基于3D技術的高職機械制圖與CAD課程測繪實訓實施與研究

趙明俠

摘要：繪制工程圖樣是機械類專業學生從事相關專業的基本技能，本文分析了高職機械制圖與CAD課程測繪實訓所存在的問題，從測繪內容、實施過程、考核、課外訓練等幾個方面進行思考，提出基于3D技術的切實可行的實施方法，以提高測繪實訓的教學效果以及學生的CAD設計能力。

關鍵詞：3D技術;機械制圖;測繪;3D打印

0? 引言

《機械制圖與CAD》是高職機械、機電類專業的專業基礎課，主要培養學生的空間想象能力及繪制和閱讀工程圖樣的能力。隨著課改的進行專業基礎課的課時不斷減少，雖然課程的重點內容還是“讀圖”和“繪圖”，但是很多同學在學完課程后還是看不懂圖紙，面對復雜一些的零部件在進行測繪時不知如何正確選擇視圖表達方式，實際應用能力較差，而零部件測繪作為《機械制圖與CAD》課程的實踐環節，一般以一周或者兩周集中實訓的形式進行，它是課程理論與實際應用緊密結合的訓練過程，于學生提高讀圖及作圖能力、培養良好工作習慣有很大的幫助，是提高學生動手能力的重要環節，也是企業是推廣先進技術、進行設備改進的重要途徑，是工程技術人員的必備技能之一。

傳統的課程測繪主要還是沿著本科教學的模式，只是將測繪的難度降低了一些，但是高職學生的學生自主性較差，在測繪中往往是一部分學習好的學生先做完其他的學生的圖紙都是照抄的，實際達到的效果并不理想，而且學生往往認為自己只要在測繪結束時按量交上圖紙就能過關，忽視測繪過程，使得測繪實踐周紀律松散周，課堂管理的難度加大。另外隨著計算機技術的發展，三維CAD繪圖技術的應用已經越來越廣泛，將三維CAD技術融入機械制圖教學，利用三維立體圖和二維平面圖之間的轉換，能夠幫助學生快速、深刻理解立體空間向平面的轉化過程，為傳統的制圖技術帶來了新的活力。因此我們在實踐教學過程中在測繪的教學內容、教學形式以及考核方式上進行改革，以保證課程的實際教學效果達到要求。

1? 測繪教學內容重構

目前一般的機械制圖與CAD測繪往往在課程結束后安排一周的集中實踐時間，時間短，內容單一，比例不足，學生在測繪實踐過程中無法體驗學習內容與崗位緊密關聯，測繪實踐達不到預期效果。針對這一問題我們要對課程內容進行結構調整，除了一周的集中實訓外要將測繪技術貫穿在課程教學中，對內容重新設計，讓學生在尺寸標注、視圖表達方式選擇、測繪工具使用、公差技術應用等難點問題上逐一突破，并能綜合應用。按照平面圖形-組合體-典型零件-裝配零部件這四塊由簡到難的模塊，將測繪實踐內容融入其中。在平面圖形中我們設計的內容有：墊片、機床手柄、鉤頭楔鍵，組合體中有：頂尖、墊塊、閥芯，典型零件中有：傳動軸、撥叉、端蓋、閥體，裝配體中有：齒輪油泵、千斤頂。通過課程教學中各個小的項目測繪讓學生掌握測繪的方法和手段，在集中實訓周中利用綜合性較高的項目——減速器的測繪對相對分散的內容進行加強和系統訓練。

2? 測繪實施過程

2.1 強調零件拆卸和徒手繪制草圖的重要性

在實施測繪時我們需要將學生分成小組一同完成測繪任務。在零部件拆卸前要讓學生通過觀察實體、學習相關視頻講解，了解其結構、工作原理和性能，在拆卸過程了解哪些是標準件和常用件、零件之間的連接關系以及裝配順序等。測繪時要讓學生掌握鋼尺、千分尺、游標卡尺、螺距規、扳手、螺絲刀等測量工具和拆裝工具的正確使用方法以及明確拆卸的規范化。測繪模型拆卸完后，我們按照“先重要后次要”的順序對零件進行尺寸測量、出草圖。在這個環節中一定要讓學生徒手繪圖，在制圖課程的教學過程中我們往往注重于學生的尺規作圖能力，忽視了徒手繪圖的環節，因此很多學生在測繪時也習慣用尺規來作圖，但是徒手快速繪制草圖，不僅僅可以提高出圖率，也是制圖的基本功。

2.2 應用3D技術進行三維建模及裝配

三維造型設計的基本思想是進行參數化以及變量化設計。利用參數化及變量化設計使得結構尺寸的可以隨著零件的設計而自動修改，在裝配設計中可以建立裝配體中各個零部件之間的特征形狀和尺寸之間的關系，在其中一個零部件的形狀和尺寸發生變化時，與其相關的零部件的結構與尺寸也隨之改變。這樣在設計過程中就可以減少大量的重復勞動，減輕工作量。完成草圖繪制后，我們可以利用UG、solidworks、中望3D等三維建模軟件進行零件建模和裝配。在建模過程中通過對零件的逐步造型設計，會加深學生對各種零件類型的劃分以及表達方式的確定，建模過程也是對前面零件測繪結果檢查過程，如果在測繪時出現漏標尺寸以及基準選擇不合理等問題，那么建模的時候都會出現困難，這就迫使學生自覺去檢查草圖的準確性，加強尺寸標注等難點問題的掌握。在進行模型組裝時，各小組成員要將自己完成的部分進行匯總，這時就會出現有的配合部分的尺寸由于不同的成員測量時尺寸不準確而無法裝配的情況，學生會對自己的測繪結果進行再次檢查，通過這個過程讓學生明白嚴謹、認真的工作態度的重要性。

2.3 利用二維CAD軟件完善工程圖

在三維建模軟件中我們可以根據不同模型的視圖表達要求將建立好的零件模型和部件裝配體直接導成工程圖并進行相應的標注，但如果生成相應的零件圖與裝配圖比較復雜，直接導成工程圖后有些細節需要重新修改，這時我們就可以利用AutoCAD等二維繪圖軟件對圖紙進行細節修改并完善相應的尺寸標注、技術要求等。使用二維繪圖軟件主要是讓學生熟練掌握軟件的繪圖方法并強調繪圖的規范性和標準性。

2.4 引入3D打印技術，增強創意性

在測繪實訓中通過零部件測繪、手繪草圖、三維建模等環節訓練，培養學生綜合應用制圖技術和計算機輔助設計的能力，在此基礎上可以引導學生發散思維，對現有的零部件進行創新設計，并利用3D打印機將設計結果快速展現出來，讓學生體會到設計和創造的樂趣，提高學生的學習興趣和測繪實踐效果。

3? 改革測繪考核方式

測繪教學過程以學生為主體，需要學生自己動手完成相應的任務，因此考核要以過程考核為主，重在考查學生在完成工作任務過程中表現出來的能力。測繪成績在原有以上交圖紙的數量及質量為主要依據的基礎上，增大學生完成項目的過程和結果的評價。教學評價的主要內容和權重如表1。

4? 以技能競賽為載體，提高學生學習興趣。

三維建模和CAD設計技能的提高的需要大量的訓練，把測繪課、課外實踐相結合，為學生提供訓練場地讓其自主安排時間完成一定量的訓練，不僅可以提高學習效果，還可以豐富學生的課余生活。另外為促進全國中高職院校教育教學改革創新，搭建一個集比賽、培訓、認證、教研于一體的競技與交流平臺，全國職業院校的技能大賽進行的如火如荼，而機械制造類的技能競賽有“工業產品造型設計與快速成型”、“三維數字化建模與加工”、“大學生機械制圖與3D建模技術”、“機械設計創新大賽”等項目，從這些技能競賽的內容來看，主要考察學生的三維CAD技術和創新能力，而高職機械專業的課程設置一般是將CAD/CAM課程單獨設置且安排靠后，等學生學了這門課程后也該定崗實習了，學生技能的掌握和大賽脫節，因此將機械制圖課程與三維CAD技術結合不但能提高課程的學習效果，也能使學生有更多的參加各種比賽的機會和能力。我們在課外成立“三維數字化產品造型設計”特訓隊，利用課余時間對學生進行技能訓練，鼓勵學生積極參與“3D打印創意大賽”、“大學生工程制圖及3D建模”等各類比賽以提高學生的綜合素質和應用知識的能力，將技能競賽融入理論和實踐教學中，調動學生學習積極性，同時選拔部分學生參與教師的課題研究及產品設計加工等社會服務，培養學生創造性的思維，增加學生就業競爭核心能力。

參考文獻：

[1]張憶雯.“機械制圖”課程項目化教學中學生測繪技能的培養探析[J].職教通訊，2015（36）：48.

[2]蘇金英，高小慶.機械制圖測繪課程“四位一體”的教學改革研究[J].裝備制造技術，2018（11）：234-237.

[3]趙軍，商躍進，張慧.機械制圖測繪課程教學改革與卓越工程師能力培養[J].中國農機化學報，2016，39（1）：277-280.

[4]許萍.對機械制圖與CAD和測繪課程整合教學的思考[J].無錫職業技術學院學報，2012，11（4）：40-42.