將三維建模融入機(jī)械測(cè)繪實(shí)習(xí)教學(xué)模式的研究與探索

溫寶琴 馬春暉 袁昌富 彭霞

[摘? ? ? ? ? ?要]? 指出了機(jī)械零部件測(cè)繪實(shí)習(xí)包含的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，制訂了將三維建模融入測(cè)繪實(shí)習(xí)的教學(xué)安排，通過(guò)實(shí)例闡述將三維建模融入機(jī)械零部件測(cè)繪的教學(xué)模式，將三維建模融入機(jī)械測(cè)繪實(shí)習(xí)提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? 機(jī)械測(cè)繪實(shí)習(xí);三維建模;教學(xué)模式

[中圖分類號(hào)]? G642? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號(hào)]? 2096-0603（2021）15-0096-02

機(jī)械測(cè)繪實(shí)習(xí)是以工程實(shí)踐為基礎(chǔ)，以實(shí)際產(chǎn)品的測(cè)繪和改進(jìn)設(shè)計(jì)為主線，應(yīng)用機(jī)械制圖基本知識(shí)學(xué)習(xí)零部件測(cè)繪，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)零部件的實(shí)踐能力和工程意識(shí)。這一環(huán)節(jié)可以使學(xué)生在圖示能力、手工繪圖能力、測(cè)繪能力、改進(jìn)設(shè)計(jì)能力、查閱技術(shù)文獻(xiàn)能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力等方面受到一次綜合訓(xùn)練，為后續(xù)課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的測(cè)繪模式只是單方面地提高了圖形表達(dá)技能，因其尺規(guī)繪圖速度慢、圖面質(zhì)量差，不便修改，不能與CAD技術(shù)充分結(jié)合，不能滿足對(duì)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求。隨著三維技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用的日益普及，將三維幾何建模引入教學(xué)是工程圖學(xué)學(xué)科發(fā)展的必然趨勢(shì)[1]，清華大學(xué)童秉樞教授把工程圖學(xué)中引入三維幾何建模的方式分為融合式和分段式，將引入后的教學(xué)模式分為主線式、分段式和獨(dú)立式，林清夫?qū)θN教學(xué)模式進(jìn)行了進(jìn)一步的比較和分析，并指出三種模式都存在一定的優(yōu)勢(shì)和不足[2]，并歸納了各自的特點(diǎn)，但是這些均是在理論教學(xué)中的應(yīng)用，對(duì)機(jī)械測(cè)繪實(shí)習(xí)的教學(xué)中引入三維建模還未曾提及，筆者在近幾年的教學(xué)中嘗試將三維建模引入機(jī)械測(cè)繪實(shí)習(xí)中，既鍛煉學(xué)生的徒手、尺規(guī)繪圖能力，又提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)繪圖能力，從三維建模結(jié)合實(shí)際模型理解工程實(shí)踐中機(jī)械零部件的設(shè)計(jì)加工，提高學(xué)生的設(shè)計(jì)繪圖能力，提高教學(xué)質(zhì)量。

一、機(jī)械零部件測(cè)繪包含的實(shí)質(zhì)內(nèi)容

機(jī)械零部件測(cè)繪包含的實(shí)質(zhì)內(nèi)容為：測(cè)、修、補(bǔ)、改，具體如下：

（一）測(cè)

測(cè)量機(jī)械零部件需要測(cè)量的尺寸。

（二）修

主要是尺寸、材料及機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)的修改，具體如下：

1.尺寸的修改：由于測(cè)量會(huì)產(chǎn)生誤差，所以在測(cè)量零件結(jié)構(gòu)尺寸后，需要將尺寸進(jìn)行修改。例如測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸要查閱手冊(cè)選用標(biāo)準(zhǔn)零件的尺寸。

2.材料的修改：由于測(cè)繪的模型主要是用于學(xué)生的測(cè)繪，而不是應(yīng)用到真正的機(jī)械工程實(shí)踐中，測(cè)繪模型的材料基本都是一致的，對(duì)于工程實(shí)踐中的材料需要根據(jù)要求查閱手冊(cè)，根據(jù)零件的功能選用相應(yīng)的材料。

3.結(jié)構(gòu)的修改：由于測(cè)繪模型的作用僅僅是鍛煉學(xué)生的測(cè)繪能力，而不是應(yīng)用于工程實(shí)踐，有些模型對(duì)一些標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，致使所測(cè)模型并不是真正用于實(shí)踐中的模型，與工程實(shí)際存在差距，例如一些螺栓連接的孔應(yīng)制作為沉孔，而測(cè)繪模型中僅僅是光孔，對(duì)這些結(jié)構(gòu)需要在測(cè)繪過(guò)程中進(jìn)行改進(jìn)。

（三）補(bǔ)

由于測(cè)繪模型的常年使用，致使模型中一些零部件丟失或是損壞要進(jìn)行補(bǔ)充，例如一些螺栓螺釘?shù)葮?biāo)準(zhǔn)件的丟失、一些墊圈、墊片缺損等。

（四）改

對(duì)模型中的不合理結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。由于教學(xué)用的測(cè)繪模型不是用于實(shí)際生產(chǎn)中，有些模型的生產(chǎn)技術(shù)要求降低，致使一些零件結(jié)構(gòu)不合理，例如：減速器箱體底面應(yīng)略有傾斜，而模型中是水平的;游標(biāo)連接處的標(biāo)尺孔傾斜角度大致使標(biāo)尺取出與安裝與吊耳碰撞;一些模型中未設(shè)置通氣器等，這些不合理的結(jié)構(gòu)需要在測(cè)繪時(shí)進(jìn)行修改。

二、將三維建模融入機(jī)械零部件測(cè)繪教學(xué)安排

隨著三維技術(shù)的發(fā)展，我們制定了將三維建模引入機(jī)械測(cè)繪的教學(xué)安排，如下表所示。

三、以減速器為例進(jìn)行分階段測(cè)繪

（一）拆卸零部件

本階段讓學(xué)生圍繞以下問(wèn)題進(jìn)行拆卸了解減速器及其各零部件，學(xué)會(huì)查閱手冊(cè)：

1.簡(jiǎn)述減速器及各部件的工作原理。

2.模型中哪些部件或結(jié)構(gòu)是不合理的？如何改進(jìn)？

3.減速器的哪些部位需要密封？采用什么樣的密封方式？

4.減速器的哪些部位是加工面？主要目的是什么？

5.減速器軸系部分是如何防止零件軸向竄動(dòng)的？如何定位的？

6.減速器是如何實(shí)現(xiàn)和確保零部件實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑的？

7.減速器哪些零件之間存在公差配合？

8.減速器內(nèi)污油是依靠哪些結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)完全排盡的？

9.減速器箱體和箱蓋上的各結(jié)構(gòu)主要功用是什么？

10.減速器內(nèi)油面高度是如何判斷的？

當(dāng)學(xué)生把上述問(wèn)題回答了時(shí)，已經(jīng)是查閱了手冊(cè)，對(duì)減速器的結(jié)構(gòu)功用有大致的了解，然后再進(jìn)行下一階段。

（二）繪制裝配示意圖

本階段是要求學(xué)生掌握裝配示意圖的繪制方法，明確裝配示意圖中零件名稱、種類、數(shù)量，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

1.裝配示意圖表達(dá)的核心是零件之間的連接關(guān)系，不考慮零件中的細(xì)部結(jié)構(gòu)，如：零件中的孔、鑄造圓角、過(guò)渡線等。

2.相接觸的零件不能按“接觸面一條線”的方法繪制，必須稍留間隙。

3.將零件當(dāng)做透明體，用規(guī)定畫(huà)法和簡(jiǎn)化畫(huà)法繪制。

4.盡可能表達(dá)在一個(gè)視圖中，如果一個(gè)視圖不能表達(dá)清楚可補(bǔ)充其他視圖。

5.可進(jìn)行徒手、尺規(guī)和計(jì)算機(jī)繪制裝配示意圖，不需要按照模型真實(shí)尺寸繪制，但比例要協(xié)調(diào)，按正投影繪制，相對(duì)位置、大小準(zhǔn)確。

6.繪制裝配示意圖時(shí)，請(qǐng)留好編寫(xiě)零件序號(hào)的位置，且零件序號(hào)編號(hào)要按照順時(shí)針或逆時(shí)針的順序編號(hào)，先注寫(xiě)零件名稱，最后填寫(xiě)序號(hào)。

7.繪制裝配示意圖的順序：先繪制軸系—齒輪嚙合—外部輪廓。

（三）繪制零件草圖

本階段可用傳統(tǒng)的授課方法進(jìn)行講解，鍛煉學(xué)生的徒手繪圖能力。

（四）零件測(cè)繪

本階段主要要求學(xué)生掌握各種測(cè)繪儀器和測(cè)繪方法;掌握尺寸協(xié)調(diào)的方法;掌握特殊零件（齒輪、螺紋等）的測(cè)繪方法;學(xué)會(huì)判斷零件的表面粗糙度;初步學(xué)會(huì)判斷零件重要結(jié)構(gòu)的公差配合類型;初步掌握零件的結(jié)構(gòu)修配、補(bǔ)充和簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。

（五）繪制三維模型

根據(jù)所繪制零件草圖繪制工程實(shí)踐中的三維模型，這個(gè)過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)根據(jù)所測(cè)尺寸繪制的三維模型會(huì)出現(xiàn)干涉，主要是因?yàn)闇y(cè)量的誤差所致，要求修改草圖的尺寸標(biāo)注干涉檢查無(wú)誤。

（六）繪制裝配圖

根據(jù)學(xué)生計(jì)算機(jī)繪圖水平的不同進(jìn)行不同繪圖方式選擇繪制，可計(jì)算機(jī)繪圖，也可尺規(guī)繪制。

（七）繪制零件圖

根據(jù)裝配圖中要求的結(jié)構(gòu)繪制零件圖，繪制方式也可以自由選擇。

（八）折圖、撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告

四、問(wèn)卷調(diào)查

通過(guò)近幾年在測(cè)繪實(shí)習(xí)中引入三維建模的教學(xué)改革，對(duì)我院機(jī)械類學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，調(diào)查時(shí)間為2019年9月，總?cè)藬?shù)共計(jì)57人，調(diào)查人數(shù)為55人，調(diào)查率為96.5%，調(diào)查結(jié)果顯示：70.2%的學(xué)生對(duì)三維設(shè)計(jì)非常感興趣，67.5%認(rèn)為將三維建模引入機(jī)械測(cè)繪實(shí)習(xí)對(duì)自己的空間想象力有所提高，64.86%的學(xué)生認(rèn)為將三維建模引入機(jī)械測(cè)繪實(shí)習(xí)對(duì)理解機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)有幫助，78.13%的學(xué)生認(rèn)為將三維建模引入機(jī)械測(cè)繪實(shí)習(xí)對(duì)自己的計(jì)算機(jī)水平有提高。

五、結(jié)論及建議

對(duì)將三維建模引入機(jī)械測(cè)繪實(shí)習(xí)可以鍛煉學(xué)生對(duì)了解真實(shí)的機(jī)械零件結(jié)構(gòu)有很大幫助，提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力。機(jī)械類學(xué)生在大一就參與到大學(xué)隊(duì)挑戰(zhàn)杯活動(dòng)中，獲得了全國(guó)二等獎(jiǎng)的成績(jī)。但是在問(wèn)卷調(diào)查中也存在以下問(wèn)題：

（一）測(cè)繪時(shí)間不集中

目前機(jī)械測(cè)繪安排在學(xué)生上課期間，沒(méi)有集中的一段時(shí)間，致使學(xué)生思考時(shí)間、查閱時(shí)間、教師指導(dǎo)時(shí)間、繪制時(shí)間總是斷斷續(xù)續(xù)。

（二）計(jì)算機(jī)繪圖偶有抄襲現(xiàn)象

由于學(xué)生的計(jì)算機(jī)繪圖能力不盡相同，致使在選擇繪圖方式時(shí)，會(huì)有學(xué)生采用計(jì)算機(jī)繪圖，偶有抄襲現(xiàn)象，所以教師可對(duì)學(xué)生選擇繪圖方式時(shí)適時(shí)把握，計(jì)算機(jī)繪圖能力差的學(xué)生可建議尺規(guī)繪圖。

（三）本教學(xué)改革必須是學(xué)生在已經(jīng)學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)繪圖后才能采用

我院農(nóng)機(jī)專業(yè)學(xué)生把計(jì)算機(jī)繪圖安排在大一第二學(xué)期，機(jī)械測(cè)繪是在計(jì)算機(jī)繪圖課程上完后開(kāi)展，正好是對(duì)計(jì)算機(jī)繪圖能力再次提高的時(shí)機(jī)，也是將計(jì)算機(jī)繪圖應(yīng)用于工程實(shí)踐的時(shí)機(jī)，有助于提高教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]李兵，周詠翎.工程圖學(xué)課程信息化改革的探討[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2008（1）：133-136.

[2]王靜，劉煬，孟冠軍，等.融合式引入三維幾何建模的教學(xué)研究與實(shí)踐[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào)，2011，32（6）：66-70.

◎編輯 魯翠紅