機(jī)械制圖與CATIA實驗教學(xué)整合探究

劉倩宏

【摘 要】本文介紹機(jī)械制圖與CATIA實驗教學(xué)的應(yīng)用，將二者的教學(xué)有機(jī)整合在一起進(jìn)行探究，將理論與實踐相結(jié)合，不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容，還激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械制圖；CATIA；教學(xué)整合

1 機(jī)械制圖與CATIA軟件介紹

機(jī)械制圖是用圖樣確切表示機(jī)械的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、工作原理和技術(shù)要求的學(xué)科。圖樣由圖形、符號、文字和數(shù)字等組成，是表達(dá)設(shè)計意圖和制造要求以及交流經(jīng)驗的技術(shù)文件，常被稱為工程界的語言。另外機(jī)械制圖也是工科高等院校機(jī)械類及相關(guān)專業(yè)開設(shè)的一門基礎(chǔ)必修課程之一。

CATIA是法國達(dá)索公司創(chuàng)造的CAD/CAM繪圖軟件。它包含了機(jī)械產(chǎn)品制造的整個過程，可以通過建模幫助制造廠商設(shè)計他們未來的產(chǎn)品，并通過具體的設(shè)計、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計流程，不僅縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，還提高設(shè)計質(zhì)量，從而降低開發(fā)經(jīng)費。目前在很多領(lǐng)域都有應(yīng)用，如航空、航天、機(jī)械、電子、汽車、船舶、電器等。

2 機(jī)械制圖與CATIA實驗教學(xué)現(xiàn)狀

機(jī)械制圖與CATIA實驗是兩門相對獨立的課程，機(jī)械制圖是專業(yè)基礎(chǔ)理論課，一般在大一為機(jī)械專業(yè)學(xué)生開設(shè)，這門課的教學(xué)任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生快速讀取與繪制機(jī)械圖紙的能力、分析與講解簡單三維建模實體的能力及對產(chǎn)品裝配體和部件位置關(guān)系的邏輯思維和空間想象的能力。在常規(guī)的機(jī)械制圖理論教學(xué)中，教師需要使用多媒體課件、教學(xué)實物模型邊演示邊教學(xué)，來幫助學(xué)生理解所學(xué)內(nèi)容。整節(jié)課程中缺乏師生互動，甚至有些學(xué)生因為枯燥乏味而玩手機(jī)或者睡覺，難以集中精力聽課學(xué)習(xí)，更無法建立空間思維達(dá)到課堂教學(xué)應(yīng)有的目的。

CATIA實驗教學(xué)，開設(shè)的時間在大三，該實驗課依托于機(jī)械CAD/CAM理論課而開設(shè)的。從表面看，這兩門課是相對獨立的，分別由不同的教師講授，且開課的時間相隔一年，以至于把兩門關(guān)系密切的課程分割開來，其教學(xué)效果不甚理想。要想改變這一現(xiàn)狀，關(guān)鍵在于課程的整合，在理論教學(xué)的同時加入實踐元素，將二者有效結(jié)合。

3 機(jī)械制圖教學(xué)與CATIA實驗教學(xué)的整合

教師在機(jī)械制圖課堂上除了運用模型演示，還可以在多媒體上安裝CATIA軟件，并在課堂教學(xué)中逐步滲入三維建模的理念，引導(dǎo)學(xué)生把虛擬實體通過三維模式多角度、多方位展示出來。另外在機(jī)械制圖理論教學(xué)中增加對CATIA實驗的學(xué)習(xí)，其零件設(shè)計功能、產(chǎn)品裝配功能、運動仿真功能，能幫助學(xué)生快速地熟識三維空間形體，不僅豐富了教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。

增加CATIA實驗的好處：

（1）學(xué)生在學(xué)習(xí)CATIA軟件并熟練運用命令圖標(biāo)后，就可自行在課后學(xué)習(xí)，同時在操作使用的過程中，通過課堂知識學(xué)習(xí)與實驗中創(chuàng)建不同的三維實體來增強對制圖知識的理解和運用，使理論和實驗相輔相成，為今后制作工程文件打下良好的基礎(chǔ)。

（2）對于大一學(xué)生來說，CATIA軟件中學(xué)習(xí)零件設(shè)計模塊、產(chǎn)品設(shè)計及工程圖模塊是非常有用的，這些模塊可將二維視圖通過拉伸的方式生成實體進(jìn)行三維建模，同時還可將三維實體通過生成工程圖的方式獲得我們所需的多個二維視圖，學(xué)習(xí)者能直觀地看到二維平面和三維實體的相互轉(zhuǎn)換過程，對提高課程學(xué)習(xí)效果起很大的作用。

（3）CATIA軟件中有部件裝配和曲線曲面設(shè)計的功能，學(xué)生可以自行創(chuàng)新，設(shè)計出不同的產(chǎn)品，提高機(jī)械制圖的學(xué)習(xí)興趣。

4 CATIA軟件在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 零件的三維建模

機(jī)械制圖這門課程需要建立一定的抽象思維，而對于剛?cè)腴T的大一學(xué)生來說，這種思維的建立就會比較困難，常規(guī)教學(xué)方法都是教師上課帶著很多制圖模型，邊演示邊講解，以此來幫助學(xué)生學(xué)習(xí)理解，但模型教學(xué)有些死板，學(xué)生容易注意力不集中，如果借助三維軟件輔助講解，學(xué)生就會很感興趣。

CATIA軟件是以草圖為基礎(chǔ)，建立基本的特征，以修飾特征的方式創(chuàng)建形體。`這些特征命令有的是增加材料，如拉伸、旋轉(zhuǎn)體、加強筋等，有的是從已有的材料中去除部分材料，如挖槽、打孔等。還可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修飾和形體的變換，如倒圓角、切角、平移、對稱、鏡像等這些命令能夠快速地創(chuàng)建三維實體，也就是零件。同時通過對零件的放大、縮小、翻轉(zhuǎn)等演示，增強學(xué)生從二維到三維空間轉(zhuǎn)換的意識，強化對課本知識的理解。

4.2 部件裝配

部件裝配是CATIA最基本的、也是區(qū)別于其他繪圖軟件使其處于領(lǐng)先地位的功能模塊。具有新建裝配體、將特定裝配部件或多個零件裝配到裝配體內(nèi)、制定每個部件之間的裝配關(guān)系等主要功能。產(chǎn)品（裝配體）是由不同的零件按一定的順序組裝而成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其裝配圖也很難讀懂，如結(jié)合CATIA的知識可提高教學(xué)效果。

CATIA有創(chuàng)建部件、改變部件的位置及創(chuàng)建約束的功能，通過改變部件的位置，對每個零件進(jìn)行智能移動、面與面重合、面與面接觸、兩個平面偏移、兩表面角度約束等功能，按照裝配圖的裝配順序和部件之間的位置關(guān)系進(jìn)行裝配，同時也可運用分解命令將裝配體分解，使學(xué)生有更深刻的理解。

4.3 生成工程圖

根據(jù)已經(jīng)建好的三維模型，CATIA軟件可以將創(chuàng)建的三維形體映射為二維的各種視圖，可對圖形進(jìn)行尺寸標(biāo)注、公差標(biāo)注，可填加表面粗糙度符號、焊接符號等，還可在右下角添加零件編號、標(biāo)題欄、文本注釋及明細(xì)表，保存特有的圖形文件。這樣生成的工程圖可以幫助大一學(xué)生盡快理解三維建模與二維工程圖的相互變換，也可檢測自己所畫視圖是否正確。

5 結(jié)論

在機(jī)械制圖理論課程的教學(xué)中，引入CATIA三維繪圖軟件的實驗教學(xué)，將二者有效的整合在一起，不但可以豐富課堂內(nèi)容，活躍教學(xué)氣氛，而且對理論知識的理解也有很大的幫助，為今后人才的培養(yǎng)提供便利。

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