UG建模技術在《機械制圖》中的應用

《機械制圖》旨在培養學生的空間想象能力，讓學生能夠正確識讀零件的三視圖并具備一定的繪圖能力，工程圖是工程領域科技工作人員表達和交流設計思想、設計過程和設計結果的重要工具，因此，工程圖被譽為工程領域的“技術語言”。傳統《機械制圖》的教學過程是從抽象到具體，首先介紹正投影法的基本理論，然后介紹點、線、面的投影，后再講解基本體與組合體的投影。傳統教學往往側重于知識之間的內在聯系，強調知識體系的系統性，忽視了學生的認知規律，由于職業院校的學生空間想象能力較差，學生剛接觸該課程就覺得學習難度大，從而產生畏難情緒，以至于喪失學習興趣。傳統的教學方式通常是采用一邊講解一邊繪圖練習，運用教學模型、教學掛圖等教具，通過繪制三維圖形等方式來幫助學生理解機件的形狀與結構，這種教學方法效率低，課堂信息量少，這一教學模式不適應現代職業教育發展的需要。同時，數字化制造與信息技術的快速發展也為《機械制圖》的教學提出了更高的要求。UG 等三維CAD 技術給傳統的《機械制圖》教學提出了新的挑戰，同時，也為《機械制圖》教學提供了新的方法與手段。
1 UG 建模及特征分析
運用UG 軟件通過拉伸、旋轉等命令，建立三維模型，幫助學生建立空間“體”的概念。在UG 建模過程中可以結合《機械制圖》的基本體與組合體教學內容進行講解。在UG 建模之前采用形體分析法引導學生對三維模型進行分析，將組合體分解成若干個基本體，并分析各個基本體之間的位置關系和組合形式。根據對三維模型的分析結果確定采用疊加法還是采用切割法，或者綜合采用疊加法與切割法來建模；接下來，對每個基本體進行特征建模，分析每個基本體的外形尺寸，建模時可以通過修改外形尺寸，來觀察基本體大小的變化，從而引導學生分析定形尺寸對物體大小的影響。在后續基本體的繪制過程中，不但要確定基本體的外形尺寸（定形尺寸），還要確定基本體的位置尺寸（定位尺寸），同樣可以通過改變位置尺寸的大小，來觀察位置尺寸的變化對物體結構的影響，加深學生對定位尺寸的理解（如圖1 所示）。同時UG 軟件的三維模型和投視圖之間的尺寸是相互關聯的，這樣便于對幾何模型進行修改，在修改設計方案的時候，對三維模型的任何一個尺寸進行更改，二維視圖都會自動進行更新，這樣可以引導學生進行參數化設計。
在基本體建模完成以后，通過對基本體進行并集或差集形成組合體，在并集或差集過程中，組合體會自動產生相貫線及截交線，由此可以引導學生學習相貫線、截交線的形成過程及相貫線、截交線的特性。后對三維模型進行檢查，運用縮放功能來觀察模型局部細小結構，運用動態觀察功能觀看模型的立體結構。

圖1 組合體建模                                                            圖2 實體上面的投影
2 組合體的三視圖
UG 軟件可以在建模模塊與制圖模塊之間快速切換，可以實現三維圖與二維圖之間的快速轉換，運用這一特性引導學生學習三維實體與三視圖之間的投影關系，有助于培養學生的空間想象能力與三視圖的識讀能力。例如，在組合體建模完成之后，可以進入制圖模塊，生成組合體的三視圖與軸測圖，在三視圖的布局過程中講解三視圖的投影規律，保證“長對正、高平齊、寬相等”。接下來再進入UG 建模模塊，選擇組合體中的一個基本特征，然后再進入制圖模塊分析該基本特征的三視圖，選擇部分的三視圖顯示為橙色，引導學生分析局部特征的三視圖。
可以引導學生觀察立體的某一個表面，分析該平面的位置特征，然后在三視圖中找到該平面對應的投影，由學生總結出這種位置平面的投影特性（如圖2 所示），后提煉出正平面、側平面、鉛垂面等各種位置平面的投影特性。通過對每一個局部特征進行三視圖分析，可以一步步演示組合體三視圖的繪制過程，這樣將復雜的組合體進行分解、簡化，降低學生的學習難度。點、線、面的投影是教學中的難點，要求學生具有較強的空間想象能力，可以對三維模型的的點、線、面進行分析，引導學生學習點、線、面的投影特性。幫助學生將立體表面上的點、線、面的空間位置與三視圖中點、線、面的投影對應起來。也可以利用UG 軟件提供的top、front 和left 視圖方向來進行觀察，通過選擇不同的投影視圖引導學生進行觀察，這樣可以幫助學生更好的掌握點、線、面的投影關系。利用UG 三維實體建模與工程制圖轉換的形式進行教學，可以讓學生掌握三維實體與視圖之間的轉換方法，培養學生CAD繪圖基本技能。將抽象的投影關系形象化、可視化，這樣不僅降低了學習難度，同時可以激發學生的學習興趣，通過對大量的實體模型進行講解、訓練，強化學生“三維一二維一三維”的思維轉換能力，可以培養學生的空間想象能力，提高學生的做圖速度和識圖能力。
3 結束語
將UG 特征建模技術引入《機械制圖》課程教學當中，學生可以身臨其境地感受零件的建模過程，讓教學過程更加形象、直觀，學生更容易接納，能夠更好的培養學生的空間想象能力，激發學生的學習興趣。通過對三維模型幾何特征的分析，將復雜的組合體進行分解、簡化，降低學生的學習難度。可以根據教學的需要利用UG 軟件建立零部件模型庫，可以方便學生自主學習，開拓學生的視野。同時，可以節省教學模型的購買，減少教學經費投入。