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三维几何建模在《机械制图》教学中的应用

范文

刘静

摘要：针对机械制图教学中存在的一些问题，阐述了三维几何建模技术作为辅助教学工具的优势，可有效的帮助学生解决教学中的读图问题，提高空间思维能力。

关键词：机械制图;三维几何建模;空间思维

1 三维几何建模的应用现状

通过建立正确的模型来描述和表现事物的各种属性，是现代科学探索事物本身发展、运行规律的一个普遍而且重要的方法。不论是在应用领域还是在科学领域，对整个世界进行三维建模研究，都是一个不断兴起的领域。三维建模技术在机械行业的广泛应用，根本性地改变了产品设计、工艺以及生产装配乃至维修等环节，在机械类教学中，国内部分高校早在上个世纪90年代中期开始酝酿图学改革方案并在90 年代末期引入三维几何建模的教学实践和探索，少数高校已形成了以三维为核心的现代工程设计图学新教学体系。目前，国内各高校已经纷纷开展了引入三维几何建模的图学教学，由于每个学校的情况不同，采用的模式也不同。

2 常用三维建模技术介绍

2.1 AutoCAD

AutoCAD是Autodesk公司的主导产品，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。

2.2 Autodesk ?Inventor

Inventor是由美国Autodesk公司于1999年发行的一种基于特征的实体造型系统。经过多年的发展，已经成为一种包含最新技术的基于特征的参数化实体造型软件。

2.3 Pro/E

Pro/Engineer（简称Pro/E）是美国PTC公司研制的一套由设计至生产的机械自动化软件，广泛应用于汽车、航空航天、消费电子、模具、玩具、工业设计和机械制造等行业。

3 传统制图教学方法的优缺点分析

传统的工程制图教学是指利用三角板、圆规、挂图、实物模型等组织教学，主要的优点是教学示范性强，教学图例都是教师在课前、课间或者在课堂上利用三角板、圆规一笔一画作出来的，因此会给学生留下很深刻的印象，并且便于学生模仿作图，而且在作图过程中所体现出来的工程素养也能对学生起到潜移默化的作用。

但是，在现代科技知识不断发展的背景之下，传统的机械制图教学的弱点也变得越来越凸显，主要体现在以下两个方面：一是课堂信息量小，效率低。教师在黑板上用尺规画图非常费时间，一堂课下来，只能做出非常有限的几个图例，效率低下，而现代教学需要教师借助现代信息手段在有限的时间内传授更多的信息知识，这种矛盾在少学时机械制图教学中更为突出。二是表现形式单一，有些复杂的模型难以制造，且费时费力，成本较高。

4 三维几何建模的教学实践

4.1 CAD三维建模

读组合体视图这部分内容是机械制图教学的重点和难点，题型多为补画第三视图和漏线。教师在讲授这部分内容时常采用形体分析法和线面分析法，一边讲解一边对照实物模型进行分析，这时就要求学生必须充分掌握线面的投影特性和基本几何体的投影特征，并且能够积极思考、充分想象，在头脑中形成空间点、线、面的立体场景，才能综合起来想清楚组合体的整体形状和各部分相互的连接关系。而绝大多数的同学做不到这一点，如果没有实物形体的对照，就很难画出正确的平面视图。借助CAD进行建模，不管形体多复杂，数量有多少，都能方便、迅速地进行制作。

例如，根据已知三视图（图中a、c），应用三维建模，实体建模。使学生对读图时虚实线的变化有了更清晰的理解，降低了学习难度，增强了读图能力和空间思维。

4.2 Pro/E参数化建模

Pro/E是功能强大的三维设计软件，用参数化设计，是基于特征的实体建模系统，可以任意勾画草图，容易改变模型。在授课过程中，首先利用Pro/E三维造型系统建立三维实体，再把三维实体直接插入到二维的工程图纸中，自动生成二维视图，然后讲解投影规律，起到了事半功倍的效果。引入Pro/E目的不仅在辅助制图，而在于辅助思维，提高構形、图形分析、图形的二、三维空间转换能力。

将实体建模融入到制图教学中，由过去的借助“静态”挂图、模型讲解变为三维“动态”演示教学，能使学生实时观察到模型实体的各个侧面及内腔，观察到空间形体的形成过程。这种直观的教学方式，有利于学生培养构型思维、空间想象能力。

参考文献

[1]王宗彦，冯敬华，暴建岗.从三维设计出发改革传统机械制图教学[J].华北工学院学报，2004（2）：70-72.

[2]童秉枢，等.工程图学中引入三维几何建模的情况综述与思考[J].工程图学学报，2005，26（6）：150-155.

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