指導(dǎo)高職高專學(xué)生利用UG軟件進(jìn)行《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》的探索

[摘 要] 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的一個(gè)重要的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，它是工科院校機(jī)械類專業(yè)學(xué)生進(jìn)行的第一次較全面、較系統(tǒng)、 工程設(shè)計(jì)性很強(qiáng)的綜合性設(shè)計(jì)訓(xùn)練。 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和教學(xué)要求對(duì)高職高專生源而言教學(xué)效果并不理想。將現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法運(yùn)用到課程設(shè)計(jì)中來，利用機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)科和現(xiàn)代軟件設(shè)計(jì)學(xué)科的相互交叉與融合，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)過程、設(shè)計(jì)成果成績(jī)?cè)u(píng)定的方式等方面進(jìn)行教學(xué)改革和探索。文章為提高課程設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量和方法，對(duì)培養(yǎng)符合時(shí)代發(fā)展需求的應(yīng)用型人才做有益探索。

[關(guān)鍵詞] 課程設(shè)計(jì)；三維模型設(shè)計(jì)；UG軟件

[作者簡(jiǎn)介] 梁永江，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程講師，工學(xué)碩士，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造教學(xué)和設(shè)計(jì)，廣西 柳州，545006

[中圖分類號(hào)] G42 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1007-7723（2013）03-0079-0002

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》是高職院校機(jī)械專業(yè)設(shè)置的一項(xiàng)實(shí)訓(xùn)環(huán)節(jié)，是學(xué)生首次運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及其他先修課程的理論知識(shí)解決工程實(shí)際問題的實(shí)踐。通過課程設(shè)計(jì)，學(xué)生可初步掌握簡(jiǎn)單機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)方法和步驟，可以了解機(jī)械設(shè)計(jì)的一般程序，熟悉和掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基本方法及步驟，學(xué)會(huì)查找和運(yùn)用有關(guān)技術(shù)信息及資料，逐步培養(yǎng)創(chuàng)造性思維能力和增強(qiáng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的工程設(shè)計(jì)能力。

一、高職高專機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

目前，高職院校機(jī)械類及近機(jī)械類專業(yè)課程設(shè)計(jì)一般采用減速器為設(shè)計(jì)對(duì)象，設(shè)計(jì)題目一般為單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括電動(dòng)機(jī)選型、傳動(dòng)方案選擇、v帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核、減速器箱體設(shè)計(jì)、螺栓連接選型、鍵連接選型、潤(rùn)滑方式設(shè)計(jì)、附件設(shè)計(jì)等。設(shè)計(jì)的工作量為減速器裝配圖一張、齒輪和軸類零件工作圖各一張、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份。以往的教學(xué)方式也一直沿用傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法：計(jì)算、查資料、圖板或Autocad繪圖。整個(gè)過程要求學(xué)生思路清晰，基礎(chǔ)知識(shí)尤其是二維制圖讀圖基本功扎實(shí)，但由于高職高專的學(xué)生理論基礎(chǔ)與綜合能力相對(duì)較薄弱，設(shè)計(jì)計(jì)算、分析、繪圖能力相對(duì)較差，很多學(xué)生在繪圖的過程當(dāng)中對(duì)基本的三視圖關(guān)系解讀困難，在工程制圖時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)中零部件內(nèi)容，裝配關(guān)系不了解，導(dǎo)致信心不足及后面的胡編亂造、抄襲、敷衍了事，達(dá)不到課程設(shè)計(jì)的最終目的。

二、在課程設(shè)計(jì)中使用三維設(shè)計(jì)軟件的可行性和必要性

隨著CAD/CAM 技術(shù)的飛速發(fā)展和日益普及，基于三維模型的設(shè)計(jì)已日益發(fā)展和成熟，高職高專近機(jī)類的專業(yè)，在開設(shè)機(jī)械設(shè)計(jì)課程及計(jì)算機(jī)輔助繪圖的同時(shí)，也開設(shè)了三維軟件如Pro/E、UG、Catia等課程。筆者多年來從事機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及三維設(shè)計(jì)軟件教學(xué)，從多年的教學(xué)反饋來看，由于基于三維模型的設(shè)計(jì)相對(duì)直觀，解決了令很大一部分學(xué)生讀圖識(shí)圖的困難，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣很高。從教學(xué)的效果來看，學(xué)生用三維軟件進(jìn)行課程設(shè)計(jì)是完全可行的。但由于課程設(shè)置和學(xué)時(shí)編排困難等原因造成機(jī)械設(shè)計(jì)與三維設(shè)計(jì)軟件課程的教學(xué)始終沒有有效地結(jié)合起來。一方面，學(xué)生在做課程設(shè)計(jì)時(shí)普遍感覺抽象，很多學(xué)生感覺困難甚至放棄，從而出現(xiàn)設(shè)計(jì)抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，教學(xué)效果甚微的情況。另一方面，學(xué)生學(xué)完三維軟件后也沒有有效地加以實(shí)踐。因此，應(yīng)將三維軟件應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)的課程設(shè)計(jì)甚至是后期的畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以在很大程度上提高高職高專學(xué)生對(duì)課程設(shè)計(jì)的積極性，實(shí)現(xiàn)課程設(shè)計(jì)的最終目的，也能將三維設(shè)計(jì)軟件有效應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)，培養(yǎng)出能適應(yīng)CAD/CAM 技術(shù)的飛速發(fā)展、適應(yīng)企業(yè)新技術(shù)快速發(fā)展的高技能人才。

三、UG軟件為機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)提供的功能

（一）三維實(shí)體建模與修改

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)邊計(jì)算、邊修改、邊畫圖的三邊設(shè)計(jì)過程，畫圖與計(jì)算修改是互相補(bǔ)充，交叉進(jìn)行的，一些零件的尺寸可以通過經(jīng)驗(yàn)公式獲得，但有一些零件的尺寸則需要通過畫圖、即裝配后根據(jù)結(jié)構(gòu)才能確定。如減速器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，因?yàn)橄潴w中大部分尺寸的確定都是和其他零件尤其是軸系零件安裝定位的整體設(shè)計(jì)要求相關(guān)聯(lián)的，很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤卻難以發(fā)現(xiàn)的情況，發(fā)現(xiàn)后修改也相當(dāng)困難，有時(shí)甚至需要重新畫圖。

UG軟件的裝配建模是用于產(chǎn)品的模擬裝配，支持“由底向上”和“由頂向下”的裝配方法。即在裝配過程中可以直接建立和編緝組件，一邊裝配一邊建立組件，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問題并進(jìn)行修改，所有修改直接反映到組件部件文件；也可以獨(dú)立創(chuàng)建單個(gè)組件部件，然后添加到裝配體中，一旦對(duì)組件部件進(jìn)行了修改，所有引用該組件的裝配體自動(dòng)更新。這就為機(jī)械設(shè)計(jì)的邊畫圖邊修改的交叉進(jìn)行提供了技術(shù)便利。

（二）裝配與拆裝動(dòng)畫

UG軟件的裝配爆炸圖能將裝配體中的組件沿指定的方向和距離偏離原來的實(shí)際裝配位置，用來表達(dá)裝配體中各組件的裝配關(guān)系。此外，UG軟件提供的裝配序列可以使用戶控制一個(gè)裝配體的裝配和拆卸順序，并可以創(chuàng)建動(dòng)畫模擬組件的安裝和拆卸過程。教師可以在指導(dǎo)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中應(yīng)用裝配爆炸圖對(duì)減速器箱體中的零件裝配關(guān)系進(jìn)行很輕松的講解，學(xué)生做完設(shè)計(jì)后也可以對(duì)成果進(jìn)行裝配演示，極大程度改變了傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)中學(xué)生不理解，教師不知如何教的現(xiàn)狀。

（三）出具裝配及零件的二維工程圖

課程設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是在裝配圖的繪制上，學(xué)生由于空間與平面的思維轉(zhuǎn)換能力不足，不管是手工繪圖還是Autocad繪圖，常出現(xiàn)讀圖制圖困難的情況。而UG軟件的二維工程圖紙可以由三維模型自動(dòng)生成，且圖紙嚴(yán)格地與三維模型相關(guān)，設(shè)計(jì)的三維模型有修改會(huì)及時(shí)反映到二維工程圖中，輔助學(xué)生進(jìn)行三維與二維之間的轉(zhuǎn)換，從而也鞏固和提高了學(xué)生的二維平面圖的讀圖制圖能力。

四、運(yùn)用UG軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的實(shí)施辦法和建議

教師在課程設(shè)計(jì)中所起的作用主要是引導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，教會(huì)學(xué)生查資料的方法，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力及與其他小組成員協(xié)同合作的能力。減速器的零件設(shè)計(jì)中，很多零件是標(biāo)準(zhǔn)件，教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用設(shè)計(jì)軟件的外掛建立如螺栓螺母齒輪的三維模型，以減輕學(xué)生建立零件的負(fù)擔(dān)，從而將更多的精力放在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)最終要以一定的設(shè)計(jì)結(jié)果表現(xiàn)出來，傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)要求學(xué)生最終上交的設(shè)計(jì)結(jié)果材料包括設(shè)計(jì)說明書、一張減速器裝配圖和若干張零件圖，設(shè)計(jì)成績(jī)的評(píng)定多數(shù)是以只看圖紙的方式，而運(yùn)用UG軟件輔助進(jìn)行的課程設(shè)計(jì)最大的弊端與多數(shù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助繪圖一樣，很容易發(fā)生學(xué)生之間互相抄襲的現(xiàn)象。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行分組，每組學(xué)生給定不同的數(shù)據(jù)。此外，設(shè)計(jì)成績(jī)的評(píng)定方式，采用成果匯報(bào)及答辯、平時(shí)設(shè)計(jì)表現(xiàn)相結(jié)合的方式。答辯過程中師生間的相互交流是教師評(píng)定設(shè)計(jì)質(zhì)量高低最有效的手段。通過答辯老師能夠發(fā)現(xiàn)總結(jié)設(shè)計(jì)過程中所存在的問題，同時(shí)也是學(xué)生自我檢驗(yàn)的最有效的方式，通過答辯鍛煉了學(xué)生的語言組織和表達(dá)能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生宏觀地看待問題的能力和總結(jié)能力。

五、結(jié) 語

在CAD/CAM技術(shù)迅猛發(fā)展的形勢(shì)下，高職高專的機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)方式也要相應(yīng)地進(jìn)行改革與創(chuàng)新，在課程設(shè)計(jì)中運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步開闊學(xué)生工程設(shè)計(jì)思路，提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)水平與設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力，能夠很大程度地激發(fā)高職高專學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)的興趣，全方位提高機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)出真正意義上的高技能技術(shù)人才。

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