金道算
摘要：机械制图课程是一门对空间形体与二维图形进行相互转换的学科，在教学过程中，如果仅仅是用平面图形或者少量的静止模型，很难使学生形成有效的空间想象力，进而影响教学质量。尤其是组合体、立体相交及剖面图问题成为了机械制图教学中的主要难点。而随着计算机技术的快速发展，三维CAD技术在机械制图教学中得到了越来越广泛的应用。三维CAD技术在机械制图教学中的应用可以完全避免传统教学工具的缺点，具有实物教具直观、容易理解等优点。本文对CAD技术在机械制图教学中的应用进行了分析。
关键词：CAD技术；机械制图；教学
机械制图是一门技术性的基础课程，其主要教学目标是让学生能够掌握机械图样，同时能够进行机械绘图。从客观方面来看，机械制图不仅具有较强的理论性，同时二维与三维空间的交错，还使得其具有一定的抽象性，另外还是一门具有较强实践性的课程。因此，学生在进行机械制图的学习过程中，可能会面临较大的困难。CAD技术是将计算机技术运用到工程产品的设计工作中，该技术可以提供了大量的设计工具，可以使操作人员的设计工作更加简单、快捷，提高设计效率和设计效果。在机械制图教学工作中运用CAD技术，可以将土性结构更加直观地展现给学生，从而使学生更加容易地了解图形结构，提升学生的学习效率。
一、传统机械制图教学方式存在的问题
传统的机械制图教学方式主要以课堂讲授为主，教室在授课的过程中，通过教学模型和教学挂图结合的方式，同时通过教具在黑板上绘制，向学生讲解绘图的原理和方法，二学生则通过练习题和手绘的方式来巩固学习。这种以理论教学为主的方式，缺乏实践操作，教学效率较低，传递的信息量较小，同时手绘的方式绘图质量较差，效率低。显然，面对现代工程技术快速发展对制图所提出的要求，传统的教学方式已经无法适应，因此，需要新的教学方式来提高机械制图的教学效率和教学质量。
二、采用CAD技术进行机械制图的优势
1.操作简单
在机械制图的过程中，机械零件的设计是最常见的工作之一，而对于零件的制造工作来说，CAD可以提供很好的支持和补充。在CAD软件中，既可以单独进行新零件的设计，也可以根据软件模板对新零件进行改装，在对零件模板进行修改时也非常方便。另外，CAD软件可以有效保证零件与零件之间的亲密耦合，大大提升独立设计零件装配的准确性。而在辅助零件制作的过程中，绘图人员可以通过CAD软件自带的数学模型提高绘图效率。
2.绘图的精度较高
通常情况下，机械制图对图形的精度具有较高的要求，普遍精度在毫米级以上，而通过手工绘图的方式往往出现较大的误差，CAD软件具有传统手工绘图无法比拟的优势，其可以实现极高精度的绘图标准，即使在对精度存在极高要求的日影分析和灯光照度分析工作中，其优势也十分冥想。在机械制图中如果能够对CAD技术进行合理的应用，则可以大大提高制图的精度。
3.绘图成果的重复利用
传统的手工绘图方式，不同项目之间的零件无法重复使用，而通过CAD技术，则可以在进行机械绘图时解决这一问题。CAD软件本身可以建立各种素材库，在完成一次零件设计之后，其成果会被存储到相应的素材库中，在之后的绘图中，如果需要采用这种零件结构时，就可直接调用。而如果需要类似的零件，则只需要进行适当的修改就可继续使用，这很好的节约了机械制图的资源，同时也使得绘图工作的效率大幅度提高。
三、CAD技术在机械制图课程中的重要作用
1.改变传统的机械制图教学模式
在传统的机械制图教学教学模式中，主要以教学模型和实物，将抽象的投影关系转变为直观的视觉印象。而基于CAD技术的的机械制图教学，则是通过CAD技术建立清晰的三维模型，模型的精度高、形象逼真、色彩丰富，可以完全取代传统教学方式中的实物模型。CAD技术在机械制图教学中的应用主要具有以下几方面的优势：
(1)对于复杂的零件，尤其是装配体，可以通过CAD技术建立三维模型，然后根据教学的需要，灵活的生成剖面图或者爆炸图，同时还可以进行运动仿真，向学生直观的展现各个零件之间的关系，学生可以更加容易了解零件的结构，另外再加上装配体的动画效果，使教学内容更加的生动、形象，可以大大缩短学生感知、认知的过程，这是传统教学方式所无法实现的。
(2)通过CAD构建三维模型，以数字形式存储在各种存储介质上，可以方便的携带，有效避免了传统实物模型因为受到重量或者体积限制而造成的携带不方便的问题；
(3)通过利用AutoCAD软件，可以根据教学内容的血药，对三维模型进行方便的创建和修改，同时由于其本身可复制，可以更加方便的实现教师之间的交流，实现了资源最大限度的共享，同时由于没有实物模型种类和数量的限制，使得教学的成本的大大降低，也最大限度的发挥出了多媒体教学的服务功能。
2.激发学生的学习积极性
通过CAD技术构建三维模型，可以使机械制图的教学内容通过文字、图像、动画、视频等多种方式呈现给学生，创造了动静兼备、视听组合的教学氛围[4]。机械制图的知识通过多种方式传递给学生，使得学生更加容易产生学习的兴趣，激发学生学习的积极性。同时，随着现代计算机技术的不断发展，CAD方面的课程已经成为工科专业的必修课程之一，而由于CAD相关的课程是在机械制图的基础上开展的，通常课程的开设滞后于机械制图课程。而在机械制图的教学过程中，因为需要结合CAD技术开展教学，可以让学生提前感受到CAD技术带来的优势，从而为后续CAD专业课程的学习培养了学习兴趣，并打下了良好的基础。
3.提高教师自身的专业素质
随着计算机技术的发展，对教师提出了更高的要求，要求教师不断创新教学手段，而教室在探索和创新的过程中需要不断学习新的知识，充实自我，逐步从传统的经验型教师向科研型教师进行转变，从而满足现代教学工作的需要，保证教学质量。同时，采用创新的教学方式，会对周围的教师产生一定的带动作用，教师之间相互讨论教学方法，切磋各方面的技术算技术，协同合作，共同进步，为学生建立了良好的榜样作用。
4.培养学生的空间思维能力
在机械制图的教学过程中，由于涉及到大量的二维和三维图形，需要对学生的空间思维能力进行重点培养。而在实际教学的过程中，学生通常只能在课后通过大量的练习题来达到这一学习目的，但是在做题的过程中，所产生的错误通常无法得到及时的指导和纠正，这就容易使学生产生畏难情绪，对学习失去兴趣，造成这种现象主要有以下几方面的原因：(1)学生初学机械制图，空间思维能力较差；(2)缺乏感性认识；(3)缺乏有效的自主学习条件，学生做练习，通常只能通过同学之间对答案、相互讨论等方式来辅助学习。由于得不到及时的指导和纠正，学生就容易失去学习的兴趣，在这种条件下，教师无论如何努力，教学质量都很难提高，因此，要进一步提高教学质量，需要大力培养学生的空间思维，同时为学生提供良好的自主学习条件。
四、CAD技术在机械制图教学中的应用
1.CAD技术在组合体教学中的应用
图1已知组合体主视图(左)和俯视图(右)
根据图1给出的组合体主视图和俯视图，要求补充组合体的左视图。根据已知的组合体视图，进行土性分析后可以得到该零件在主视图中包含两个粗实线围城的现况，根据形体分析法可以得出构成该组合体的两个基本体。用“长队正、高平齐、宽相等”可以得到基本体的形状和特点。在基本体上再进行一些切割和挖孔，则可以得到准确的形状，主视图左边较大的线框部分可以看作图2中主视图作为界面进行前后拉伸之后得到的，图3则为初步确定的模型。
图2拉伸截面图3拉伸后的模型
然后对该基本体的切割部分进行分析，利用线面分析法进行分析之后得出此处进行了两次切割，第一次切割用了一个测评面、一个水平面和两个正平面切割，从斜面切到主视图中虚线的水平面，没有完全且同，在CAD软件中，可以在主视图平行的平面上作出其截面形状，前后进行拉伸切割，这一步得到的模型如图4所示。然后作俯视图中所示的半圆槽，该半圆槽的特征在俯视图中较为明显，因此作一个俯视图中的形状进行上下切割，得到如图5所示的模型。
图4第一次切割图5第二次切割
在完成图5所示的模型之后，结合主视图和俯视图对右上角的基本体进行分析和建模，从俯视图中可以明显看出该基本体的特征，可以使用俯视图所对应的截面进行上下拉伸得到，在建模过程中需要注意两个基本体之间面的连接，最后得到的组合体模型如图6所示。
图6组合体模型
在对图形进行分析和建模的过程中，所经历的是一个将抽象过程变为具体模型的过程，学生更加容易接受，学生在通过练习掌握基本的分析和建模方法之后，就可以很容易的对各类图形进行分析和建模，从而起到举一反三的作用。
2.CAD技术在剖视图教学中的应用
在图形的表达中，剖视图具有十分重要的作用，在具有内部结构的零件图和装配图中，大量通过剖视图来表达零件的内部特点及各部分结构之间的对应关系，在机械制图的教学过程中，同样可以通过CAD技术来对这些知识进行教学，下面举例进行说明。
图7已知视图
如图7所示的图形中要求将左视图作为A-A剖视图。首先根据主视图和俯视图想象出具体的形状，然后利用形体分析法分析后用实体旋转、拉伸、切割等命令创建组合体的虚拟模型，如图8所示。在创建模型之后通过加想象的剖切平面进行剖切，然后利用剖视图的表达方法作图。在CAD软件中，通过切割命令将完整的模型在剖切位置切开，如图9所示，从图中可以清洗的了解到模型在剖切之后的变化，具体的结构和材料，通过正确的表达方式即可准确的作出剖视图。
图8实体模型图9模型剖切之后的形状
通过本文的分析可以了解到，CAD技术在机械制图教学中的应用很好地解决了传统教学方式面临的困难，同时也为机械制图教学工作注入了新鲜的血液和动力，从根本上促进了机械制图教学工作教学质量的提高和教学理念改革。
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(1).
[2]沈琦萍.CAD在机械制图教学中的应用[J].中国科技信息，2006(5).
[3]张信群.Solidworks在机械制图教学中的应用与探讨[J].滁州职业技术学院学报，2011(2).
[4]承碧华.AutoCAD对机械制图教学的辅助作用[J].现代物业(上旬刊)，2011(11).
[5]姚银梅.中职机械制图教学中CAD运用的必要性[J].新课程学习(中)，2013(11).
(作者单位：浙江省乐清市职业中等专业学校325600)