探討機(jī)械制圖與機(jī)械CAD的有效結(jié)合

張巖

摘 要：隨著時間的推移，電腦科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)的機(jī)械制圖方法越來越被先進(jìn)的CAD繪圖程序所取代。為適應(yīng)這種社會發(fā)展，高等院校機(jī)械類專業(yè)的本科生都需要掌握機(jī)械CAD繪圖技術(shù)，從而使機(jī)械制圖同CAD技術(shù)加以有機(jī)融合，并充分發(fā)揮其綜合優(yōu)點，以適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械多樣化的發(fā)展需要。因此本文將首先探討機(jī)械制圖和機(jī)械CAD技術(shù)之間的相互關(guān)系，歸納二者融合的主要含義，并分別總結(jié)實現(xiàn)二者有機(jī)融合的主要措施，從而進(jìn)一步地應(yīng)用于工程機(jī)械行業(yè)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制圖 機(jī)械CAD 有效結(jié)合 分析

所謂機(jī)器作圖，即用圖樣來具體說明機(jī)器的構(gòu)造形式、規(guī)格尺寸以及工作原理等，主要組成元件是圖像、符號、文本和數(shù)值等，強(qiáng)調(diào)動手制圖。繪畫所需資料有文件、圖版，用具有標(biāo)尺、鉛筆和圓規(guī)等。CAD就是計算機(jī)輔助設(shè)置。機(jī)械設(shè)備工程技術(shù)CAD是一種綜合性的機(jī)械制圖應(yīng)用軟件，主要進(jìn)行繪圖設(shè)計數(shù)據(jù)處理和三維模型，由于其簡便性和實用價值而在機(jī)械類工程設(shè)計中普遍使用。而究其實質(zhì)，機(jī)械設(shè)備工程技術(shù)CAD是機(jī)械設(shè)備制圖技術(shù)的深入發(fā)展，其基石仍然是機(jī)械設(shè)備制圖技術(shù)。在高等學(xué)校機(jī)械類學(xué)科專業(yè)教育中，兩者的有機(jī)融合有效地提高了教學(xué)質(zhì)量。

1 教學(xué)現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，不少高校將《機(jī)械制圖》與《CAD》當(dāng)成兩個單獨(dú)的課題來開展課程，就是加在一起在而具體的授課流程也彼此分別講授，制圖教識圖知識，CAD教制圖功能。這樣將兩個有關(guān)聯(lián)的課題割裂分開，既增加了教學(xué)時間，還沒有更好的教學(xué)方法。同時，有些學(xué)者還關(guān)注到了這么幾個方面，著重提出了一條新名詞：教學(xué)的整體性。即打破教學(xué)的系統(tǒng)化、專業(yè)化，突出實用性、夠用的理念，降低學(xué)生的知識壓力，增強(qiáng)實效性[1]。這個課題提出的很好、很及時。現(xiàn)在科研院校的主要對象是在第一線的中、高等科學(xué)技術(shù)人員，任務(wù)就是要在有限的時候?qū)W會更多的實用技術(shù)。所以在機(jī)械制圖的CAD課程實踐中，必須以訓(xùn)練學(xué)習(xí)者的識圖技能和空間想象技能為首，以制圖為手段的課程目標(biāo)。以往的教育實驗中，有兩個時期學(xué)生講了兩堂課：先是用相對大量的學(xué)時講機(jī)械制圖識圖，然后再用相對小的學(xué)時講CAD的基礎(chǔ)制圖，但這樣的教學(xué)效果往往是教員說的多，而學(xué)生畫的少，導(dǎo)致了現(xiàn)在的學(xué)生基本識圖技能欠缺，甚至CAD畫圖都是抄的。大多數(shù)的學(xué)子過去上班的第一份工是企業(yè)第一線運(yùn)維工，條件是會看圖、會繪制草圖，在對一些優(yōu)秀校友提出較高需求做制圖設(shè)計時，也需要了解畫圖技能才能夠作制圖工作，所以需要把識圖與繪畫一起加強(qiáng)到課程中[2]。

2 機(jī)械工程制圖和機(jī)械工程CAD的概述及二者關(guān)聯(lián)

2.1 機(jī)械制圖與機(jī)械CAD的概述

所謂的機(jī)械制圖，就是指運(yùn)用制圖軟件畫出立體結(jié)構(gòu)的圖樣，以正確地顯示出機(jī)器結(jié)構(gòu)的外形、特征、形狀及其作用機(jī)理，和生產(chǎn)、制造、使用等活動中的技術(shù)參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)有關(guān)的一種任務(wù)。它將采用最精確的形狀設(shè)計，以不同的符號及標(biāo)注文字、參數(shù)和數(shù)字說明方式來表達(dá)圖樣設(shè)計者的工藝需求，而只要根據(jù)圖樣設(shè)計并按照不同參數(shù)加以精細(xì)處理，就能夠獲得合格的產(chǎn)品成品[3]。

CAD畫圖軟體是利用電腦特定程式反復(fù)操作、設(shè)計、比較、修正設(shè)計方案，最后輸出設(shè)計成果的電腦畫圖軟體。CAD畫圖管理軟件可以大大減少工程設(shè)計員的繪圖工作負(fù)荷，而且操作簡單，可以長期保存，可以達(dá)到設(shè)計流程的信息化和自動化，對于提升工程項目繪圖效果有著重要的幫助。

2.2 機(jī)械制圖與機(jī)械CAD的關(guān)系

機(jī)器繪圖是機(jī)械技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)，主要強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)手工繪畫，但傳統(tǒng)手工繪畫的圖樣通常具有不細(xì)致且沒有立體感等局限性，不可以適應(yīng)機(jī)械技術(shù)發(fā)展的要求。而機(jī)械工程CAD科技的誕生克服了機(jī)械制圖的不足，可以繪畫出高精準(zhǔn)度、立體全方位的傳統(tǒng)手工根本無法繪畫出來的機(jī)械設(shè)備工程圖紙，并可以極大地提高繪畫效果，給機(jī)械制圖提供一次嶄新的革命。由此可見機(jī)械制圖和機(jī)械CAD有著不可分割的關(guān)聯(lián)[4]。

1、機(jī)械制圖的基礎(chǔ)知識，是現(xiàn)代機(jī)械CAD應(yīng)用的基本理論基礎(chǔ)

機(jī)械制圖基礎(chǔ)的有關(guān)知識點，例如繪圖的基礎(chǔ)概念，各視角圖形的繪制技術(shù)，投影的有關(guān)基礎(chǔ)知識，各種機(jī)械設(shè)備工程繪圖規(guī)范等是機(jī)械工程CAD繪圖應(yīng)用軟件的知識基礎(chǔ)。只要根據(jù)上述知識內(nèi)容才能編寫成準(zhǔn)確高效的、具備實踐性CAD軟件程序，繪制出來的圖紙才可以符合國內(nèi)設(shè)備工業(yè)的制作和應(yīng)用要求，才可以確保繪制程序順利，繪制的圖紙正確并便于設(shè)計者應(yīng)用。所以，了解機(jī)械制圖的有關(guān)基礎(chǔ)知識對進(jìn)行工程CAD會突然間是十分必要的[5]。

2、機(jī)械CAD軟件是機(jī)械制圖的工具

傳統(tǒng)機(jī)械制圖是手工制圖，具有流程繁雜、重復(fù)度較高、工作環(huán)境乏味等弊端，而機(jī)械CAD繪圖軟件利用計算機(jī)繪圖，可以把圖紙設(shè)計人員從這樣的工作解放出來，可以精確、形象的把工程設(shè)計思路表達(dá)出來，更好地解決機(jī)械工程對圖樣描繪效率，圖高準(zhǔn)確度，圖樣描繪具體形式等剛性要求。

3 機(jī)械CAD制圖的優(yōu)勢

3.1 可以極大的提升繪圖質(zhì)量，從而提高了繪圖效率

機(jī)械CAD繪圖軟件利用計算機(jī)處理、修改、計算圖像與樣板，相對于手動畫圖免去很多不必要的繁瑣，節(jié)省了不少時間，CAD可以利用各種方法建立平行線、橢圓、多邊形、樣條曲線等基本形狀，同時提供方便于繪畫水平線、豎向垂直的正交能力，有助于截取簡單圖像上特定點的對象捕捉能力，使面斜線沿不同方向位置的跟蹤能力等許多特色功能。輕而易舉地克服掉手工繪圖不能解決的問題，讓制造精細(xì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的精致零件變?yōu)榭赡躘6]。

3.2 抓住設(shè)計中心，實現(xiàn)圖樣三維設(shè)計

機(jī)械CAD程序能夠創(chuàng)建3D立體的表面模型，表現(xiàn)出圖形的三維空間視覺效果，其圖像生動直觀，容易暴露出細(xì)節(jié)方面的缺陷，方便設(shè)計師對其加以調(diào)整與改進(jìn)。直接建模反應(yīng)產(chǎn)品的幾何造型的三維實體模型有利于設(shè)計者對產(chǎn)品的最直接的體驗，進(jìn)而更為注重于產(chǎn)品設(shè)計本身，提高了對產(chǎn)品的創(chuàng)造性，為產(chǎn)品設(shè)計的不斷發(fā)展，設(shè)計師創(chuàng)造出質(zhì)量良好的產(chǎn)品奠定了牢固的基石。

3.3 實現(xiàn)高精度條件，為后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供良好基礎(chǔ)

相比于傳統(tǒng)制圖精度，CAD測量獲得的尺寸精度更為準(zhǔn)確，同時機(jī)械CAD軟件具備形狀自動改變的匹配能力，因此可以在安裝工作環(huán)境中選擇新的零部分，并且可以按照其他零部分的形狀和位置選擇新零部分并加以調(diào)整，避免單獨(dú)使用零部分而產(chǎn)生精度偏差或造成安裝錯誤。零件環(huán)境中的資源搜索器中，在進(jìn)行調(diào)整機(jī)械零件造型的時候顯示了完成該零部分的各種指令，通過觀察這些指令就可以比較明確的知道完成該零部分的各個過程，其中包括了利用動畫展現(xiàn)零部分造型變化全過程的零件回放系統(tǒng)，讓用戶一目了然。而修改零部件還只能通過資源查找器中相應(yīng)的命令來實現(xiàn)[7]。

4 機(jī)械制圖與機(jī)械CAD結(jié)合的必要性

機(jī)械工程繪圖稱得上是中國機(jī)械設(shè)備工業(yè)中的語言，作為機(jī)械設(shè)計和制造的基礎(chǔ)，專業(yè)機(jī)械工程設(shè)計者所需要把握的技術(shù)，機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)加工制作流程中的模版，機(jī)械工程繪圖需要做到尺寸精度正確、圖案清晰度明了、形體完整結(jié)合才能制造出設(shè)計的機(jī)械工程商品。不過常規(guī)的手繪作品機(jī)械制圖難免產(chǎn)生工具偏差、作圖差錯等，大大影響圖樣準(zhǔn)確度，并且繪制所得圖片不形象還會影響機(jī)器生產(chǎn)加工效率，甚至出現(xiàn)紙質(zhì)圖樣無法保存的問題。

由于科學(xué)技術(shù)的提高，機(jī)械CAD繪圖程序的繪制方法及其制作出的工程圖較一般機(jī)器繪圖制作出的更為豐富，并具備繪制準(zhǔn)確性好，繪制效率高，便于存儲與調(diào)整的特性。把機(jī)械制圖和設(shè)備CAD有機(jī)的結(jié)合起來，不但能夠達(dá)到更優(yōu)秀的繪圖質(zhì)量，而且還能夠克服傳統(tǒng)機(jī)械制圖中的許多弊端，這是社會經(jīng)濟(jì)日益發(fā)達(dá)和對社會產(chǎn)品要求日趨多元化的今天，這對促進(jìn)機(jī)械制圖和設(shè)備CAD科技的有效融合和開發(fā)，有著重要的意義。

5 機(jī)械制圖和工程CAD融合的有效方法

5.1 機(jī)械工程繪圖和工程CAD穿插運(yùn)用，相得益彰

進(jìn)行了教學(xué)層面上的有機(jī)整合。在針對學(xué)生課堂教學(xué)講授中，老師可按照學(xué)校課程設(shè)置，盡可能使用CAD軟件進(jìn)行繪圖教學(xué)，以節(jié)約繪圖的課時。而針對學(xué)生課程制圖，老師可按照制圖的實際需要，留出課時讓學(xué)生開展幾何繪圖教學(xué)。在介紹了基本知識點之后，再用CAD進(jìn)行繪圖展示說明。而針對學(xué)生零件圖的教學(xué)，老師還可通過幻燈片對學(xué)生零件圖繪畫流程進(jìn)行生動展示，并介紹了部分的注意事項，包括零部件體積和數(shù)量等，同時還介紹了繪制技巧;關(guān)于組合體視圖，在我們所進(jìn)行的二維繪圖講解過程中，空間想像能力很差的孩子往往不能想像透視結(jié)果，而這時通過CAD技術(shù)就能夠在繪圖的過程中拖拽視圖，從而實現(xiàn)了立體三維空間表現(xiàn)，能夠有助于他們形成立體視野，從而提高了空間想像水平。

5.2 把機(jī)器繪圖的教學(xué)和機(jī)械工程CAD的有機(jī)地融合

在教學(xué)中，我們并沒有局限于過去的傳統(tǒng)教學(xué)方法，而需要把機(jī)器繪圖教學(xué)與機(jī)械工程CAD結(jié)合一起，強(qiáng)調(diào)技術(shù)的實踐性。因為以往的機(jī)器繪圖大多為徒手繪制，強(qiáng)調(diào)繪圖技術(shù)的提高，而機(jī)械工程CAD技術(shù)問世以后，在工業(yè)生產(chǎn)上多是流水線的機(jī)械化作業(yè)。但是在課堂上，老師們必須平衡好二者的聯(lián)系，并針對學(xué)生進(jìn)行針對性教育，這對于孩子們的未來發(fā)展更有益些。在經(jīng)過機(jī)器繪圖和CAD的有機(jī)融合之后，產(chǎn)生了《機(jī)械工程繪圖與CAD》的教程。它把機(jī)械制圖視為教學(xué)重點，以機(jī)械工程與CAD為輔講解，有助于學(xué)習(xí)者更好的掌握繪圖基礎(chǔ)知識。

5.3 將機(jī)器繪制的課堂教學(xué)方法同技術(shù)CAD結(jié)合

在開展機(jī)器繪制教學(xué)時，教師應(yīng)該首先展開二維的機(jī)器繪制，然后再運(yùn)用CAD技術(shù)展開對三維空間立體形象的介紹。但在課堂教學(xué)中，僅僅知識介紹和老師單方面繪畫是提不起學(xué)習(xí)者專注力的，課堂教學(xué)效果也將大打折扣。因此，如果在開展課程中，老師在沒有形象參照的情況下對形象展開二維展示和三維空間介紹，學(xué)習(xí)者很難把立體空間形象介紹得完整，尤其是對于空間想像能力和思維開拓意識都較差的學(xué)習(xí)者，久而長之他們的專注力就會轉(zhuǎn)移掉。所以，在課程中運(yùn)用機(jī)械制圖和技術(shù)CAD的制圖方法結(jié)合來對課程的知識重難點部分展開介紹，是十分必要的。因此，在課程中，“零件的拆畫”就成為教學(xué)的重難點，當(dāng)講授了拆解知識之后，老師便可通過CAD程序，對這部分圖像加以拆分與重畫，再加以三維表現(xiàn)，這種與課堂內(nèi)容緊密結(jié)合的教學(xué)方式能夠提起學(xué)習(xí)者的興趣，促進(jìn)教學(xué)品質(zhì)的提升。

5.4 運(yùn)用CAD技術(shù)設(shè)計的機(jī)械制圖

盡量減少或者完全不采用機(jī)械制圖，而是借助CAD程序進(jìn)行相對復(fù)雜的幾何圖形的手工繪畫，在繪制過程中借助CAD的各種畫法和功能輔助進(jìn)行繪制作業(yè);運(yùn)用CAD繪制立體圖克服機(jī)械制圖沒有立體造型的情況;運(yùn)用CAD軟件實現(xiàn)對工程設(shè)計的及時調(diào)整與改進(jìn)，使工程圖樣長期保留等。

5.5 改變傳統(tǒng)教學(xué)方式

把知識點有機(jī)的融合在一起，可以引導(dǎo)學(xué)習(xí)者逐漸摒棄常規(guī)的用直尺、鉛筆制圖，以鼠標(biāo)按鍵為筆，以計算機(jī)顯示器為紙的機(jī)械制圖。并利用CAD幻燈片介紹零件的制圖流程，以及圖樣編輯過程，圖樣保存方法等。把的二維平面設(shè)計和CAD的三維制造技能加以對比，較為生動直接的展示形象，為學(xué)員們呈現(xiàn)了二者的重要差異。把教學(xué)方法有機(jī)的融合了起來，摒棄原有死記硬背機(jī)械制圖知識和單調(diào)的機(jī)械制圖，主要開展利用CAD軟件系統(tǒng)制圖的實踐性課程，比如利用CAD技能中的編輯技術(shù)和空間立體制圖能力自動做出相貫線和截交線，以及利用CAD技能表現(xiàn)零件組成的平面與空間立體設(shè)計等。

6 結(jié)束語

綜上所述，單一的機(jī)械制圖無法適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展的需要，而當(dāng)前中國工業(yè)制造業(yè)對機(jī)械制圖技能有著更加嚴(yán)苛的要求，從而進(jìn)行機(jī)器制圖與機(jī)械工程CAD的有機(jī)融合已形成必要的趨勢。學(xué)院和老師應(yīng)該抓住這一點，并通過有效的舉措，促進(jìn)機(jī)械制圖的課程、教學(xué)課程以及教學(xué)方法與機(jī)械工程CAD技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，為未來的機(jī)械工業(yè)培訓(xùn)專業(yè)人才。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉玉芹. 中職校機(jī)械制圖與CAD課程教學(xué)改革的有效性探究[J]. 湖北農(nóng)機(jī)化，2019（24）：121.

[2]王友娟. 機(jī)械制圖與機(jī)械CAD結(jié)合的有效方法研究[J]. 內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（6）：106-107.

[3]張佳. 機(jī)械制圖與機(jī)械CAD結(jié)合的有效方法研究[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（15）：1266.

[4]劉炳強(qiáng). 中職機(jī)械制圖課程與機(jī)械CAD課程的有效整合[J]. 文淵（高中版），2021（2）：1110-1111.

[5]謝新柳. 機(jī)械CAD與機(jī)械制圖相結(jié)合在機(jī)械制造中的應(yīng)用研究[J]. 內(nèi)燃機(jī)與配件，2022（5）：254-256.

[6]田慶敏，王彩鳳，陳聰，等. 信息化背景下借用教學(xué)平臺提高《機(jī)械制圖與CAD》課程的教學(xué)效果[J]. 信息記錄材料，2020（12）：118-119.

[7]王建臣. 計算機(jī)輔助設(shè)計、制造（CAD、CAM）和《機(jī)械制圖》課程的結(jié)合、探索與實踐研究[J]. 教育教學(xué)論壇，2019（10）：141-142.