UG建模技术在《机械制图》中的应用

《机械制图》旨在培养学生的空间想象能力，让学生能够正确识读零件的三视图并具备一定的绘图能力，工程图是工程领域科技工作人员表达和交流设计思想、设计过程和设计结果的重要工具，因此，工程图被誉为工程领域的“技术语言”。传统《机械制图》的教学过程是从抽象到具体，首先介绍正投影法的基本理论，然后介绍点、线、面的投影，后再讲解基本体与组合体的投影。传统教学往往侧重于知识之间的内在联系，强调知识体系的系统性，忽视了学生的认知规律，由于职业院校的学生空间想象能力较差，学生刚接触该课程就觉得学习难度大，从而产生畏难情绪，以至于丧失学习兴趣。传统的教学方式通常是采用一边讲解一边绘图练习，运用教学模型、教学挂图等教具，通过绘制三维图形等方式来帮助学生理解机件的形状与结构，这种教学方法效率低，课堂信息量少，这一教学模式不适应现代职业教育发展的需要。同时，数字化制造与信息技术的快速发展也为《机械制图》的教学提出了更高的要求。UG 等三维CAD 技术给传统的《机械制图》教学提出了新的挑战，同时，也为《机械制图》教学提供了新的方法与手段。
1 UG 建模及特征分析
运用UG 软件通过拉伸、旋转等命令，建立三维模型，帮助学生建立空间“体”的概念。在UG 建模过程中可以结合《机械制图》的基本体与组合体教学内容进行讲解。在UG 建模之前采用形体分析法引导学生对三维模型进行分析，将组合体分解成若干个基本体，并分析各个基本体之间的位置关系和组合形式。根据对三维模型的分析结果确定采用叠加法还是采用切割法，或者综合采用叠加法与切割法来建模；接下来，对每个基本体进行特征建模，分析每个基本体的外形尺寸，建模时可以通过修改外形尺寸，来观察基本体大小的变化，从而引导学生分析定形尺寸对物体大小的影响。在后续基本体的绘制过程中，不但要确定基本体的外形尺寸（定形尺寸），还要确定基本体的位置尺寸（定位尺寸），同样可以通过改变位置尺寸的大小，来观察位置尺寸的变化对物体结构的影响，加深学生对定位尺寸的理解（如图1 所示）。同时UG 软件的三维模型和投视图之间的尺寸是相互关联的，这样便于对几何模型进行修改，在修改设计方案的时候，对三维模型的任何一个尺寸进行更改，二维视图都会自动进行更新，这样可以引导学生进行参数化设计。
在基本体建模完成以后，通过对基本体进行并集或差集形成组合体，在并集或差集过程中，组合体会自动产生相贯线及截交线，由此可以引导学生学习相贯线、截交线的形成过程及相贯线、截交线的特性。后对三维模型进行检查，运用缩放功能来观察模型局部细小结构，运用动态观察功能观看模型的立体结构。

图1 组合体建模                                                            图2 实体上面的投影
2 组合体的三视图
UG 软件可以在建模模块与制图模块之间快速切换，可以实现三维图与二维图之间的快速转换，运用这一特性引导学生学习三维实体与三视图之间的投影关系，有助于培养学生的空间想象能力与三视图的识读能力。例如，在组合体建模完成之后，可以进入制图模块，生成组合体的三视图与轴测图，在三视图的布局过程中讲解三视图的投影规律，保证“长对正、高平齐、宽相等”。接下来再进入UG 建模模块，选择组合体中的一个基本特征，然后再进入制图模块分析该基本特征的三视图，选择部分的三视图显示为橙色，引导学生分析局部特征的三视图。
可以引导学生观察立体的某一个表面，分析该平面的位置特征，然后在三视图中找到该平面对应的投影，由学生总结出这种位置平面的投影特性（如图2 所示），后提炼出正平面、侧平面、铅垂面等各种位置平面的投影特性。通过对每一个局部特征进行三视图分析，可以一步步演示组合体三视图的绘制过程，这样将复杂的组合体进行分解、简化，降低学生的学习难度。点、线、面的投影是教学中的难点，要求学生具有较强的空间想象能力，可以对三维模型的的点、线、面进行分析，引导学生学习点、线、面的投影特性。帮助学生将立体表面上的点、线、面的空间位置与三视图中点、线、面的投影对应起来。也可以利用UG 软件提供的top、front 和left 视图方向来进行观察，通过选择不同的投影视图引导学生进行观察，这样可以帮助学生更好的掌握点、线、面的投影关系。利用UG 三维实体建模与工程制图转换的形式进行教学，可以让学生掌握三维实体与视图之间的转换方法，培养学生CAD绘图基本技能。将抽象的投影关系形象化、可视化，这样不仅降低了学习难度，同时可以激发学生的学习兴趣，通过对大量的实体模型进行讲解、训练，强化学生“三维一二维一三维”的思维转换能力，可以培养学生的空间想象能力，提高学生的做图速度和识图能力。
3 结束语
将UG 特征建模技术引入《机械制图》课程教学当中，学生可以身临其境地感受零件的建模过程，让教学过程更加形象、直观，学生更容易接纳，能够更好的培养学生的空间想象能力，激发学生的学习兴趣。通过对三维模型几何特征的分析，将复杂的组合体进行分解、简化，降低学生的学习难度。可以根据教学的需要利用UG 软件建立零部件模型库，可以方便学生自主学习，开拓学生的视野。同时，可以节省教学模型的购买，减少教学经费投入。