全文下载- CADCAMCAE应用软件在汽车工程教学中应用

1、机械CAD课程教学探讨江帆摘要：为了提高机械CAD课程教学效果，以Pro/ENGINEER软件教学为例，指出目前三维实体建模软件教学中存在的误区，探讨机械CAD课程教学中应注意的问题，为更好地帮助学生加快学习进度、增强学习效果奠定基础。关键词：机械CAD，课程教学，教学探讨Exploration on Teaching of Mechanical CADJIANG Fan(Mechanical and Electrical Engineering College, Guangzhou University, Guangzhou 510006)Abstract: In order to impr

2、ove the teaching results on mechanical CAD, taking Pro/ENGINEER software teaching for example, the existent problem in Pro/ENGINEER software teaching is pointed out, and the suggestion of improving curriculum teaching is proposed. The teaching aim of helping students to accelerate study progress and

3、 enhance study effects are realized with suggestion.Keywords: mechanical CAD; curriculum teaching; problem discussion1 引言机械CAD是工科院校必开的课程，早先的教学中多以二维CAD软件（如AutoCAD，CAXA电子图板）使用教学为主，随着三维建模软件在工程设计中的广泛应用，该课程的教学也逐步偏向于指导学生学习三维实体建模软件（如Pro/ENGINEER、Solidworks、UG、Solidedge等软件）。从二维的CAD软件到三维的CAD软件的转变是一个重大飞跃，实现了人

4、类的形象思维和对事物的视觉感受的再现，有助于人们直接理解机械结构和部件装配关系。三维建模软件极大地方便我们对机械零件及装备的认识和理解，但要学习使用这类软件比二维应用软件要困难得多。本文结合作者的Pro/ENGINEER教学实践，探讨三维机械CAD软件教学的应注意的问题，为提高三维CAD软件教学效果提供参考。2 Pro/ENGINEER教学中存在的误区Pro/ENGINEER自1988年问世以来，由于具有全相关性、基于特征的参数化建模、工程数据库再利用等技术优势，逐渐成为全世界及中国最普及的3DCAD/CAM系统，广泛地应用于机械、电子、汽车、航天、家电等行业，并逐步成为机械工程师必须掌握的C

5、AD工具，也是高校机械CAD课程教学的一部分。Pro/ENGINEER是基于全参数化三维建模平台，在学习过程中具有自己的特点，且在不同专业领域有着不同具体应用，而目前在Pro/ENGINEER学习和教学中存在一些误区，使得学生学习比较吃力，教学效果较差，这些问题主要表现在以下几个方面。2.1 基础理论的缺失江帆，广州大学机械与电气工程学院机电系讲师无论是当前的Pro/ENGINEER学习参考书还是Pro/ENGINEER教学，都是为学Pro/ENGINEER而学Pro/ENGINEER，一开始就教Pro/ENGINEER的界面及绘图命令的使用，而后进行实例教学，只把Pro/ENGINEER当成

6、一个软件，局限学习其操作，没有进行三维建模思维的指导，往往出现这种情况：几天没用Pro/ENGINEER就不会操作了，及不能举一反三的现象，学生对Pro/ENGINEER及其相关知识掌握较差。还有，对于不是机械工程专业的学生，很多没有学习过机械制图等基础课程，对视图等基本理论不了解，直接进行Pro/ENGINEER的学习，将难以达到理想的学习效果。因而强化基础理论讲授是教好本课程的先决条件。2.2 学习群体的不了解Pro/ENGINEER是一个应用广泛的大型软件，针对不同的专业有着不同的具体应用，而现在该课程教学中一律是针对机械工程专业类的教学，特别是实例的教学主要是针对机械零件的建模，没有做

7、到因生施教，学生的学习兴趣和积极性不能充分调动起来，从而影响教学效果。因此关注学习群体的专业背景是教好本课程的基础。3 Pro/ENGINEER教学中应注意的问题3.1 建模理念的培养俗话说，磨刀不误砍柴工，进行Pro/ENGINEER教学时要加强一些基本功的讲授和训练。（1）三维模型的形体分析，针对特定的建模对象，帮助学生分析建模对象的结构特征，如是实体还是面框架？结构是否规则？建模对象是否可以分解？如果可以拆分，建模对象由几部分组成？以及每部分的结构是怎样的？等等这些问题是学生完整理解建模对象，帮助学生将复杂的三维实体划分成一个个简单基本几何体，方便学生快速建模。如图1所示，轴承座可以拆分

8、成几个简单的几何体，先逐步建立这些简单几何特征，而后进行相叠加，就得到我们所需的复杂形体。 图1 轴承座的几何拆分（2）建模顺序的分析，三维实体是由点、线、面组成，一般三维建模有两种方式：由底到顶，即从点开始，到线、面，再到体，如图2（a）所示；由顶到底，即直接从体开始建模，通过一系列的布尔运算实现建模对象的再现，其低级几何元素通过删除高级几何元素获得，如图2（b）所示，面通过删除体得到。这两种建模方式各有优缺点，针对不同建模对象，采用不同建模方式，有时会交叉使用。在Pro/ENGINEER教学中应帮助学生分析建模顺序，特别是在形体分析的基础上，教会学生采用由顶到底的建模方式。（a）（b）图2

9、 实体建模方式（3）参数驱动的运用，Pro/ENGINEER的优势在于特征建模，并基于尺寸驱动。参数化建模是以约束来表达建模对象的形状特征，通过定义一组参数来控制的模型的结构形状，并能通过调整参数来修改模型对象，这种建模方式极大地提高设计人员的工作效率。但对于初学者，对参数驱动，特别是对一些约束不理解，不能加以利用，给建模带来麻烦，以致于有些学生建模失败，影响学习积极性。教学过程中应着重强化参数驱动、几何约束、尺寸约束的讲解和训练，使学生更好地掌握Pro/ENGINEER的建模优势。如图3所示，截面的形状在草绘阶段可以随意画出大致形状，再通过尺寸和几何约束来精确得确定所需形状，在教学中要向学生

10、演示Pro/ENGINEER建模系统这种“随意画，精确定”的参数化建模优势，并重点传授尺寸约束和几何约束的建立方法。 图3 尺寸驱动及约束3.2 空间思维的培养（1）Pro/ENGINEER是在三维实体空间建模，需要有一定的空间思维能力，即要有空间想象力，我们从一个方向观察模型时，看到仅仅是一个侧面，不能看到模型对象全貌，而要通过不同方向的观察，并在头脑中再现整合，形成一个完整的模型印象，这样在学习Pro/ENGINEER建模便于做形体分析和选择建模顺序。例如建立一个手机面板的模型，图4（a）中先建立面板块，再建立按键，最后挖屏幕块；而图4（b）中先绘制按键，再建面板块，其后挖屏幕块，这两种建

11、模顺序都能达到建手机面板模型的目的。 （a） （b）图4 实体建模顺序（2）Pro/ENGINEER屏幕显现的三维实体与初学者头脑空间的有一定的差异，需要帮助学生树立三维空间转换思维，并帮助他们将屏幕空间、现实空间、头脑空间的模型统一起来。在实际教学中，多采用实物模型，让学生从不同的方向观察实物模型，建立不同观察点视觉印象，便于学生理解屏幕空间的模型对象。3.3 建模手段比较和选择对于一个建模对象，往往有多种方式可以实现建模，如轴类零件，可以用拉伸生成法实现，也可以旋转生成法实现，每种方法有各自的优势，而且选用不同方法对以后模型修改均会产生影响。在Pro/ENGINEER教学中，应指导学生对同

12、一模型采用不同手段进行实现模型，并要求他们比较各自手段优势和不足，为他们在建模实践选择建模手段提供参考，选择适合他们自己的建模手段，达到快速建模的目的。如图5所示，圆管的建模方式有两种：圆环拉伸和矩形旋转，在教学过程中要讲授不同建模方式的应用场合，以及对后续建模的影响，根据产品建模的实际情况选择较好的建模方式。同时，也要多鼓励学生多思考，例如，建模如图6所示的支板，一般是通过拉伸和倒角（或剪切）实现，但我发现一学生才有混合的方式实现，很有创意。 图5圆管建模方式的比较 图5支板的建模3.4强化与专业背景教学实例实例教学是应用软件教学中重要一环，它帮助学生综合掌握软件各命令的实现、建模技巧等，为

13、学生全面熟悉软件使用奠定基础。Pro/ENGINEER应用很广，很多不同专业领域的学生在选修这门课程（涵盖在机械CAD这门课程中），即使是机械工程专业的学生，对于不同的学习方向，学生对建模对象了解程度不一样，如模具方向的学生对模具零件比较熟悉，而机械设计方向的学生对减速箱产品比较熟悉。在实践教学中应该根据学习群体的专业及方向的背景，组织具有针对性的实例教学。例如作者在对电气专业的学生讲授机械CAD这门课程时，首先介绍了Pro/ENGINEER在电气工业中的应用，在其后的每一个具体实例都以电气产品为进行讲解，收到了较好的教学效果。如图6所示，就是电气专业比较熟悉的电池盒盖模型，采用该专业比较熟悉

14、的模型进行教学，有利于学生的理解和掌握。图6电池盒盖模型4 结束语机械CAD是为企业培养CAD/CAM高水平技术人员的必修课程，Pro/ENGINEER软件是其中重要的一个应用软件，因而在工科院校搞好Pro/ENGINEER软件的教学对培养高层次CAD/CAM技术人员有着举足轻重的作用。在教学中以学习群体为中心，了解学习群体的专业方向背景，进行适合该专业方向应用的教学，辅以建模基础理论的指导，有助于提高教学效果，尽快帮助学生掌握Pro/ENGINEER软件的使用。参考文献：1 刘镇昌，顾平灿. 三维CAD软件及其选择应用. 浙江海洋学院学报，2004，23（1）：60632 段金坭. Pro/ENGINEER教学中若干问题的处理. 湖南工业职业技