職業(yè)教育論文-淺談ＵＧ三維建模在《機(jī)械制圖》教學(xué)中的應(yīng)用.doc

職業(yè)教育論文-淺談三維建模在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用摘要：UG是由美國(guó)UGS公司開(kāi)發(fā)的CAD/CAM一體化的軟件，它具有強(qiáng)大的三維造型功能，可使復(fù)雜的建模與工程制圖工作變得簡(jiǎn)單、明了。因此，將它應(yīng)用到機(jī)械制圖教學(xué)中，非常有利于學(xué)生對(duì)空間形體的分析，可逐步培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力、空間分析能力以及對(duì)多種圖樣的繪制和閱讀能力。關(guān)鍵詞：UG；建模；空間想象能力；空間分析能力機(jī)械制圖是機(jī)械類專業(yè)重要的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，對(duì)于剛步入技工學(xué)校校門(mén)的學(xué)生而言，是一門(mén)全新的課程。由于空間概念薄弱，又缺乏必要的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生在學(xué)習(xí)上遇到的困難較多。傳統(tǒng)教學(xué)法多以模型輔助，但模型數(shù)量有限，特別是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模型更是稀缺。在截割與相貫、復(fù)雜組合體的投影這些難點(diǎn)內(nèi)容的教學(xué)中，學(xué)生反映很難理解。UG三維實(shí)體的建模功能，可在計(jì)算機(jī)上虛擬建立立體模型并附以顏色，以動(dòng)態(tài)顯示，把截交線的形成、相貫線的產(chǎn)生以及立體內(nèi)部的復(fù)雜情形表現(xiàn)得淋漓盡致。不但可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)物體的感性認(rèn)識(shí)，擴(kuò)展和培養(yǎng)學(xué)生的空間構(gòu)思能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，而且可以強(qiáng)化教師和學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力。此外，還可以為學(xué)生以后學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)輔助制造等后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。下面運(yùn)用實(shí)例討論一下UG建模的教學(xué)應(yīng)用。實(shí)例一：求正六棱柱的截交線如圖1所示，正六棱柱被水平面P和正垂面Q截切后產(chǎn)生缺口，求截割體的投影。傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程為：（1）演示六棱柱模型，選擇棱面垂直于水平面，且兩棱面為正平面位置放置。（2）將未切割的六棱柱的三投影做出。（3）在六棱柱模型上解釋切割情況，并分析：水平面上截交線的水平投影反映實(shí)形，正面投影和側(cè)面投影積聚為一條直線，正垂面上截交線的正面投影積聚為一條直線，而另外兩個(gè)投影是類似的縮小圖形。（4）在主視圖上做出切割的特征視圖。（5）在左視圖和俯視圖上利用點(diǎn)線的投影關(guān)系做出截交線的投影。圖1拉伸成的六棱柱和三棱柱傳統(tǒng)教學(xué)的缺陷與不足是：（1）由于模型不容破壞，切割只能用語(yǔ)言表達(dá)，不夠直觀。（2）學(xué)生對(duì)切割過(guò)程的認(rèn)識(shí)缺乏動(dòng)感，對(duì)培養(yǎng)和提高學(xué)生的空間想象能力顯得幫助不夠。（3）由于對(duì)切割過(guò)程認(rèn)識(shí)的不足，當(dāng)缺乏模型演示或說(shuō)明的時(shí)候，學(xué)生往往感到不知該如何分析，造成了學(xué)習(xí)上更大的困難，甚至喪失學(xué)習(xí)的信心。用UG輔助教學(xué)的過(guò)程如下：1.模型的制作：（1）在二維草圖上調(diào)用“基本曲線”命令，畫(huà)出正六邊形。（2）在三維模式下，調(diào)用“拉伸”命令拉伸成正六棱柱。（3）移動(dòng)WCS。（4）選取正六棱柱欲要挖切的平面，在二維草圖上調(diào)用“基本曲線”命令，畫(huà)出一個(gè)三角形。（5）在三維模式下，調(diào)用“拉伸”命令拉伸成三棱柱（如圖1）。（6）調(diào)用“布爾運(yùn)算”中的“差集”命令，選取三棱柱，完成帶缺口的正六棱柱（如圖2）。圖2被挖切的六棱柱2.演示設(shè)計(jì)：（1）以動(dòng)畫(huà)方式演示正六邊形拉伸為正六棱柱的過(guò)程，并設(shè)正六邊形為水平放置，則六條棱與水平面垂直，故六棱面的水平投影積聚為正六邊形。（2）以動(dòng)畫(huà)方式分別演示用水平面和正垂面切割六棱柱，觀察六棱柱的變化，如割面（棱面）出線、割線（棱線）出點(diǎn)，加深學(xué)生對(duì)物體由于切割產(chǎn)生形狀變化的認(rèn)識(shí)。（3）以動(dòng)畫(huà)方式反復(fù)演示三角形拉伸成三棱柱的過(guò)程，要求學(xué)生注意觀察切割過(guò)程，再次理解割面（棱面）出線、割線（棱線）出點(diǎn)。3.思維設(shè)計(jì)：（1）在動(dòng)畫(huà)演示切割后要求學(xué)生將該切割過(guò)程在腦中自行完成演示，如割線、割面、割體，建立形象思維。（2）出示一截割體的切割特征視圖，先初步分析，后要求學(xué)生在腦中思考切割過(guò)程并進(jìn)行描述，如割到了哪個(gè)面？哪根線？截交線的形狀如何？等等。（3）假設(shè)缺口水平向右擴(kuò)大，即六棱柱有五條棱線被切割，此時(shí)截交線形狀有何變化？要求學(xué)生在腦中自行完成切割過(guò)程并能描述，展開(kāi)認(rèn)識(shí)互動(dòng)，最后總結(jié)出切割范圍的變化必將引起截交線形狀的變化，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)截交線形狀與切割的關(guān)系。4.物體截割用UG輔助教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)：（1）動(dòng)態(tài)觀察帶缺口的正六棱柱，使學(xué)生初步了解立體截切后的形狀及各平面與投影面之間的位置關(guān)系。（2）UG能把三維建模圖形自動(dòng)生成6個(gè)基本視圖和1個(gè)軸測(cè)圖，可根據(jù)需要篩選。如圖3所示，只選用最常用的基本三視圖。（3）UG還可以把同一類型題，如求截交線問(wèn)題，可求不同物體的截交線，只需要在歷史樹(shù)上加以修改，即只需要在“草圖1”、“草圖2”上畫(huà)不同的圖形，自動(dòng)生成不同的截交體及截交線。（4）利用UG三維建模來(lái)幫助學(xué)生弄清投影圖中各圖線與立體圖表面交線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行平面與立體之間的雙向思維，逐步培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。圖3投影三視圖實(shí)例二：組合體的建模及剖析對(duì)于組合體，特別是復(fù)雜的組合體，應(yīng)用UG進(jìn)行教學(xué)更是傳統(tǒng)手段無(wú)法相比的。UG是一個(gè)參數(shù)化軟件，它的二維平面圖與三維立體圖是相互關(guān)聯(lián)的。也就是說(shuō)，如果修改三維立體圖，相應(yīng)的二維平面圖也會(huì)自動(dòng)修改；反之亦然。因此在教學(xué)時(shí)可以選用一些結(jié)構(gòu)典型的組合體為例，將立體展示給學(xué)生，然后要求學(xué)生利用課堂練習(xí)時(shí)間畫(huà)出二維平面圖。教師可以利用UG制圖模塊快速生成二維平面圖功能，公布答案。這樣教師就節(jié)約了大量板書(shū)的時(shí)間。同時(shí)在教學(xué)設(shè)計(jì)有意地對(duì)立體圖進(jìn)行修改，看看學(xué)生是否能夠舉一反三。圖4軸測(cè)圖、三視圖組合體的形狀千變?nèi)f化，而無(wú)論組合體多么復(fù)雜，都可以看成是由基本幾何體經(jīng)過(guò)切割挖切、疊加靠齊、相交和相切等方式組合而成。如圖4所示，軸承架可看成是由帶有半圓孔和矩形槽的長(zhǎng)方體底座、與底座后側(cè)面靠齊的支撐板、圓柱筒和肋板等基本幾何體組合而成。為了使學(xué)生更好地觀察組合體的形成過(guò)程，觀察并認(rèn)識(shí)組合體各組成部分間的連接關(guān)系，可利用UG對(duì)其進(jìn)行實(shí)體建模，首先將各組成部分的形狀用二維草圖做出，然后在三維狀態(tài)下通過(guò)編輯命令進(jìn)行再加工，以加速其建模工作。UG三維造型軟件不但能生成三維模型，而且還可以生成二維投影圖，通過(guò)三維與二維圖形之間的相互交替，學(xué)生可對(duì)復(fù)雜的圖形或者空間很難想象出來(lái)的部分恍然大悟，甚至對(duì)模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清楚的地方，還可以采用不同的剖切方式，從不同角度采用動(dòng)態(tài)觀察器進(jìn)行動(dòng)態(tài)觀察，把零件的內(nèi)部形狀表達(dá)得淋漓盡致。這樣，可以實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生的教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)交流，培養(yǎng)學(xué)生邊學(xué)習(xí)，邊思考，邊提出問(wèn)題的參與式學(xué)習(xí)方法，避免“滿堂灌”教學(xué)造成的學(xué)生對(duì)教師的過(guò)分依賴，使學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立思考的良好習(xí)慣，逐步提高學(xué)生的空間想象能力和空間分析能力，大大提高教與學(xué)的效率。UG輔助教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的對(duì)比如下表。隨著計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)的普及與應(yīng)用，各行各業(yè)為了提高效益會(huì)逐漸放棄傳統(tǒng)的手工儀器繪圖，而采用計(jì)算機(jī)繪圖。計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助繪圖速度快、精度高，而且繪圖質(zhì)量大大高于手工繪圖。因此，改造傳統(tǒng)的機(jī)械制圖課程教學(xué)方法與手段勢(shì)在必行。通過(guò)實(shí)踐教學(xué)表明，UG三維造型在機(jī)械制圖課中的應(yīng)用，把傳統(tǒng)教學(xué)手段和現(xiàn)代教學(xué)手段有機(jī)地融合起來(lái)，使教學(xué)的效率與效果大為提高，激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，調(diào)動(dòng)了他們學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)了他們的創(chuàng)新意識(shí)，從而使技