面向三維CAD/CAM技術(shù)的機械制圖教學(xué)探討

雷振嶸

摘 要：本文以機械制圖教學(xué)作為研究對象，探討面向三維CAD/CAM技術(shù)的機械制圖教學(xué)及相關(guān)問題。首先結(jié)合計算機的發(fā)展情況與教學(xué)對其進行了簡要概述；主要介紹了我國研究發(fā)三維CAD/CAM技術(shù)的必要性，分析了現(xiàn)代的cad/cam技術(shù)為當(dāng)前的設(shè)計和制造提供的三維化平臺；并以此為基礎(chǔ)，討論了計算機——繪圖工具和思維工具，以及三維建模思路構(gòu)建；提出了針對性的教學(xué)實踐探索方面的問題。

關(guān)鍵詞：三維CAD/CAM技術(shù)；機械制圖；教學(xué)

在我國，諸多高校雖然開設(shè)了三維機械制圖課程，到目前為止，由于其版本更新、技術(shù)豐富多樣化，加之理論教學(xué)與實踐教學(xué)結(jié)合的緊密度還有待提高，因此，應(yīng)該對機械CAD/CAM基礎(chǔ)課程教學(xué)方面的問題加大研究與討論，從而找到在新環(huán)境下的適應(yīng)因素，使其功能作用得到最大化發(fā)揮。

一、現(xiàn)代的cad/cam技術(shù)為當(dāng)前的設(shè)計和制造提供了三維化的平臺

在設(shè)計制造領(lǐng)域，傳統(tǒng)設(shè)計平臺以二維為主，目前，通過對CAD/CAM技術(shù)的引入與應(yīng)用，實現(xiàn)了由二維到三維的轉(zhuǎn)變，有利于提高產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新水準(zhǔn)；另一方面，在此技術(shù)應(yīng)用之下，設(shè)計產(chǎn)品時采用立體結(jié)構(gòu)，圖紙反映也非常清晰，能夠?qū)崿F(xiàn)后續(xù)的持續(xù)性觀察與修改，因而，直觀性更強、形象更為清晰、呈現(xiàn)方式更為簡單，能夠滿足設(shè)計者的各方面要求，以某馬達三視圖為例，其個體的制作如下圖1所示。

二、計算機——繪圖工具和思維工具

從三維CAD/CAM設(shè)計系統(tǒng)來看，包括技術(shù)、操作員、計算機軟硬件三個部分，其中主導(dǎo)者是操作員，通過對該技術(shù)在計算機上的應(yīng)用實現(xiàn)設(shè)計意圖；從功能看，計算機屬于電子工具，是實現(xiàn)設(shè)計的一個平臺，三維技術(shù)屬于操作系統(tǒng)或界面，只需操作員對其設(shè)計意圖有一個清晰的構(gòu)思，通過對CAD/CAM軟件應(yīng)用方法的熟練掌握與應(yīng)用，就可以實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計。與二維技術(shù)相比，三維技術(shù)在設(shè)計環(huán)境上是一個較大的突破，而且，它不僅僅是作用繪圖工具，更為有效的是，它對操作員或者設(shè)計師的思維進行了極大的擴展與延伸，設(shè)計者可以透過這個立體的三維虛擬空間實現(xiàn)各種意圖的具體表達，而且，能夠?qū)⑵涓鼮楦呒壍年U釋為對設(shè)計師頭腦意象設(shè)計的具體呈現(xiàn)，它的要素是大小、形狀，但是透過一系列的工具應(yīng)用，可以增加材料的各種屬性。在現(xiàn)代化的設(shè)計理念中，三維CAD/CAM技術(shù)在機械制圖教學(xué)中可謂意義深遠，它更好的讓學(xué)生的主體性得到了突顯，能夠讓學(xué)生的真正具有創(chuàng)意的設(shè)計得到完整表達。

三、三維建模思路構(gòu)建

1、構(gòu)建思路

思路決定出路，三維CAD/CAM技術(shù)的發(fā)明、發(fā)展、廣泛應(yīng)用，提升了人類在設(shè)計過程中的思考能力，尤其是思維擴展與實現(xiàn)方面有了具體的表達；關(guān)于三維建模思路的構(gòu)建實際上與機械制圖教學(xué)要密切關(guān)聯(lián)起來；具體來看，就是行進行三視圖、組合體方面的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，然后再透過對物的幾何要素如點、直線、平面、立體、投影變換的認(rèn)知分析，以及通過軸測圖、組合體截切、相貫、徒手繪圖練習(xí)，加上各種連接件、表示法，以及評估來實現(xiàn)全面的三維建模教學(xué)。

2、實例舉要

以實際中的數(shù)控車床加工中對于三維圖設(shè)計方面的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用為例，先模擬數(shù)控車床（CYNC-400P型）、FANUC Oi–TB數(shù)控系統(tǒng)，對蝸桿加工路徑加以明確；蝸桿正確加工路徑敘述如下：一是車刀沿齒槽中心車一刀，二是同一深度下，沿齒槽左、右兩側(cè)各一刀，加工順序為中、左、右，三是重復(fù)這一操作過程，其加工圖制作如下圖1所示。

通過優(yōu)勢分析，如從加工方法看，車刀進刀時的加工余量小，而且較均勻，切削時較為平衡，刀具受力較少，而且振動小，齒面表面質(zhì)量好、可以有效保證加工精度。具體來講，在齒槽中心向左、右兩側(cè)偏置距離會根據(jù)進給深度的增加而減少。用公式表達，可以將偏置距離設(shè)為a，進給深度設(shè)為t，則其數(shù)學(xué)關(guān)系的表達式可以用公式a=ttan20°.在此，需要用到上面所說的宏程序，而且應(yīng)該把切削深度當(dāng)作主變量、將齒槽中心向左右兩側(cè)的偏置距離設(shè)置為隨變量，當(dāng)賦予變量一定數(shù)值時，即可發(fā)現(xiàn)，在齒槽中心向左、右兩側(cè)偏置距離會根據(jù)進給深度的增加而減少這個基本的規(guī)律。當(dāng)結(jié)合多頭螺紋車削循環(huán)指令G32時，可以編制完整程序，自動完成整個蝸桿的加工。比如，設(shè)置程序O001，為粗加工齒槽，可設(shè)置數(shù)據(jù)，導(dǎo)程（61.5mm），深度步距（0.1mm），單邊留量（0.25mm）。程序O002，為精加工齒槽兩側(cè)面，可設(shè)置深度步距（0.2mm），左側(cè)導(dǎo)程（60.319mm），右側(cè)導(dǎo)程（62.832mm），距左端面45毫米部位測量結(jié)果表明，齒厚為6.5毫米，上為0毫米，下為負(fù)的0.1毫米（用齒厚卡具測量）。刀具尺寸選擇，精車刀40°，刀尖寬度2.2毫米；粗車刀為39.5°，刀尖寬度2.2毫米。根據(jù)這些數(shù)據(jù)即可進行具體的程序編制，最終通過三維模式清晰、直觀的呈現(xiàn)出來，透過編程完成整個實踐工藝。

結(jié)束語

總之，三維CAD/CAM技術(shù)專業(yè)性強，應(yīng)用性也強，因此，在教學(xué)方面，應(yīng)該注重時代精神，與時俱進地把握好當(dāng)下社會對人才需求的各項標(biāo)準(zhǔn)，注重對于學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，應(yīng)該將理論教學(xué)與實踐教學(xué)相結(jié)合，從創(chuàng)新的角度去培養(yǎng)學(xué)生，使其創(chuàng)造能力、創(chuàng)新思維、主觀能動性得到一定的訓(xùn)練，從而提高整體教學(xué)質(zhì)量，應(yīng)該在各環(huán)節(jié)上注重整體與局部關(guān)系的處理，建立起良好的評估體系，從而使該課程的教學(xué)能夠在新環(huán)境下取得較好的效果。

參考文獻

[1]曾文瑜.CAD/CAM課程項目教學(xué)改革探討[J].昆明冶金高等?？茖W(xué)校學(xué)報，2016（5）.

[2]祁衛(wèi)華，夏軍英.CAD/CAM/CAE.課程教學(xué)改革探討[J].成都教育學(xué)院學(xué)報，2015（8）.