CAD／CAM建模構(gòu)型方法總結(jié)與實踐

李慶達(dá)　丁俊健　丁立剛

摘要：從二維草圖繪制和三維造型兩方面建立了草圖、建模的思維體系，提出了設(shè)計基準(zhǔn)先行原則、草圖繪制與修剪、標(biāo)注尺寸與圖形檢查、操作技巧和快捷鍵應(yīng)用4種二維草圖繪制方法;歸納了疊加組合法、整體局部法、綜合構(gòu)型法3種三維建模構(gòu)型方法。通過近5年的教學(xué)培訓(xùn)實踐，以上方法有效地提高學(xué)生的繪圖建模能力，在競賽培訓(xùn)項目獲得佳績。

關(guān)鍵詞：草圖繪制;建模構(gòu)型;思維方法

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1009—9492（2021）03—0220—02

0引言

隨著裝備智造行業(yè)的蓬勃發(fā)展，CAD/CAM軟件的應(yīng)用更離不開科技創(chuàng)新。從教學(xué)培訓(xùn)實踐中分析與掌握，發(fā)現(xiàn)目前最為困擾和抽象的問題是學(xué)生對繪圖造型特性存在含糊、抽象和不清晰現(xiàn)象，從草圖繪制的設(shè)計原則、繪制和修剪、尺寸標(biāo)注、圖形檢查方面缺少方法技巧，在建模構(gòu)型的特性分析和構(gòu)型方面，目標(biāo)不清晰，缺乏分析和拆解思維能力，從而制約著學(xué)生繪圖的質(zhì)量和效率，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)制圖的過程中產(chǎn)生了消極態(tài)度，無法激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，甚至有抵觸情緒，這是目前首要解決的任務(wù)。

經(jīng)過近5年來對不同院校相應(yīng)課程的教學(xué)方法作了大量的了解和研究，基于多媒體下的機械制圖與CAD教學(xué)方法探討，基于三維CAD技術(shù)和新媒體的機械制圖教學(xué)方法探索，發(fā)現(xiàn)大部份學(xué)生普遍存在類似的問題，缺乏草繪建模的指引法則和分析方法。

因此，本文將從二維草圖繪制到三維建模構(gòu)型，提出理實一體化方法思路，并歸納出草圖繪制和建模構(gòu)型的思維方法，最后將其靈活運用，經(jīng)實踐驗證其方法的可行性和高效性。

1建模構(gòu)型的必要性

機械類學(xué)生在學(xué)習(xí)機械制圖時，既要掌握讀圖繪圖的知識，又要具備由二維圖（或等軸側(cè)視圖）轉(zhuǎn)換到三維的空間想象力。在CAD/CAM建模繪圖時，由于學(xué)生個人繪圖思維、建模方法和造型分析能力的限制，制約著學(xué)生建模構(gòu)型能力和造型質(zhì)量，并一直困擾著學(xué)生建模技能水平的提升，尤其面對較為復(fù)雜的三維模型，呈現(xiàn)出束手無策、苦思冥想、建模質(zhì)量不高的現(xiàn)象。通過分析和總結(jié)課程教學(xué)過程中存在的問題，主要有繪圖思路不明確、構(gòu)型思維混亂、建模缺乏想象力、建模構(gòu)型分析能力薄弱、反復(fù)修改效率低、建模質(zhì)量欠佳等幾大原因。因此，本文根據(jù)近五年來在CAD/CAM建模造型課程教學(xué)工作中的探索、實踐和分析，總結(jié)了一些具有實踐性和技巧性的建模構(gòu)型方法。

2構(gòu)型能力法則

從二維草圖繪制到三維造型的理實一體化實踐思路展開探索和分析，幫助學(xué)生在CAD/CAM建模構(gòu)型實踐中探索出科學(xué)奏效的解決方法，有效提高學(xué)生的繪圖建模能力。

2.1二維草圖繪圖法則

2.1.1設(shè)計基準(zhǔn)先行原則

在繪制二維圖時，先明確草圖設(shè)計基準(zhǔn)原點，草圖內(nèi)容較多或較為復(fù)雜時，在草圖原點基礎(chǔ)上縱橫方向延伸描出有關(guān)中心位置的點和線，然后依據(jù)工程圖位置標(biāo)注有關(guān)尺寸和限制條件。草圖原點位置選擇原則有：圖形以圓（弧）為主的草圖，其原點設(shè)置在圓心;圖形以不規(guī)則多邊直線型，常設(shè)在某一點（角）、線（邊）上，再根據(jù)尺寸鏈標(biāo)注關(guān)系選擇合適原點;類似對稱圖形，基準(zhǔn)原點常設(shè)置在對稱中心線上，最后依據(jù)尺寸鏈和圖形位置關(guān)系設(shè)定合適的原點位置。堅持設(shè)計基準(zhǔn)與繪圖基準(zhǔn)相統(tǒng)一的原則。

2.1.2草圖繪制與修剪

草圖繪制應(yīng)遵循由基準(zhǔn)原點出發(fā)，從內(nèi)向外延伸。如果圖形屬對稱類，順從對稱中心線某一邊展開繪制，然后根據(jù)草圖構(gòu)型補線（直線、圓、圓弧線或相關(guān)構(gòu)造線）。繪圖時盡量避免草圖出現(xiàn)嚴(yán)重變形、交錯現(xiàn)象，確保制圖的質(zhì)量，提高繪圖效率。對于草圖修剪處理，先將多余的草圖圖元刪掉，再進(jìn)行圖形修剪（或虛線化處理），最后進(jìn)行有必要的倒角或倒圓角，一般在三維建模中，能在建模后進(jìn)行倒角或倒圓角不影響其建模質(zhì)量的前提下，建議不要在草圖繪制倒角或倒圓角，可以有效提高繪圖效率。陣列（復(fù)制）內(nèi)容到最后繪制。

2.1.3標(biāo)注尺寸與圖形檢查

尺寸標(biāo)注，從基準(zhǔn)原點附近展開，先標(biāo)定圖形縱橫方向布局位置尺寸，然后由小標(biāo)到大的原則，有效減少圖形變形量，盡量標(biāo)線不標(biāo)點，避免影響繪圖質(zhì)量，尺寸盡量標(biāo)在圖形外，合理標(biāo)注，避免扎堆，減少視線干擾和審圖疲憊。檢查圖形時，要注意各圖素之間的約束關(guān)系和完全定義情況，尺寸和限制條件是否遺漏，如線形顏色不一致，可通過拖曳，觀察變形狀況，作出準(zhǔn)確補制，盡量避免過定義或特征無法成形的有關(guān)問題（存在封閉、非封閉、相交叉或多余點線等）。繪制草圖的尺寸位置標(biāo)注盡量與參照圖尺寸位置標(biāo)注相一致，方便檢查，減少遺漏尺寸，養(yǎng)成良好的繪圖習(xí)慣，提高繪圖質(zhì)量和效率。

2.1.4操作技巧和快捷鍵應(yīng)用

在平常繪圖中不難發(fā)現(xiàn)，所有的圖形都是由直線和圓（弧）構(gòu)成。繪圖時先確定（基準(zhǔn)）原點，然后構(gòu)造出其他局部位置或定位點。繪制相同尺寸線段或圓（弧）定義其相等，對于同一垂直、水平或共線的可定義，圖形繪制可采取先連接后補位置、限制條件和尺寸。要想快速提高繪圖效率，熟練掌握鼠標(biāo)和快捷鍵有機組合是必要的技能，另外巧妙運用方程式是繪圖參數(shù)化設(shè)計的關(guān)鍵，最后是平時多練習(xí)、勤思考、常總結(jié)，養(yǎng)成良好的繪圖習(xí)慣。

2.2三維建模構(gòu)型方法

在二維草圖繪圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維建構(gòu)特征形體，同樣需要注重建模構(gòu)型的思維和方法。以機械制圖為基礎(chǔ)，科學(xué)引導(dǎo)學(xué)生在遵循繪圖的職業(yè)規(guī)范、基本原則和操作方法，從不同的角度分析和構(gòu)思模型的立體形狀特征，辨別和分析所屬類型構(gòu)，弄清造型與局部的關(guān)系，可以幫助學(xué)生快速形成解決三維建模構(gòu)型思維，讓學(xué)生由理論到實踐能自主作出科學(xué)準(zhǔn)確的建模構(gòu)型方法。現(xiàn)將三維建模構(gòu)型法歸納分為疊加組合法、整體局部法和綜合構(gòu)型法3種。

2.2.1疊加組合法

疊加組合法是由多個小單元立體模塊疊加結(jié)合在一起而組成的立體模型。組合結(jié)構(gòu)的模式有類似積木式的堆積、分層式的疊加、側(cè)向式的組合等，主要以小單元立體模塊合拼疊加法為主的構(gòu)型設(shè)計方法。如圖1所示。

2.2.2整體局部法

整體局部法是從模型整體出發(fā)構(gòu)建一個立體模型，然后經(jīng)過局部多次的切割為主，獲得構(gòu)建模型。構(gòu)型思路是將模型整體設(shè)想為一個立體模塊，主要做減法運算模式，通過多次小單元（局部）模塊進(jìn)行切除和分割為主，科學(xué)合理選擇繪圖基面，靈活運用草繪、建模功能相結(jié)合，最后獲得造型的結(jié)構(gòu)。如圖2所示。

2.2.3綜合構(gòu)型法

綜合構(gòu)型法是指模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從形體上分析，既有疊加組合結(jié)構(gòu)，也有整體局部構(gòu)造，因此需要將模型整體進(jìn)行二級劃分拆解，再根據(jù)疊加組合法和整體局部法逐步構(gòu)建模塊組合體，沿著結(jié)構(gòu)特性分析，準(zhǔn)確快速從整體到局部逐一構(gòu)思，依據(jù)構(gòu)型法判斷模型類別，科學(xué)合理拆解，最后再次復(fù)合構(gòu)成模型的方法。如圖3所示。

除了靈活掌握以上3種建模構(gòu)型方法外，還需要做到5個要點：明確建模單位屬性，在建模前要弄清造型的單位、材料、精度等屬性;找準(zhǔn)模型位置方向，準(zhǔn)確找出模型原點（坐標(biāo)）位置及形態(tài)方向;快速判斷構(gòu)型方法，靈活運用構(gòu)型方法建模;巧妙運用建模功能（如拉伸、切除、旋轉(zhuǎn)、掃描等特征及其參數(shù)設(shè)置技巧）;合理劃分造型步驟，每一形體造型步驟劃分盡量不超過5步，預(yù)防步驟過多，容易遺漏或忘記細(xì)節(jié)。以工程制圖為基礎(chǔ)，結(jié)合以上的構(gòu)型法則，循序漸進(jìn)，科學(xué)練習(xí)，勤思考和多總結(jié)。

3結(jié)束語

本文從二維草圖繪制和三維造型兩方面建立了草圖、建模的思維體系，總結(jié)了CAD/CAM建模構(gòu)型方法并付諸實踐。自從將該方法融入到有關(guān)三維建模教學(xué)培訓(xùn)課程后，很好地激發(fā)了學(xué)生繪圖建模的興趣，實踐能力也明顯增強，學(xué)生的主觀能動性得到充分調(diào)動，建模的自主分析能力和創(chuàng)新思維能力也進(jìn)一步健全。在近5年教學(xué)培訓(xùn)里，培養(yǎng)學(xué)生參加CAD/CAM技能競賽，“挑戰(zhàn)杯”科技作品競賽以及申報大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目均獲得良好成果，在Solidworks CSWA（認(rèn)證助理工程師）、CSWP（認(rèn)證工程師）課程考證培訓(xùn)，學(xué)生也順利通過考核獲得相應(yīng)的認(rèn)證證書。實踐驗證，通過建模構(gòu)型方法的應(yīng)用，不僅提高了學(xué)生競技和實踐應(yīng)用的技能，還全面提升了學(xué)生的綜合素質(zhì)。