基于3D技术的高职机械制图与CAD课程测绘实训实施与研究

赵明侠

摘要：绘制工程图样是机械类专业学生从事相关专业的基本技能，本文分析了高职机械制图与CAD课程测绘实训所存在的问题，从测绘内容、实施过程、考核、课外训练等几个方面进行思考，提出基于3D技术的切实可行的实施方法，以提高测绘实训的教学效果以及学生的CAD设计能力。

关键词：3D技术;机械制图;测绘;3D打印

0  引言

《机械制图与CAD》是高职机械、机电类专业的专业基础课，主要培养学生的空间想象能力及绘制和阅读工程图样的能力。随着课改的进行专业基础课的课时不断减少，虽然课程的重点内容还是“读图”和“绘图”，但是很多同学在学完课程后还是看不懂图纸，面对复杂一些的零部件在进行测绘时不知如何正确选择视图表达方式，实际应用能力较差，而零部件测绘作为《机械制图与CAD》课程的实践环节，一般以一周或者两周集中实训的形式進行，它是课程理论与实际应用紧密结合的训练过程，于学生提高读图及作图能力、培养良好工作习惯有很大的帮助，是提高学生动手能力的重要环节，也是企业是推广先进技术、进行设备改进的重要途径，是工程技术人员的必备技能之一。

传统的课程测绘主要还是沿着本科教学的模式，只是将测绘的难度降低了一些，但是高职学生的学生自主性较差，在测绘中往往是一部分学习好的学生先做完其他的学生的图纸都是照抄的，实际达到的效果并不理想，而且学生往往认为自己只要在测绘结束时按量交上图纸就能过关，忽视测绘过程，使得测绘实践周纪律松散周，课堂管理的难度加大。另外随着计算机技术的发展，三维CAD绘图技术的应用已经越来越广泛，将三维CAD技术融入机械制图教学，利用三维立体图和二维平面图之间的转换，能够帮助学生快速、深刻理解立体空间向平面的转化过程，为传统的制图技术带来了新的活力。因此我们在实践教学过程中在测绘的教学内容、教学形式以及考核方式上进行改革，以保证课程的实际教学效果达到要求。

1  测绘教学内容重构

目前一般的机械制图与CAD测绘往往在课程结束后安排一周的集中实践时间，时间短，内容单一，比例不足，学生在测绘实践过程中无法体验学习内容与岗位紧密关联，测绘实践达不到预期效果。针对这一问题我们要对课程内容进行结构调整，除了一周的集中实训外要将测绘技术贯穿在课程教学中，对内容重新设计，让学生在尺寸标注、视图表达方式选择、测绘工具使用、公差技术应用等难点问题上逐一突破，并能综合应用。按照平面图形-组合体-典型零件-装配零部件这四块由简到难的模块，将测绘实践内容融入其中。在平面图形中我们设计的内容有：垫片、机床手柄、钩头楔键，组合体中有：顶尖、垫块、阀芯，典型零件中有：传动轴、拨叉、端盖、阀体，装配体中有：齿轮油泵、千斤顶。通过课程教学中各个小的项目测绘让学生掌握测绘的方法和手段，在集中实训周中利用综合性较高的项目——减速器的测绘对相对分散的内容进行加强和系统训练。

2  测绘实施过程

2.1 强调零件拆卸和徒手绘制草图的重要性

在实施测绘时我们需要将学生分成小组一同完成测绘任务。在零部件拆卸前要让学生通过观察实体、学习相关视频讲解，了解其结构、工作原理和性能，在拆卸过程了解哪些是标准件和常用件、零件之间的连接关系以及装配顺序等。测绘时要让学生掌握钢尺、千分尺、游标卡尺、螺距规、扳手、螺丝刀等测量工具和拆装工具的正确使用方法以及明确拆卸的规范化。测绘模型拆卸完后，我们按照“先重要后次要”的顺序对零件进行尺寸测量、出草图。在这个环节中一定要让学生徒手绘图，在制图课程的教学过程中我们往往注重于学生的尺规作图能力，忽视了徒手绘图的环节，因此很多学生在测绘时也习惯用尺规来作图，但是徒手快速绘制草图，不仅仅可以提高出图率，也是制图的基本功。

2.2 应用3D技术进行三维建模及装配

三维造型设计的基本思想是进行参数化以及变量化设计。利用参数化及变量化设计使得结构尺寸的可以随着零件的设计而自动修改，在装配设计中可以建立装配体中各个零部件之间的特征形状和尺寸之间的关系，在其中一个零部件的形状和尺寸发生变化时，与其相关的零部件的结构与尺寸也随之改变。这样在设计过程中就可以减少大量的重复劳动，减轻工作量。完成草图绘制后，我们可以利用UG、solidworks、中望3D等三维建模软件进行零件建模和装配。在建模过程中通过对零件的逐步造型设计，会加深学生对各种零件类型的划分以及表达方式的确定，建模过程也是对前面零件测绘结果检查过程，如果在测绘时出现漏标尺寸以及基准选择不合理等问题，那么建模的时候都会出现困难，这就迫使学生自觉去检查草图的准确性，加强尺寸标注等难点问题的掌握。在进行模型组装时，各小组成员要将自己完成的部分进行汇总，这时就会出现有的配合部分的尺寸由于不同的成员测量时尺寸不准确而无法装配的情况，学生会对自己的测绘结果进行再次检查，通过这个过程让学生明白严谨、认真的工作态度的重要性。

2.3 利用二维CAD软件完善工程图

在三维建模软件中我们可以根据不同模型的视图表达要求将建立好的零件模型和部件装配体直接导成工程图并进行相应的标注，但如果生成相应的零件图与装配图比较复杂，直接导成工程图后有些细节需要重新修改，这时我们就可以利用AutoCAD等二维绘图软件对图纸进行细节修改并完善相应的尺寸标注、技术要求等。使用二维绘图软件主要是让学生熟练掌握软件的绘图方法并强调绘图的规范性和标准性。

2.4 引入3D打印技术，增强创意性

在测绘实训中通过零部件测绘、手绘草图、三维建模等环节训练，培养学生综合应用制图技术和计算机辅助设计的能力，在此基础上可以引导学生发散思维，对现有的零部件进行创新设计，并利用3D打印机将设计结果快速展现出来，让学生体会到设计和创造的乐趣，提高学生的学习兴趣和测绘实践效果。

3  改革测绘考核方式

测绘教学过程以学生为主体，需要学生自己动手完成相应的任务，因此考核要以过程考核为主，重在考查学生在完成工作任务过程中表现出来的能力。测绘成绩在原有以上交图纸的数量及质量为主要依据的基础上，增大学生完成项目的过程和结果的评价。教学评价的主要内容和权重如表1。

4  以技能竞赛为载体，提高學生学习兴趣。

三维建模和CAD设计技能的提高的需要大量的训练，把测绘课、课外实践相结合，为学生提供训练场地让其自主安排时间完成一定量的训练，不仅可以提高学习效果，还可以丰富学生的课余生活。另外为促进全国中高职院校教育教学改革创新，搭建一个集比赛、培训、认证、教研于一体的竞技与交流平台，全国职业院校的技能大赛进行的如火如荼，而机械制造类的技能竞赛有“工业产品造型设计与快速成型”、“三维数字化建模与加工”、“大学生机械制图与3D建模技术”、“机械设计创新大赛”等项目，从这些技能竞赛的内容来看，主要考察学生的三维CAD技术和创新能力，而高职机械专业的课程设置一般是将CAD/CAM课程单独设置且安排靠后，等学生学了这门课程后也该定岗实习了，学生技能的掌握和大赛脱节，因此将机械制图课程与三维CAD技术结合不但能提高课程的学习效果，也能使学生有更多的参加各种比赛的机会和能力。我们在课外成立“三维数字化产品造型设计”特训队，利用课余时间对学生进行技能训练，鼓励学生积极参与“3D打印创意大赛”、“大学生工程制图及3D建模”等各类比赛以提高学生的综合素质和应用知识的能力，将技能竞赛融入理论和实践教学中，调动学生学习积极性，同时选拔部分学生参与教师的课题研究及产品设计加工等社会服务，培养学生创造性的思维，增加学生就业竞争核心能力。

参考文献：

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