机械制图与三维CAD技术

摘 要：在计算机支撑的产品信息可视化背景下,使得按照机械产品的设计和创新规律,以三维实体造型功能为平台,实现三维真实感建模表达设计、制造一体化过程成为可能,并给机械制图教学提出了新的课题.

关 键 词：三维CAD二维绘图机械制图

机械制图是用图样确切表示机械的结构形状、尺寸大小、工作原理和技术要求的学科.图样由图形、符号、文字和数字等组成,是表达设计意图和制造要求以及交流经验的技术文件,常被称为工程界的语言.其优点是工程信息全面,其缺点是其表达以二维图形为主.最多附以具有三维视觉效果的二维图,使学习和使用者对工程图的理解有一定的困难.不可否认,在相当长的历史时期,它在工业生产中发挥了巨大的作用.然而,随着近些年计算机辅助设计软件三维功能和产品信息可视化技术的不断增强和扩充,使得在工程各领域直接用三维造型描述物体的结构和形状、进行创新设计成为可能.由于用三维实体描述工程对象的方式更符合人类的认知过程,因而较二维投影图更具优越性.如果从三维建模入手进行结构设计,其设计中利用计算机三维建模系统所提供的各种工具造出设计所融入机械制图的教学中,无疑将大大降低机械制图的学习难度,能尽快地把学生引进门.虽然制图教材中也适应技术发展的需要.在课程教学内容中添加了CAD术相关内容,但大多数都以二维CAD技术的形式出现,其出发点还与基于二维视图的教学模式相同,只是用计算机代替了学生的绘图笔,使用者必须对二维绘图的方法有较全面的理解和应用水平?,对学生工程模型的构建能力的培养并没有太大的作用.

一、机械制图教学体系的发展方向

目前一些企业已经将三维设计为主导的现代的产品设计和制造信息的描述应用于机械产品的设计与生产过程中,然而在教学中依然采用以“画法几何+机械制图+计算机绘图”为主线的教学内容和模式,明显地落后于设计部门和企业的产品设计对学生专业素质的要求.改革机械制图的课程体系和培养模式,是目前丞待解决的问题.机械制图课程的要从根本上转变以二维投影图为主线的教学体系,重新构建以三维表达为主、二维工程图为辅的现代工程图学教学内容新格局.

二、面向产品信息的计算机描述规划教学内容

机械产品或工程对象的描述是传统内容与新体系的共同出发点.课程改革应围绕产品的信息化描述为核心,引入三维CAD设计方法组织教学内容,将产品信息化描述的理论、方法、技术结合起来,故课程内容的选择原应本着：①以形体的计算机描述展开教学,在保证绘制和阅读机械图样基本内容的同时,注重创新设计能力的培养；②引入特征造型和参数化造型技术,强调与产品设计的联系与统一；③强调用三维建模思想分析问题解决问题,强调轴测投影和投影；④通过三维构型分析突出形象思维能力和形状的创新设计能力；⑤通过工程结构和标准培养学生工程素质和工程实践能力.

三、以机械产品三维表达为主导的教学实践

1.深入浅出的教学模式.建立三维模型库,强化三维形象思维能力

应本着“设计为主导,能力为目标”的原则组织教学.以“体”为中心展开教学,按照以形体三维表达为出发点建立多面正投影图、轴测图及图的概念,再由三维形体抽取其上的点、线、面进行投影分析,画出二维图形开展教学.机械制图是学生在大学接触到的第一门工程技术基础课,为了增加学生空间形体储备、增强形象思维能力,我们建立了基于inventor的虚拟模型库,根据授课内容运用三维造型与二维表达的关联性,统一性制作多媒体课件,将三维设计理念融入教学过程,通过实例演示三维形体与二维视图的对应关系,使学生直观理解二维图形的表达方法.

2.面向整个课程体系及工程应用的教学内容

传统的机械制图教学组织严谨,注重基础理论的完整性,但缺乏与生产实际的联系,往往使制图课等同于画图课,也就是说在专业技能的培养方面是有缺憾的,在开发学生的创新性思维方面也明显不足.而依靠目前具有三维造型功能的软件,完全可以按照产品表达的需要生成工程信息全面的三维实体图和二维工程图,而且利用三维实体向二维工程图的映射和关联,可方便地进行特征尺寸的修改与编辑,体现了图形表达与生产过程及产品设计过程的紧密联系.

3.三维“构型”能力和图形表达能力在机械制图课程中的重要地位

计算机三维可视化为从概念设计到计算机集成制造提供了信息模型,产品图形的生成过程在一定程度上反映了产品的设计过程,这一基本需要决定了三维“构型”能力和图形表达能力在机械制图课程中的重要地位.以实际生产对象为背景、产品设计过程为线索组织组合体教学,必须强调三维模型的构形方法和组合体的形体分析法.实践证明,采用三维造型的常用特征建模方式和实体结构的计算机逻辑描述（布尔运算）,进行三维复杂形体的组合和拆分的描述,对于帮助学生理解各种表达方法的综合运用及视图中各种表面关系画法非常有效.

计算机可视化技术的发展对机械制图课程改革提出了更高的要求,同时也注入了新的内涵和外延.把三维建模技术融入到机械制图教学中,注重二维视图与三维实体模型的有机结合,使机械制图课程立足于计算机图形科学的发展之上,体现了教学目的与现代设计思想的统一,使机械制图教学方法与实际结合得更加紧密,无疑对培养机械专业人才工程素质、知识结构以及创新能力具有深远意义.