探究三维CAD技术在机械制图教学中的应用

摘要：三维CAD技术在机械制图教学中有重要作用，不仅改变了传统机械制图教学的教学方法和教学模式，还有利于学生空间思维能力的培养。本文从CAD技术的内涵出发，重点阐述了三维CAD技术在机械制图教学中的应用，以适应我国经济发展的需要。

关键词：三维CAD技术；机械制图教学；应用

【中图分类号】G640

随着科学技术的发展，数字化三维设计软件在我国制造业中逐渐普及，三维CAD系统以高度真实感的照片，为客户、市场部门和供应商提供参考。在现代企业发展过程中，三维设计软件的作用也越来越重要。在机械制图教学中，应加强三维造型的应用教学，以培养学生的创新思维和探索能力。

一、CAD技术概述

CAD技术全称为计算机辅助设计技术，指的是在设计过程中，以计算机作为设计工具，帮助工程师进行设计的一切技术的综合。计算机辅助设计作为一门学科始于上个世纪六十年代初，由于受到计算机技术的限制，CAD技术的发展也相对比较缓慢。三维CAD技术可以通过高真实感的照片，不仅可以在网上浏览照片，还可以将三维产品的数据库直接传输给制造部门，以专用的数控加工程序实施有限元分析，能够输出快速成型的设备。因此，三维CAD技术在设计和生产中被广泛应用，对机械制图教学也产生重要作用。

在传统的机械制图教学中，首先介绍形体三维特征，再以二维视图的方式来表达三维形体，以二维平面为重点，三维立体特征的描述较少。为了适应我国机械制造业发展的需求，应改变传统的机械制图教学观念，不能仅局限于二维平面绘图教学，而应该将三维CAD技术作为教学的重点，加强三维造型方法教学，还应该结合工业生产的实际环节进行教学工作，注重培养学生的创新意识。

二、三维CAD技术在机械制图教学中的应用

（一）在解决复杂零部件教学难点中的应用

在传统机械制图教学中，经常采用教学模型的方式，将抽象投影关系以直接视觉印象的方式呈现出来。而目前的机械制图教学则利用三维CAD技术，建立三维模型，色彩丰富、形象逼真、精度高，能够完全取代实物模型的教学，从而达到实物教学的效果。对于那些结构复杂的零件，特别是装配体，以实物模型很难全面展示其内部结构，而三维CAD技术所建造的三维模型，能够根据教学需要灵活生成或剖切爆炸图，还能进行仿真运动，直观展示装配体各零件的装配关系和联接关系，方便学生的观察和学习。同时，再加上动画效果展示，能够使教学内容更生动和清晰，缩短学生的感知、认知过程，教学效果显著。

例如，在装配图识别过程中，教学大纲要求学生能够通过装配图的二维工程图纸阅读，了解装配体名称、结构、工作原理、用途，理清零件之间的装配关系和联接关系，了解零件的作用及结构形状。这就需要学生认真分析装配图，发挥空间想象能力和思维能力。以减速装配图为例，首先应从全剖主视图着手分析，结合其余的几个视图，分析零件的联接关系和装配关系，然后再设想零件的动作过程，掌握零件的工作原理。结合三维CAD技术制作的减速器装配模型和爆炸视图，从不同的角度，以CAD三维模型向学生直观展示装配体零件的构成。

此外，三维CAD技术的应用，能够根据教学内容需要，修改或新建三维模型，降低了实物模型的数量限制，丰富教学内容，拓展教学形式。三维CAD技术建立的模型，能够存储在各种类型的存储介质上，携带方便，且避免了实物模型的体积或重量的限制。同时，由于CAD模型具有可复制性，便于教师的互相交流，实现了资源的共享。再者，由于降低了失误模型的数量和种类限制，不仅能降低教学成本，还充分发挥了多媒体教学的重要作用。

（二）在培养学生空间想象能力中的应用

在机械制图教学中，应重视学生空间思维能力的培养。这就需要教师在教学活动中，加强二维思维与三维思维的双向思维训练，以大量的习题来实现教学目标。在以往的教学过程中，教师对学生的练习没有进行及时指导和纠正，学生的畏难情绪较重，学习兴趣不高。

例如，在相贯线、截交线的教学过程中，传统的教学方法一般以辅助面、立体表面取点方法来解决问题，教师的讲解比较空洞，学生理解比较困难。三维CAD技术的应用，教师可以通过SolidWorks软件来辅助教学，增强学生的感性认知，帮助学生快速建立空间概念。学生可以自己动手造型出圆锥体和圆柱体，然后再进行截切、开槽、挖孔，还能够自由转动立体图形，仔细观察截交线形状、相贯线形状的变化情况，进而总结出截交线和相贯线投影的规律，为截交线和相贯线三维视图学习打下良好基础。再如，在读组合体试图的教学中，教师可利用CAD软件建模，制作出形状复杂的零件组合模型，使模型能够通过自由旋转实体，让学生看清楚形体上、下、左、右、前、后不同方位上的表面连接关系，而后让学生分析对照试图情况，要求学生动手画出三视图。

随着科学技术的发展，计算机技术的应用也不断扩展，学生对计算机的认识和利用也有了新的发展，学生能够通过软件来制造出实体模型。在课堂教学中，教师应注重学生动手能力的培养，让学生亲自动手做实体模型，在制作实体模型中，不仅能发现学习中存在的问题，还能验证学生的想法，这样不仅能提高学生的学习兴趣，还能加深学生的理解。在大量的练习过程中，学生掌握了三维视图的变化规律，增强学生的空间感，为以后的学习做好准备。教师应认识到，空间感的培养并非一朝一夕的事，而是需要在长期的学习才能逐渐形成，教师应遵循学生思维的形成及发展特点，采用科学的教学方法，引导学生的空间思维，培养学生的空间思维能力和空间想象能力。

结束语：

从教学实践可知，三维CAD技术在机械制图教学中，能将教学的重点、难点内容以生动、直观形式展示出来，有利于学生空间思维能力和空间想象能力的培养，提高教学质量。同时，三维CAD软件以装配、建模、标准件库、工程图等功能模块的应用，改变了传统机械制图教学的方法和思路，使机械制图教学方法充满生机与活力。学生通过CAD三维软件，能够更便捷、更准确地设计出三维产品。因此，三维CAD技术在机械制图教学中的应用，有利于学生图形表达能力、机械工程素养、空间思维能力，更好地适应当前社会经济发展的需要。

参考文献：

[1]王莺，施高萍.三维CAD技术在机械制图教学中的应用[J].浙江水利水电专科学校学报，2009，21（1）：88-90.

[2]和文云.CAD技术在机械制图教学中的应用[J].科教文汇，2011，（16）：92，108.52.

[3]梁传金.浅议如何利用三维CAD技术辅助传统机械制图教学[J].职业，2010，（32）：157-158.

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