UG三維軟件在“機械制圖”教學中的應用與探討

白諭幸

摘 要：文章通過介紹UG_維建模軟件的三維造型功能實現“機械制圖”教學中零件的實體建模、創建模型零件庫和出工程圖的實際運用，在降低教學難度、提高學習興趣和積極性、豐富課堂內容等方面起到明顯促進作用。實踐證明，運用UG_維軟件在“機械制圖”教學改革中具備可行性。

關鍵詞：機械制圖；教學改革；UG_維軟件

機械制圖是一種用于表達設計意圖和制造要求以及交流經驗的技術文件，常被稱為工程界的語言。作為一名工程技術人員，必須掌握這種基本的技術語言，需要具備畫圖和看圖的能力。因此，培養高級工程科學技術人員的高等工科院校，在教學中把“機械制圖”作為一門重要的技術基礎課‘1]。

“機械制圖”課程學習要求學習者具備一定的空間想象力和三維思維能力，對學生的空間想象能力要求較高。在傳統的教學中，教師使用圓規和三角板在黑板上繪圖、CAI課件零件實物圖片展示、實體模型、多媒體動畫等方式來幫助學生建立三維空間能力。因為教學資源有限、顯現的方式固定和無法根據教學需要隨意改變，導致教學過程缺乏互動，教學效果不理想‘2]。因此，對目前的教學形式進行重組、優化和改革十分必要。新的教學方式通過利用UG_維建模軟件建立零件的三維實體，將書本上的內容以立體、有色的生動畫面展現立體模型和零部件。對于復雜的型腔零件的內部構造，通過實體剖切和改變其透明度的方法讓學生進行觀察，并且根據不同的教學內容進行不斷修改和實時更新現有的教學模型。將課堂上抽象的內容采用最直觀的方式展示給學生，讓學生的平面思維轉換到立體空間的空間思維，利用物體的平面圖形的投影與實際零件實體緊密聯系起來的教學方法來降低教學難度，提高學生學習能力、創新思維對同時對“機械制圖”課程的教學改革具有重要意義。

1 UG三維設計軟件應用于“機械制圖”教學中的優點

UG是Siemens PLM Software公司開發的一款集CAD/CAM/CAE-體操作軟件。其軟件功能強大，能實現實體建模、生成曲面、虛擬裝配和出工程圖等設計功能[3]。同時操作方便而簡單，零件參數修改應用于“機械制圖”教學中具有明顯優勢。

（1）UG三維軟件具備良好的用戶界面，絕大多數操作都可通過圖標建模，使用對象操作時，具有自動推理功能。同時在操作過程中都有相應的提示信息，方便用戶做出正確的選擇。對零件透明度調節、實體剖切、縮放以及旋轉都有指定的圖標，操作簡單方便。

（2）UG具備特征建模功能，如孑L、凸臺、型膠、槽溝、倒角等可直接作為實體造型基礎，其圖標形象直觀，在建模過程中能采用參數驅動。

（3） UG還具備出工程圖功能，可直接從三維實體模型直接生成二維工程圖。并且能對實體進行旋轉剖、階梯剖和軸測圖剖切后直接生成相應剖視圖，同時可以根據教學需要，隨時在三維模型和二維視圖之間進行切換。能實現形象化的讀圖過程，減輕了學生空間思維負擔，明顯提升教學效果。

2 UG在“機械制圖”教學中的應用實例

“機械制圖”在教學的過程中通過UG_維軟件對零件建模、剖切、視圖轉換和制作分解動畫等輔助教學。

2.1建立基本體教學模型的應用

平面投影是“機械制圖”最基本的內容，投影作圖主要是通過圓柱、圓錐、棱臺等基本體進行學習。在教學中使用UG_維軟件對基本體零件進行實體建模，利用旋轉、只顯示線框等方式讓學生能快速建立基本體的三維空間的思維能力和了解投影作用的基本原理。同時UG零件庫的功能建立大量實體在教學的過程中能快速、方便調用，常用基本體的教學模型如圖1所示。

2.2在截交線中的應用

截交線和相貫線是教學中的難點內容，要求學習者具有很高的空間想象能力，教學過程中往往學生對其內容很難掌握。為了讓學生對其內容更好地掌握，利用UG_維軟件進行實體建模創建不同的截平面來得到相應的截交線。通過將三維零件轉為工程圖進行驗證，這種直觀的方法讓學生快速掌握截平面和截交線相關內容學習。不截平面與圓錐相切實體時產生不同的截交線（見圖2）。

2.3在組合體中的應用

組合體主要通過基本體經過疊加、切割或打孔等方式組合而成。組合體畫三視圖時要求學生通過分析其組合形式和相對位置，判斷形體相鄰表面是否存在共面、相切或相關的關系，然后逐個畫出各基本形體的三視圖。舊的教學方式講授時需要采用大量時間來講解各組合體的連接以及其投影關系，學生的學習效果不好。

在教學過程中如果采用UG_維軟件實體建模方法進行講解，不僅能讓學習者直觀理解組合體的建模過程，而且將基本體之間的組合形式和連接方法得到充分體現。教師在講解的過程中也可以通過不同的視角、旋轉等方法讓學生對其深 入了解。通過將零件轉變三維視圖的方法，讓學生快速掌握其 投影關系，提高教學效率。如圖3所示，通過疊加、切割方法做 出的組合體，并且通過三維轉二維視圖的方法導出工程圖。

2.4在剖視圖中的應用

剖視圖就是用假設的剖切面，在合適的位置剖開機件，將處在觀察者與剖切面之間的實體移去，其余實體向投影面投射所得的圖樣（見圖4）。剖視圖的傳統教學方法主要通過引入“假想剖切面”的概念，借助一些實體模型、課本上的零件剖切圖等方法進行教學。因此，在剖視圖的學習過程中，要求學生采用邏輯思維想象出剖開后物體的結構進行畫圖，對學生的空間思維能力具有較高要求，學習的過程中存在較高的難度。為了降低教學難度，使得剖視圖知識更為直觀、形象化的方法在課堂上講授。在教學的過程中采用UG_維軟件，使用建立實體模型方法，構建剖切平面和實體切割等方面進行演示，讓學生深入了解剖視圖中的“假想剖切面”、移去的實體以及其余部分形體向投影面產生的投射剖面區域。使原本抽象的邏輯思維轉變為具體的形象思維，將抽象、生疏的剖視圖知識直觀化、形象化，達到簡單直觀、易學易通的教學效果。

2.5在裝配圖中的應用

裝配圖主要用來表達機械或部件的工作原理、零件間的裝配關系、零件主要結構形狀以及裝配、檢驗、安裝時所需尺寸數據、技術要求。在教學過中重點要求學生掌握裝配圖中視圖常用的表達方式、讀懂裝配圖和正確拆畫裝配圖中的零件圖。往往一張裝配圖上零件數量較多，零件間的裝配關系復雜。教師在講授的過程很難完全將知識點講透徹，學生存在聽不懂、難理解的現象。采用UG_維建模與裝配圖相結合的教學方法很好地解決了裝配圖教學難題。

在裝配圖的教學中通過利用UG零件裝配功能，將裝配圖中的零件進行實體建模，然后對其進行零件裝配。在講授時可以對零件進行實時裝配過程讓學生直觀了解零件間的裝配關系，同時也可以做零件拆卸、剖切、隱藏和爆炸圖等方式進行講解。讓學習者深刻理解裝配體的工作原理、各零件間的裝配關系，充分提高教學質量和效果，提高學生的學生興趣和積極性。

3結語

“機械制圖”的教學過程中，使作用CAD/CAM三維軟仵進行實體建模和靈活運用視圖間的轉換教學方法，不單能降低教師的教學難度，同時對提高學生學習興趣和積極性具備良好效果。并且能讓學生在工程設計意識和創新思維方面得到明顯的提高，為今后的學習打下良好的基礎。教學結果證明，結合CAD/CAM_維軟件進行“機械制圖”課程的教學思路正確，廣東技術師范學院學生在新的教學方式中學習對零件的建模和畫圖能力得到大幅度提高。近幾年，該校學生在制圖大賽中獲得優異成績，充分說明了將CAD/CAM三維軟件引入“機械制圖”課程中，對教學具有良好促進作用。

[參考文獻]

[1]李曙生，金家楣.三維動畫技術在機械類課程教學中的應用[J].泰州職業技術學院學報，2003 （2）：41-43

[2]王大紅，陳勇棠.基于UG技術的《機械制圖》課程改革[J]裝備制造技術，2007 （6）：153-155

[3]李銳，汪小芳.基于UG軟件的機械制圖教學改革[J].湖南農機，2008 （3）：26-27