UG软件在机械制图课程中的应用

张雯娟，吴 龙 ，晋芳伟

（1.三明学院机电工程学院，福建 三明 365004；2.三明机械CAD工程研究中心，福建 三明 365000）

UG软件在机械制图课程中的应用

张雯娟1，2，吴 龙1，2，晋芳伟1，2

（1.三明学院机电工程学院，福建 三明 365004；2.三明机械CAD工程研究中心，福建 三明 365000）

介绍“机械制图”课程中引入UG软件进行教学的原因，教学中改进的具体方法和内容，对作业的讲解和课堂理论教学进行阐述。在课程教学中引入了三维造型技术，提出了适应现代工业设计的制图软件环境，为培养严谨作风的工程应用人才打下扎实的制图功底。

机械制图；教学改革；三维软件

《机械制图》课程是机械及其相关工程类专业的一门必修专业基础课，具有很强的实践性和技术性。它直接影响了学生后续课程的学习以及相应的课程设计、毕业设计，同时也是是同学们毕业后从事设计生产、科研项目必备的基础知识之一。

本门课程的重点和难点是培养学生的空间想象能力和读图构型能力。只有在建立良好的空间立体感的基础之上，才能绘制出高质量的专业图纸；同理，在读图过程中，只有理解图纸传递的信息，才能在脑海里想象出物体的立体结构，读懂图纸所表达的技术信息。

UG软件具有强大的功能，为用户的产品设计及加工过程提供了数字化造型和验证手段。UG共包含CAD（计算机辅助设计）模块、CAE（计算机辅助分析）模块和CAM（计算机辅助制造）模块等三大模块。其中，CAD模块主要为工业设计和风格造型、产品设计等方面，具有高性能的机械设计和制图功能，为制造设计提供了高性能和灵活性，以满足客户设计任何复杂产品的需要。CAE模块主要功能为以数字化方式仿真、检测确认和优化产品设计。CAM模块，采用图形方式，观测刀具沿轨迹加工产品的情况，以减少使用培训时间并优化加工工艺。UG软件所有模块都可在实体模型上直接生成加工程序，并保持与实体模型全相关[2]。

1 机械制图课程引入UG的原因

（1）为适应时代的发展和产业技术指标的变化，在教学过程中引入机械业界广泛使用的三维软件UG，使得学生能够及时了解并真正认识到机械行业的设计趋势。目前，在企业生产设计制造中，已经看不到手工绘图的场景了，都已经采用“无纸化”绘图。在技术交流中，应用计算机辅助技术进行零部件生产、设计、制造以及模拟仿真和文档管理，这就使得我们在教学中也要跟上时代的脚步。UG软件是一款集CAD/CAE/CAM为一体的三维设计平台，也是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件之一，以其强大的功能和工程背景，已经在我国的航空、航天、汽车、模具、家电等领域得到广泛的应用[1]。

（2）制图课程在讲解投影法、画法几何和工程制图等三部分内容，基本以平面图形进行讲解，对于初学者来说具有一定难度。在课堂教学中，适当的采用UG软件进行零件或者物体的三维造型设计，可以很大程度上吸引学生的注意力，并且将学生难懂的部分结构进行实体演示，使得同学们在进行读图和绘图时，加深对立体结构的理解，改变学生学习的态度，提高课堂学习的兴趣和探索知识的精神。

（3）在教学方法上，将现代计算机技术与传统模型相结合。学生初次接触到制图的基础知识，难免在物体的空间与平面图形转换过程中产生困惑甚至不解，立体思维比较差的学生更难将空间模型转换为二维图纸进行绘制。若采用立体模型以及三维辅助软件UG的帮助，可以有效的解决学生的绘图、识图所产生的困难。

2 UG在机械制图课程中的应用

2.1 UG应用在教学内容讲解中

机械制图的教学原则应以学生能够掌握国家标准和行业标准，来进行机械零部件设计或者后续机械课程的设计，培养正确绘图和读图的能力为宗旨。故在教学内容中，将部分内容进行适当的修改。

比如，对于线型元素的换面法求解问题，复杂曲面立体与曲面立体相交空间曲线的求解，利用图解法求解直线实长和对投影面的夹角等内容，进行了删减，减少教学内容。增强的内容：如立体视图的投影画法，尺寸标注等等内容。

讲解机械制图课程教学内容时，以案例为整体介绍，从而引出课程学习目的。首先，采用UG软件建立模型，展示给学生一个机械中常见的装配体结构，如图1所示。

图1 蜗轮蜗杆减速器

图1中为机械传动装置，采用蜗轮蜗杆进行传递运动。向同学讲解如果要将运动方向进行改变，将水平运动转换为垂直运动，需要此时的蜗轮蜗杆机构进行转换。加工制造出这样的机构，前提条件就是设计人员要清晰、正确绘制各个零件的图纸以及总装图纸，这样生产制造人员才能够加工出实际零件，然后根据装配图进行安装和调试。具体绘制各个零件，可以应用UG软件的工程图模块进行演示，如何在国标规定下，严谨正确绘制零件图和装配图，需要掌握制图方面的详细规定和具体画法。首先，在图纸采用上，标题栏绘制，每个不同线条的画法和表达含义上，讲解制图的基础内容。其次，绘制的是平面图纸，怎样将立体空间结构转换为平面，这将引入投影法的基本概念。再次，绘制立体模型，可以将立体抽象为点、线、面进行基本功的训练，最后绘制出立体基本视图。

采用了UG三维造型技术，可以在初始阶段让学生理解机械零件指什么，组装起来的结构，以及怎样用平面图形表达立体结构。这样，在学习制图时，就有一个清晰的概念和基本的认识。

2.2 UG应用在平时作业讲解

机械制图是实践性很强的课程，在每一部分的内容结束后，都要辅以相应知识点的题目进行练习。习题的内容要与教材的内容相配套，及时在学生每次作业做完后，在课堂上对出现的较集中的错误进行板书示范纠正，让学生明白立体结构和绘图的真正意图。比如在讲解习题集作业曲面立体相贯内容时，学生们在作业中对于补画相贯线的立体结构想象不清楚，可以采用UG建立模型，旋转各个角度让学生观察，然后再根据立体模型反推回题目，进行相贯线的绘制。

通过对难度较大或者学生出错率较高的题目的立体模型建立，可以帮助学生们建立所绘图形的立体空间架构，这样，不仅完成了手工绘图的作业，学生也可以从各个角度观察立体模型具体结构，包括内部结构，使得学生的学习不与实际工业脱轨，也为工程类学生更好的理解本行业的专业知识打下基础。

2.3 采用UG进行教学案例

以机械制图中组合体内容为实际教学案例为例，讲解具体教授过程。如图2所示为制图题中常见题型。

图2 立体主视图和俯视图

该题目要求根据两视图，绘制出立体的左视图，并标注尺寸。同学们在绘制立体的左视图之前，首先要根据给定的主视图和俯视图分析立体模型的结构，其基本形体特征以及各个形体之间的位置关系；其次，想象出立体模型空间结构；再次，根据想象空间结构，按照投影基本形式，绘制出左视图；最后按照组合体尺寸标注原则进行标注。图3～图5为具体讲解过程。

标注如图5所示的组合体尺寸，先确定组合体三个方向基准，即长度基准、宽度基准和高度基准，如图3所示。确定尺寸基准后，标注出两个主要形体结构（即图4中编号2和编号3）的形状尺寸，如图5中尺寸R16，直径Φ17，厚度11，R6等等；再标注定位尺寸，如主视图中16和22，用来定位钻Φ17孔的位置；俯视图中12定位长圆孔的位置；最后标注总体尺寸，如主视图中总长60，总高22，俯视图中总宽44。总体尺寸与定形尺寸一致时，不再进行标注。

图3 组合体立体模型

图4 组合体形体结构分析

图5 组合体左视图绘制及尺寸标注

2.4 UG软件应用效果

现在课堂教学基本都采用多媒体课件进行，这样可以在课件中多角度展示立体模型的空间构架和元素之间的交互关系，而且有助于学生空间思维的培养。如果使用实际机械零部件模型，实际模型较小，对于后排的学生看不清楚。其次，所展示的模型破旧，有些模型也找不齐全，在课堂上，直接采用UG软件，备课时，将课堂上平面图形的立体结构建立出来，辅助教学，这样，同学们很容易看懂三维模型，再将其转换为二维平面图纸中，用制图图形展示出。

课程中二维、三维绘图软件的应用，使得绘图的效率和质量大幅度的提高，在图纸的修改、反复利用和保存管理等方面，体现出了手工绘图无法比拟的优越。三维软件在教学中的引入和应用，加深了学生的学习兴趣，更重要的是，对于二维图形和三维立体之间的空间转换，给学生提供了想象的空间，丰富了思维模式，也为提高学生的读图能力和绘图能力提供了有力的技术支持。

机电工程学院的机械专业学生已经在机械制图课程的第一学期系统学习了制图的投影理论、简单立体投影和组合体投影、各种机件的表达方法等。在第二学期，将CAD技术引入教学，学生们除了学习AUTOCAD软件以外，还可以学习三维造型软件，比如UG软件。在授课过程中，用UG建立模型，再将模型转换为二维工程图，讲解图纸绘制，会大大提高知识的接受程度。

采用UG软件教学中，首先采用二维简单图形，通过拉伸或者旋转等特征操作成为立体模型，再将其他立体通过叠加或切割的方式进行组合修改，以期得到预想的立体，最后再将立体模型转换为二维工程图。

学生在读图时，根据图纸建立模型时，首先分析立体结构的每个主体特征和主要部分，分别进行模型的建立，然后进行各个部分的整合，组成为一个完整的模型。整个教学过程让学生对工程图的认识从被迫接受枯燥的理论知识，转变为学生自主的研究和思考，由感性认识上升为理性认识。

3 结束语

通过三维软件UG的教学，使得学生更深入的理解工程图的绘制并不是简单的抄画，图纸的绘制包含了产品的概念设计，工艺要求，技术要求，产品的制造和检验，是一个生产、设计、制造工艺流程而言重要的技术文件。

希望在后续的教学中继续深化改革，继续培养学生严谨科学的制图态度，以及掌握先进制图技术的能力，真正理解“机械制图”不是一门考后就结束的课程，而是贯穿在整个职业生涯中的基本技能，培养学生严谨细致的工作作风和认真负责的工作态度，构架起一座衔接专业领域知识的大桥。

[1]张 冶，洪 雪.Unigraphics NX三维工程设计与渲染教程[M].北京：清华大学出版社，2003.

[2]雷松丽.UG NX7机械与产品造型设计实例精讲[M].北京：机械工业出版社，2010.

[3]http://baike.so.com/doc/671578.html，360百科.

[4]王 巍.机械制图[M].北京：高等教育出版社，2009.

[5]畅为航，段江军，张洪峰.基于UG软件的《机械制图》课堂改革探索[J].装备制造技术，2009（12）：164-166.

[6]王晓光.机械制图课程教学改革方法探索[J].科技信息，2012（5）：354.

[7]袁美荣，廖治凯，曹小艺，等.基于应用型人才培养的《机械制图》教学改革探索[J].职业教育研究，2007(8):69-71.

The App lication of UG Software in MechanicalDraw ing

ZHANGWen-juan1，2，WU Long1，2，JIN Fang-wei1，2
(1.SchoolofMechanical&Electronic Eng.，Sanming University.，Sanming Fujian365004，China；2.Sanming Engineering Research CenterofMechanicalCAD，Sanming Fujian 365000，China)

In the paper,itwassaid that the reason ofMechanicaldrawing about the UG software application in teaching.Thework in the teachingwas improved.The combination of the theory and the practicalofhomework teaching.In order to adapt to themodern industrial design about the environmentof software,the three-dimensionalmodeling technology was introduced into the class teaching.Itwas cultivated to engineerof the rigorousstyle for drawing skills.

mechanicaldrawing；the reform of teaching；three-dimensionalsoftware

G642.0

B

1672-545X（2014）04-0246-03

2014-01-05

校级高等教育教学改革项目(编号：L1215/Q);福建省教育厅A类科技项目(编号：JA12298);福建省教育厅质量工程项目（编号：ZL1002/RM(sj)）;福建省教育厅“卓越计划”改革试点项目（编号：SD1109）

张雯娟（1980—），女，甘肃兰州人，硕士，讲师，主要从事机械工程专业教学，研究方向：板料成形有限元仿真、模具CAD/CAE/CAM。