三維空間形體，不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。

增加CATIA實(shí)驗(yàn)的好處：

（1）學(xué)生在學(xué)習(xí)CATIA軟件并熟練運(yùn)用命令圖標(biāo)后，就可自行在課后學(xué)習(xí)，同時在操作使用的過程中，通過課堂知識學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)建不同的三維實(shí)體來增強(qiáng)對制圖知識的理解和運(yùn)用，使理論和實(shí)驗(yàn)相輔相成，為今后制作工程文件打下良好的基礎(chǔ)。

（2）對于大一學(xué)生來說，CATIA軟件中學(xué)習(xí)零件設(shè)計(jì)模塊、產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工程圖模塊是非常有用的，這些模塊可將二維視圖通過拉伸的方式生成實(shí)體進(jìn)行三維建模，同時還可將三維實(shí)體通過生成工程圖的方式獲得我們所需的多個二維視圖，學(xué)習(xí)者能直觀地看到二維平面和三維實(shí)體的相互轉(zhuǎn)換過程，對提高課程學(xué)習(xí)效果起很大的作用。

（3）CATIA軟件中有部件裝配和曲線曲面設(shè)計(jì)的功能，學(xué)生可以自行創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出不同的產(chǎn)品，提高機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)興趣。

4 CATIA軟件在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 零件的三維建模

機(jī)械制圖這門課程需要建立一定的抽象思維，而對于剛?cè)腴T的大一學(xué)生來說，這種思維的建立就會比較困難，常規(guī)教學(xué)方法都是教師上課帶著很多制圖模型，邊演示邊講解，以此來幫助學(xué)生學(xué)習(xí)理解，但模型教學(xué)有些死板，學(xué)生容易注意力不集中，如果借助三維軟件輔助講解，學(xué)生就會很感興趣。

CATIA軟件是以草圖為基礎(chǔ)，建立基本的特征，以修飾特征的方式創(chuàng)建形體。`這些特征命令有的是增加材料，如拉伸、旋轉(zhuǎn)體、加強(qiáng)筋等，有的是從已有的材料中去除部分材料，如挖槽、打孔等。還可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修飾和形體的變換，如倒圓角、切角、平移、對稱、鏡像等這些命令能夠快速地創(chuàng)建三維實(shí)體，也就是零件。同時通過對零件的放大、縮小、翻轉(zhuǎn)等演示，增強(qiáng)學(xué)生從二維到三維空間轉(zhuǎn)換的意識，強(qiáng)化對課本知識的理解。

4.2 部件裝配

部件裝配是CATIA最基本的、也是區(qū)別于其他繪圖軟件使其處于領(lǐng)先地位的功能模塊。具有新建裝配體、將特定裝配部件或多個零件裝配到裝配體內(nèi)、制定每個部件之間的裝配關(guān)系等主要功能。產(chǎn)品（裝配體）是由不同的零件按一定的順序組裝而成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其裝配圖也很難讀懂，如結(jié)合CATIA的知識可提高教學(xué)效果。

CATIA有創(chuàng)建部件、改變部件的位置及創(chuàng)建約束的功能，通過改變部件的位置，對每個零件進(jìn)行智能移動、面與面重合、面與面接觸、兩個平面偏移、兩表面角度約束等功能，按照裝配圖的裝配順序和部件之間的位置關(guān)系進(jìn)行裝配，同時也可運(yùn)用分解命令將裝配體分解，使學(xué)生有更深刻的理解。

4.3 生成工程圖

根據(jù)已經(jīng)建好的三維模型，CATIA軟件可以將創(chuàng)建的三維形體映射為二維的各種視圖，可對圖形進(jìn)行尺寸標(biāo)注、公差標(biāo)注，可填加表面粗糙度符號、焊接符號等，還可在右下角添加零件編號、標(biāo)題欄、文本注釋及明細(xì)表，保存特有的圖形文件。這樣生成的工程圖可以幫助大一學(xué)生盡快理解三維建模與二維工程圖的相互變換，也可檢測自己所畫視圖是否正確。

5 結(jié)論

在機(jī)械制圖理論課程的教學(xué)中，引入CATIA三維繪圖軟件的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將二者有效的整合在一起，不但可以豐富課堂內(nèi)容，活躍教學(xué)氣氛，而且對理論知識的理解也有很大的幫助，為今后人才的培養(yǎng)提供便利。

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