組合體讀圖教學方法新探

張迪 黃建生

摘 要：基于目前中職學生在學習機械制圖課程中普遍存在讀圖能力不足的問題，本文結合投影理論及相關組合體圖例，總結歸納出兩種易于學生理解掌握的組合體讀圖法，即拉伸法及切割法，并基于inventor三維設計軟件，指導學生進行建模實踐，以便有效提升學生讀圖能力。

關鍵詞：組合體 ?拉伸法 ?切割法 ?建模實踐

一、中職學生學習制圖中存在的讀圖問題

對于機械類專業的中職學生來講，機械制圖這門課屬于專業基礎課，課程目標就是培養學生的讀圖及畫圖能力。由于中職學生培養的主體方向是面向生產操作而非設計研發，所以培養目標中讀圖的重要性更為突出一些。從形體角度分析，任何機器零部件都是由多個基本體經疊加或切割而成，即屬于組合體概念的范疇。因此掌握組合體讀圖法就成為了順利識讀零部件圖的基礎。對于這一部分知識的學習，目前中職學生存在的客觀問題有：基礎文化知識薄弱、學習動力不足、知識領悟能力較差等。尤其在組合體讀圖這一教學模塊中，最為突出的問題是不知如何根據三視圖正確聯想出三維實體。雖然教材中提到了一些讀圖技巧和思路，但是脈絡不是很清晰，學生并不能較好地理解和掌握，從而在一定程度上影響了后續實訓教學的學習。鑒于此，亟待探索一種較系統并易于中職學生掌握的讀圖方法

二、讀圖教學方法

組合體分為疊加型、切割型及綜合型三大類。其中綜合型可以看成是前兩種的復合。下面的內容將圍繞疊加型及切割型兩大組合體門類展開討論讀圖的具體方法。

1.疊加型組合體的教學方法

疊加型組合體是由若干基本體疊加而成。基本體是疊加型組合體的最小組成單元。而基本體亦可以理解成由某截面沿某固定方向拉伸而成的幾何體。此截面的特殊之處在于，它是平行于各投影面的，即屬于平行面的范疇，所以，拉伸方向可以理解成是沿垂直于投影面的方向進行拉伸。

基于以上思路，疊加型組合體的讀圖步驟做以下梳理：首先在三視圖各投影視圖中尋找并確定哪些封閉區域屬于平行面（平行于該投影面），并進行編號;然后讓各編號區域沿著垂直于投影面的方向進行拉伸;最后再將得到的各基本體進行疊加，從而組成三維結構的疊加型組合體。鑒于這種方法與三維設計軟件中的拉伸建模方式類似（投影平面相當于三維繪圖平面，拉伸方向為繪圖平面法向），筆者稱之為拉伸法。

下面引入疊加型組合體實例進行方法說明。

如圖1所示，為某疊加型組合體的三視圖，要求學生根據此條件，識讀出三維實體結構。

（1）教學步驟。首先，在三視圖中對各封閉區域進行分析，確定各視圖中哪些封閉區域屬于平行平面。

具體方法是在主視圖中，長條孔與主體四邊形輪廓所形成的封閉區域平行于正投影面，且與側投影面及水平投影面成垂直關系。由此根據正平面投影特性可知，該封閉區域為正平面，其編號定為①;同理，主視圖底部八邊形圍成的封閉區域亦為正平面，其編號定為②;左視圖中，三角形圍成的封閉區域平行于側投影面，且與正投影面及水平投影面成垂直關系，由此根據側平面投影特性可知，該封閉區域為側平面，其編號定為③。

然后，把編號的三個封閉區域，分別垂直于投影面方向進行拉伸（拉伸的距離可由其他兩視圖確定）。

（2）具體方法。編號①與②的封閉區域沿正投影面法向（Y向）進行拉伸;編號③的封閉區域沿側投影面法向（X向）進行拉伸。拉伸結果如圖2所示。

最后，令三個拉伸得到的實體模型進行疊加組合，從而生成三維實體模型，結果如圖3所示。

2.切割型組合體的教學方法

切割型組合體可以理解成是某基本體經機械加工而形成的三維實體。該實體上的所有特征（如斜面、溝槽及孔洞等），都是在基本體的基礎之上通過機械切割而形成的。而機械切割的路徑方向，亦可以理解成是垂直于投影面的方向。

基于以上思路，切割型組合體的讀圖步驟做以下梳理：首先根據三視圖大體形體，確定組合體的原始基本體;然后在各投影視圖中根據平面投影基本理論，確定哪些積聚平面屬于垂直平面（垂直于該投影面），并做好相應編號，并對各視圖上的內部孤立封閉區域也進行編號;最后令編號所代表的平面及內部封閉區域，沿著垂直于該投影面的方向對原始基本體進行切割（切割深度通過其他兩個視圖信息來定），從而形成三維結構的切割型組合體。這種方法筆者稱之為切割法。

下面引入切割型組合體實例進行方法說明。

如圖4所示，為某切割型組合體的三視圖，要求學生根據此條件，識讀出三維實體結構。

（1）教學步驟。首先，根據三視圖基本形體，推測出此組合體的原始輪廓為長方體結構，所以選擇長方體作為原始基本體。然后，在三視圖上運用平面投影基本理論進行分析，得到各視圖的垂直平面以及內部孤立輪廓區域，并進行編號。

（2）具體方法。在主視圖中，左側斜線所表征的積聚平面，垂直于正投影面，且與側投影面及水平投影面成傾斜關系。由此根據正垂面投影特性可知，該積聚平面為正垂面，其編號定為①;在左視圖的中間部位，T型槽輪廓線所表征的積聚平面集合，垂直于側投影面，且與正投影面及水平投影面成傾斜關系。由此根據側垂面投影特性可知，該積聚平面集合為側垂面，其編號定為②;在俯視圖中心位置，孤立圓形封閉區域編號定為③，右端兩積聚斜線垂直于水平投影面，且與正投影面及側投影面成傾斜關系，即為正垂面，其編號定為④。

之后，根據從大到小的編號順序，對長方形基本體進行切割。

具體方法：第一步，編號為①的正垂面，沿前后方向（Y方向）把基本長方體割出一個斜角;第二步，編號為②的積聚側垂面集合，沿左右方向（X方向）把基本長方體割出一個T型槽;第三步，編號為③的中心孤立積聚圓柱面，沿上下方向（Z向）把長方體割出了一個孔;第四步，編號為④的兩個積聚鉛垂面，沿上下方向（Z向）把長方體割出兩個倒角。以上四步對應圖片如圖5所示，最終結果如圖6所示。

鑒于綜合型組合體是疊加型與切割型的復合，所以綜合型組合體的讀圖可以通過拉伸法及切割法有機結合來解決。

三、建模實踐

在生產實踐中，高效的三維電腦繪圖已經取代了傳統的手工繪圖，成為繪圖的主要手段。因此在新教法實施過程中，為了進一步拓展提高學生的空間想象與思維能力，同時也是為了印證以上教學方法的有效性，筆者將借助計算機輔助設計軟件inventor，引導學生進行建模實踐。

1.疊加型組合體建模

首先，在零件設計界面選擇XZ基準面作為草繪平面（YZ平面作為長度方向基準，XY平面作為高度方向基準），利用直線及圓弧命令分別繪制圖1所示封閉區域①②，選擇拉伸特征命令并設置拉伸深度值進行建模，得到圖2所示的效果;然后，選擇圖1所示封閉區域③所在的YZ平面作為草繪平面，繪制封閉區域，選擇拉伸特征命令并設置拉伸深度值進行建模，最后完成效果如圖3所示。

2.切割型組合體建模

首先，在零件設計界面選擇長方體命令構建原始基本體;然后，選擇XZ基準面作為草繪平面（YZ平面作為長度方向基準，XY平面作為高度方向基準），繪制圖4中編號為①的切割線草圖，采用曲面拉伸命令（貫穿切割方式）對基本體進行切割，得到圖5所示編號①的效果;之后，以YZ平面作為草繪平面，繪制圖4中編號為②的T型槽封閉區域，采用拉伸命令（貫穿切割方式）進行建模，得到圖5所示編號②的效果;最后，以XZ平面作為草繪平面，繪制圖4繪制編號③、④所代表的封閉區域及切割線，采用拉伸貫穿切割命令進行建模，最終完成效果如圖6所示。

四、小結

本文主要針對目前中職學生組合體讀圖困難的問題，結合具體實例，總結歸納出了兩種易于學生理解和掌握的教學方法，并基于inventor設計軟件，指導學生進行建模實踐。幾年以來的課堂實踐證明，此方法確實得到了學生的肯定，并取得了較好的教學效果。

在日常教學中，不斷挖掘、總結并歸納適合學生學習的教學方法是每個專業課教師的重任，只有這樣才能更好地在教學中引導學生高效率地學習。

參考文獻：

[1]人力資源和社會保障部教材辦公室.機械制圖[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2012.

[2]劉晶，陳爽.切割型組合體的讀圖思維探析[J].教育教學論壇，2017（5）.

（作者單位：濟寧市工業技師學院）