UG軟件在《機械制圖與CAD繪圖》課程中的應用

黃瑾之

(廣西現代職業技術學院 廣西河池 547000)

本學期，我主要給20級的學生講授《機械制圖與CAD繪圖》這門課，該班均為普高班學生，他們喜歡學習，善于合作，能夠對問題進行思考并需求解決方法。隨著教學內容的加深，學生們表示聽不懂，無法想出實體模型的形狀、內部結構，單靠圖片、軟件上課，我口頭表述，也只是對牛彈琴。我也曾利用橡皮泥、紙盒等工具制作模型輔助教學，但模型的制作速度慢，需求大，模型小且不易觀察，此方法是治標不治本。經反復思考與實踐，我發現，將UG應用于《機械制圖與CAD繪圖》中，可以現場建模，快速出圖，解決了教學的一大難題。

一、UG NX軟件的介紹

UG是一款集CAD/CAE/CAM于一體的三維軟件，具有建模、仿真、工程圖、加工等模塊[1]，可以完成產品設計、性能分析以及數控編程過程。建模模塊可以利用草圖建立三維模型，制圖模塊可實現三維圖與二維圖的轉換，直接生成剖視圖、局部視圖、基本視圖等，學生可以直面觀察二維圖線條來自于三維圖哪個部位。仿真模塊可對數控加工過程進行模擬仿真，實現自動編程。裝配模塊可進行零部件的裝配，建立爆炸圖，逐一觀察各個零部件[2]。

二、《機械制圖與CAD繪圖》課程的現狀

（一）教學資源單一，模型的制作耗時耗力

現代教學中，多數教師采用信息化教學方式，利用PPT、微視頻、實物等輔助教學，但PPT中的圖形多數為靜止，不利于學生從多方面、多角度觀察零件，而從各種素材庫中找到的微視頻也并不完全符合教學的要求。教學無模型，教師上課無實物，指導學生學習很費力。這就需要教師課后花更多的時間制作模型，或者把制作模型的任務作為課后作業，交代學生完成，這需要花費大量的時間、精力。同時，模型太小、數目少也不利于學生觀察學習，教材更新換代較快，圖形也各有差異，制作模型永遠是治標不治本[3]。

（二）學生的掌握能力不同，教學進度緩慢

該班學生均為普高生，高中學生之前尚未接觸此類課程，一開始接觸本門課程，學生表示出較大的興趣，也較快地掌握了CAD的基本操作，能夠繪制平面圖形，隨著教學內容的加深，學生出現了極大的兩極分化現象：一些學生繪圖速度快，準確度高，一些學生繪圖錯誤率高，如：不知相貫的兩個體是哪個？無法想象基本體截斷后截斷面的形狀。教師為了保證大多數人都可以理解知識點，就會降低教學進度。

三、UG在《機械制圖與CAD繪圖》課程中的應用

（一）UG在繪制截斷體上的作用

《機械制圖與CAD繪圖》常常要根據正投影作圖原理和方法繪制出基本體、截斷體、相貫體等圖形的三視圖。繪制簡單基本體時，多數學生可以依據圖形、空間想象能力畫出三視圖，如繪制圓柱的三視圖，我可以利用水杯等實物作為模型引導學生畫圖。而繪制截斷體時，利用UG可以實現舉一反三的效果。如圖1正六棱柱被一個正垂面所截，畫出其截斷體的三視圖。用UG建模，找出截平面與立體表面的交點，找出交點的投影同時區分各點投影的可見性，依次連接各點，即可畫出截斷面的三視圖。UG中，切換到草圖模式，修改正多邊形的邊為5，即可變成課堂習題，讓學生繪制正五棱柱被一個正垂面截斷后的三視圖，如圖2。

圖1

圖2

（二）UG在繪制組合體上的作用

組合體主要分為疊加式、切割式、綜合式，繪制三視圖，往往采用形體分析法和線面分析法。形體分析法即假想將組合體分解成若干個簡單的形體，再分析其組合方式、表面連接方式等[4]，如形體間表面連接方式是否存在相切或者相錯的情況。這對于基礎較差、空間思維能力不強的學生而言難度較大，也會喪失學生對學習的積極性。UG中，可以建立模型，通過旋轉、平移、隱藏的形式讓學生多角度、多方位觀察圖形，依據圖形想象出物體的主視圖、俯視圖、左視圖等，知道應該用什么線形畫圖，知道如何利用“長對正、寬相等、高平齊”原理作圖。如圖3，在繪制軸承座的三視圖時，利用隱藏功能分別顯示支承板、底板、圓筒、助板，或者只顯示相連的兩個部件，實現對組合體的分解，便于觀察其表面連接方式、相對位置關系。

圖3

（三）UG在繪制剖視圖上的應用

對于內部結構比較復雜的零件，我們通常采用剖視圖的方式繪圖。想象力較弱的學生，無法想象出將物體剖開后，哪些線型該改為虛線，哪些線型無需再繪出。沒有實物或者相應的視頻作為輔助，課堂教學難于上青天。UG的截面模式就可以將物體剖開，自動隱藏處在觀察者和剖切面之間的部分，學生可以直面觀察物體剖開后的狀態，區分出從視圖變成剖視圖后線型的變化。

四、基于UG的《機械制圖與CAD繪圖》教學效果

（一）課堂教學效果好，學生學習興趣提高

用UG制作虛擬模型，節省了手工做模型的時間，也能提高大家的建模能力。課堂上，在講解組合體的繪制時，教師使用UG建好模型，將模型從主視、俯視、左視三個方位擺放觀察，講解“長對正、寬相等、高平齊”的三等關系，說明哪條線是模型中的哪部分，并讓學生對照模型一條線一條線畫出三視圖；在講解部件的表面連接方式時，可對模型進行拆分，講解模型的組成部分，觀察各個部件的表面連接方式，從而得出部件相切、相交、相鄰時二維圖的畫法，也可利用UG的制圖模塊畫出組合體的三視圖，刺激學生感官。課堂中還可以隨時補充、減少模型，使模型貼近課堂教學，有了模型，學生的認識、分析、記憶能力明顯增強，有了模型的渲染，學生的配合，課堂氛圍好轉[5]。

（二）避免了填鴨式的課堂教學模式

未將UG運用于制圖課前，由于模型的缺乏，教師只能根據現有的模型教學，教師教什么，學生一味地學什么，而忽略了自己本身對知識的思考，只會機械地接受知識、記憶知識、做題、畫圖，當遇到不同的圖形時，多數學生往往不會舉一反三，缺少應用知識、解決問題的能力。UG的使用，可以讓學生觀察不同模型，引發自身的思考，培養獨立思考、解決問題的能力，避免了填鴨式的理論知識教學講解，防止出現學生學習興趣不高、缺乏學習主動性的現象。

（三）模型的多樣性增加了課程教學資源

優秀的課件可以提高課堂效果，活躍課堂氛圍，增強學生對知識的理解能力。用UG制作的教學模型，可以多次循環使用，可以修改某個尺寸重新生成模型，或者稍微改變草圖、改變部件的連接方式、組合方式就可以得到不一樣的模型，模型的使用率高，靈活性強，利用模型的多樣性還可以制作不同的習題，豐富課堂習題，模型的多樣性豐富了教學資源，也為教學資源庫的建設提供便利。

五、應該注意的問題

（一）模型的擺放問題

UG中，模型的擺放位置不同，利用制圖模塊生成的三視圖也會不同。建立模型前，應先觀察題中模型的擺放位置。如圖4（a），讓學生畫出開槽六棱柱的三視圖，觀察圖形，可以發現，六棱柱有兩個側面與正面平行，開槽的方向亦與正面平行，根據制圖模塊生成的三視圖如圖4（b），此為該題的正確答案。現將六棱柱旋轉一定的角度放置，如圖5（a），其生成的三視圖如圖5（b）。可以明顯看出，同一尺寸的模型擺放位置不同其三視圖不同。教師授課時如不能依據題目準確建模，便會影響學生的判斷。

圖4

圖5

（二）三視圖的視角問題

三視圖的形成主要是利用正投影的方法來實現，由投射線經過三維實體，在水平面、正平面、側平面得到二維圖形，實現“三等關系”。在我國，我們主要利用第一視角得到三視圖，而在國際間的技術交流中，常常會遇到第三視角畫法的圖紙。UG的制圖模塊，提供了第一視角、第三視角來獲得三視圖，如圖6，視角不同，三視圖亦不同。

圖6

六、結束語

將UG應用于《機械制圖與CAD繪圖》這門課，激發了學生的求知欲，提高了課堂氛圍，學生變得愛學、會學、會思考、會舉一反三。兩種軟件的結合也對老師有了新的要求，教師既要熟悉制圖課的理論知識，熟悉Auto CAD軟件的操作，也要熟練應用UG NX軟件，這樣才能更好地將UG NX軟件應用于實際教學中，為課堂教學添磚添瓦。