浅析机械制图教学中三维实体造型技术的应用
摘要:传统的教育技术已不能满足现代机械制图教学的需要。科技的发展促进了教育技术的发展。本文在分析了传统制图课教育技术的弊端后,从教学模式、模型库建设、各章节难点、授课形式四个方面阐述了将三维实体造型技術应用于机械制图教学中的方法。
关键词:机械制图;三维实体造型技术;教育技术
图样是工程技术界的语言,对于机电类专业而言,机械制图是一门非常重要的专业基础课,培养学生的识图和绘图能力是每一位教师的重要任务。在根据实体绘制三视图和根据三视图想象实体形状的练习中,学生的空间想象力起着至关重要的作用。
机械制图教学传统教育技术分析
传统的制图教学采用挂图和模型帮助学生直观、形象地理解物与图的关系,取得了一定的教学效果,但也有很多弊端。比如,教材不断更新,实物模型跟不上教材更新的步伐;教师在授课过程中无法随意切割、拉伸模型来应对题型的变换,制约了授课思路;模型成本高,不便于携带;教室后排的学生看不清挂图;更换挂图耽误课堂时间;让学生拿萝卜、土豆雕刻模型,课堂秩序容易混乱。截交线和相贯线是提升学生空间想象力的重要教学点,无论雕刻土豆还是捏橡皮泥,由于误差大都无法把截交线、相贯线的形成及形状表达清楚,学得好的学生寥寥无几。
同时,教师讲授新课和做习题时,需要在黑板上绘制大量图形,致使教师体力消耗大,课堂容量小,节奏松弛。对于学生而言,即使在课堂上听明白了,在课后做练习有疑问,模型、挂图、教师都不在,问题得不到及时解决,久而久之,就会失去学习的兴趣。
近几年,教育技术在不断更新和成熟,比如多媒体课件提高了课堂教学效率,减少了教师的劳动量,较之黑板教学有了很大进步。但是,这些“课件”都是将立体模型以图片的形式拷贝到PowerPoint里的,无法翻转和移动模型,学生看不到模型的全貌,难以较好地理解知识。尤其是“三视图绘制”一节,课件中给出的组合体图片,孔是否穿通、是螺纹孔还是光孔、通槽的深度和形体是否前后对称等信息均无法从图片中获取,只能靠教师解释。同时,由于职业教育加大了实践力度,每学期都有实习,加之机械制图又增加了计算机绘图章节,必须留有一定的上机操作时间,致使机械制图的理论授课时间减少了很多。
由此可见,传统的教育技术已不能适应现代机械制图教学,高职制图教学必须引入新的、先进的技术手段,才能跟上高职教育技术改革的步伐。
三维实体造型技术介绍
随着科技发展日新月异,三维实体造型软件百花齐放,常用的有Solidworks、CAXA、AutoCAD、UG、Pro/Engineer等。这些软件都具备二维和三维绘图功能,能完成三维实体造型,能从实体造型生成三视图和剖视图,可以绘制有着真实色彩、附于材质、显示表面特征及光照效果的高保真图形。其出众的建模能力和优化的设计流程能充分满足机械、电子、建筑、汽车、航天等特定行业的设计需要。
笔者将三维实体造型技术应用到制图教学中,用这些软件做出的模型精度高、质感好、形象逼真、色彩丰富,极受学生欢迎。在具体演示中,“实体”可以实现任意方向的旋转、任意截面的剖切,可以清晰地观察物体的各部分结构。大量的制图教学实践证明,三维实体造型技术不仅可完全避免传统制图教育技术的弊端,而且能更有效地培养学生的空间想象力,进而提高教学质量。
三维实体造型技术在制图教学中的应用
(一)建立“体—图—体”的新型实体化教学模式
传统教育技术下的制图教学受教学条件不佳、学生做模困难等客观因素的影响,只能先从二维图纸入手想象立体形状,再从立体形状绘制二维图形,即实行“图—体—图”的教学模式。这一模式违反了人们对形体的认知规律,初学者非常难懂,很难在头脑中建立空间关系。将三维实体造型技术引入制图教学后,制图教育技术有了飞跃发展。基于Solidworks等软件强大的三维造型功能,我们终于实行了“体-图-体”的实体化教学模式。
目前,机械行业的数控技术已经非常成熟,Solidworks等计算机绘图与加工软件强大的三维造型功能已弱化了二维图纸在行业中的作用。在三维设计过程中,设计者设计的产品可直接与机床连接进行加工。课程改革要求保证课程的培养目标与生产一线“零距离”接触,因此,机械制图的课程培养目标应由以往的培养学生的识图和绘图能力上升为培养学生很强的空间思维能力和创新性构型能力。
Solidworks软件具有造型准确、简便、快速的特点,教师授课时可根据备课内容,现场绘制实体,通过选择基准面、草图绘制、拉伸实体、建立参考基准面、拉伸切除等操作建立教学所需的模型。让学生注意观察模型的形成过程,逐渐在头脑中形成三维空间概念,然后由体入手,把原本按照点、线、面、体顺序进行的教学改为由体抽取点、线、面,学生就可在三维空间中直接认识和感知空间几何元素。并且,利用Solidworks软件里三维模型和二维视图的相关性,能直接导出二维工程图纸,包括基本视图、剖视图、斜视图、及轴测图等,能让学生非常直观地看到各视图的形成过程及视图间的关系。这种顺向思维教学方式学生更易接受。应在学生理解和掌握了由体到图的形成过程后,再给出三视图,让学生想形状,由图到体进行空间思维的练习。如果空间问题解决不了,就在教师的引导下,由学生配合,教师用Solidworks绘出实体与图对照,这样反复训练,学生的空间思维能力和构型能力也能迅速提高。
这种基于三维造型软件的“体—图—体”的教学模式易于被学生接纳,不仅能节省购买模型、挂图的资金,还能让学生全方位观察机件及其内部结构,教学效果非常明显。
(二)建立机械制图三维模型库
机械制图的教学离不开模型,利用Solidworks制做出的模型完全可以取代实物模型,并且可以根据教材的更新而修改。教师只需携带装有虚拟模型库的光盘或U盘即可授课。这种将三维造型软件应用于机械制图教学的教育技术,应当成为现代制图授课教师的必备技能。
结合机械制图教材和练习册中的习题,利用Solidworks构建教学模型库,模型库可分为基本体、组合体、零件和装配体四个部分。每个部分可根据课堂例题和课后练习建立三个库,即三维模型库、二维视图表达库、动画模拟仿真库,三个库之间相互联系、一一对应。在授课过程中,更改三维模型或任一二维视图的尺寸,会导致三维实体和所有二维视图自动更新,软件的先进性能实现模型库的自我管理,其实用性是传统教育技术无法比拟的。
同时,可以把机械制图模型库传输到校园网上,当学生课后遇到困难时,可直接通过校园网打开模型库,找到需要的模型,仔细观察,得到辅助,从而顺利完成课后练习。一般模型库中都收集了大量典型零部件的三维模型和与之对应的二维工程图,学生可以将自己对零件的表达方法与库中对照,找出不同与不足,自己修改,变被动学习为主动思考,提高学习能力和解决问题的能力。
(三)利用Solidworks技术突破各章节难点
截交线、相贯线在传统工程制图教学中,求截交线、相贯线都是用立体表面取点、做辅助面等方法来解决,讲解起来学生很难理解空间的相互关系。引入Solidworks后,只需正确绘出体与体的相交或截切,截交线与相贯线会自动生成,学生很容易观察到。利用旋转命令从不同角度充分观察形体的形状及表面交线,再运用剖面视图直观地呈现不同截面上表面交点的位置,教师能很容易地给学生指出截交线与相贯线上的一些特殊点,并讲述画法,可大大节省教学时间。同时,由于Solidworks建模是一个参数化的设计过程,当改变立体相交的位置时,可得到各种不同的相贯线,能拓展学生空间想象的思路,进一步提高学生的空间思维能力。
组合体教材给出了两个很经典的组合体实例,即轴承座和V型切割体。笔者在以往的授课中,先拿出木制的轴承座模型让学生假想把它分开,再一块一块地组合起来,讲解相接、相切、相交的组合形式,整个过程都在教师的语言描述下完成,没有任何真实动作。根据教材要求,画三视图时,要依次画出每个简单形体的三视图,由于模型小、已破损,学生不易观察出每个形体间交线的形状,给学生传看模型还易造成课堂秩序混乱。在讲V型切割体的三视图绘制时,只能在黑板上绘制立方体轴测图,然后一刀一刀地切割,不停地修改,引导学生绘出三视图,整个过程都在黑板上通过粉笔和教师的描述来完成,直观性差,事倍功半。自从引入Solidworks软件教学后,教学效果明显提高。我在授课时,先让学生观看用Solidworks绘制轴承座的过程,形体在叠加、截切时自动生成了交线,交线的形状一目了然,不需做过多的解释。在确定主视图的投影方向时,可以选择软件中的显示变换工具条,显示方式选择正视投影、左视投影和俯视投影,让学生自己观察哪个投影最能反映物体的形状特征,即确定为主视图。在指导学生作图时,将组成轴承座的底板、圆筒、支撑板、肋板依次选中,让学生边观察边讨论,根据不同的投影方向,按顺序画出各组成部分的三个视图。教师对相切、相接、相交处的画法作重点讲解和示范,让学生将图形按要求绘制好后,在软件中打开轴承座的工程图纸,对照找出自己的错误与不足。然后,教师总结易出错的地方,学生最终完成零件图的绘制。整堂课下来,教师教得轻松,又能紧紧抓住学生的注意力;学生通过形象逼真、具有质感的模型,既学得轻松,又很快掌握了课堂内容,Solidworks让制图教学变得轻松而愉快。
零件的表达方法剖视是较难理解的,没有剖开的模型,学生很难想象其实体形状。利用Solidworks建模后,先让学生观察零件的外部形状,再用剖切平面把零件模型剖开,观察其内部的结构形状,学生可以比较和选用不同的剖切方法,画出不同的三视图,避免学完剖视后,出现对各种剖切方法不能灵活运用的问题。
装配体由于学生缺少实践经验,对装配体了解甚少,教师怎么讲,学生就怎么记,难以独立分析问题。笔者利用Solidworks中的动画功能,展示装配体中零部件的装配关系及装配体的结构和工作原理,让学生了解装配体的装、拆顺序和零件间的动力传递路径,从而可使学生直观地快速掌握装配体的知识。由于Solidworks具备高品质的渲染功能并自带材质库,提供定义好的金属、木材、石材、塑料等材质纹理,可以为整个零件、单个特征、单个表面添加材质,制做出的动画仿真效果极佳,能达到与拆卸实物一样的教学效果。
(四)完善了传统的授课形式
如要将三维造型軟件应用到机械制图课堂上,授课地点应选在多媒体教室而不是计算机房。我们的教学重点是利用三维实体造型软件辅助教学培养学生的空间思维能力和零件表达能力,而不是学习Solidworks软件的使用。所以,制图授课教师在教学时一定要调配得当,重点突出,否则会出现本末倒置、主次不分、教学重点模糊等问题。
教师在利用三维软件教学时,要充分发挥自身的主导作用,不能让学生只是观看模型演示,要让学生参与其中,分析问题、解决问题,把传统的教师单向灌输改为互动式教学。教师要充分让学生动脑、动口、动手,还要给学生独立思考机会。总之,三维实体造型软件能让教师和学生在轻松愉快的环境下共同完成教学任务。
参考文献:
[1]谢忠佑,张雅雯,蔡建安.Solidworks完全实例教程[M].北京:机械工业出版社,2007.
[2]高玉芬,卜桂玲.机械制图[M].大连:大连理工大学出版社,2007.
[3]武海华.机械制图与CAD[J].科技情报开发与经济,2007,(8).
作者简介:
刘莹(1975—),女,宁夏民族职业技术学院讲师,主要从事机械制图课程的教学与研究。
(本栏责任编辑:谢良才)
作者：刘 莹
[摘 要] 该文基于工程教育专业认证以学生为中心、以成果为导向、持续改进的三大核心理念，改变传统教学以知识传授为目的、以教师为中心、以学科导向的教学模式，聚焦于解决复杂机械工程问题，从课程定位、课程教学目标、教学内容、教学方法与手段、教学评价与持续改进等角度对三维实体造型设计课程的教学模式进行改革，以支撑机械工程专业的毕业要求和培养目标的实现。
[关键词] 工程教育;成果产出;持续改进
[作者简介] 张 晶(1982—)，女，山东东阿人，硕士，济南职业学院智能制造学院副教授，主要从事三维实体造型设计、PLC控制技术、数控机床系统维护和调试研究。
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一、工程教育認证的核心理念
工程教育专业认证的核心理念包括：以学生为中心(Student Centered，SC)、以成果为导向(Outcome Based Education，OBE)和持续改进(Continuous Quality Improvement，CQI)。工程教育认证的核心理念是相互联系的整体，涵盖学生专业发展的全过程，是面向工程师职业的全面发展，是涵盖知识、能力、素质等多维度发展。工程教育认可的成果，就是面向全体合格毕业生的培养目标和毕业要求，体现在经过工程专业培养的学生应具备的职业素养和从业能力。
二、工程教育理念在三维实体造型设计课程教学中的体现
1.三维实体造型设计教学中存在的问题。教师是教学活动的主体，教师关注的是教学目标是否明确、教学行为是否规范、教学方法是否科学、教学效果是否达到。教学评教的对象也是教师教得怎么样，而不是学生学得怎么样。课程负责人制定教学大纲时，往往聚焦于学生能学到哪些知识、哪些知识是重点难点内容、哪些知识点应该考核，很少关注到学生通过学习本门课程在毕业时应具备何种技术性和非技术性能力，是否对学生解决复杂机械工程问题提供支持。
2.基于OBE理念进行教学目标和教学内容设计。根据机械工程专业培养目标和毕业要求体现的知识、能力要求，将三维实体造型设计的课程目标解构为知识目标、能力目标，以促进学生技术性和非技术性能力的达成。其中，知识的传授和应用是提高学生工程素养与设计能力的途径。知识目标以知识应用为目的，掌握解决复杂零件、装配体和工程图等建模设计方法。能力目标定位在复杂零件、装配体、工程图的建模绘图能力上。知识是能力的基础，不是为了分数而学习知识，而是为了解决复杂机械工程问题。OBE关注的是学生通过教育过程所取得的学习成果，把学生的获得作为教学的最终目的，所有教学环节必须围绕成果产出来组织，即课程目标必须支撑毕业要求指标点的达成。首先要明确课程体系对毕业要求的支撑关系，然后再建立毕业要求和课程目标的对应关系。
三维实体造型设计是一门以机械CAD软件为工具进行三维实体造型设计的现代设计工具类课程，设计环境复杂，建模命令繁多，如果教师以具体知识点的讲解出发进行教学，单调乏味，学生参与感不强。因此教学过程需要以学生熟知的经典案例为引导，以典型任务驱动教学内容的实施。首先将课程内容划分为零件设计、装配体设计和工程图三大模块，而后在各模块内设置典型任务，且各模块任务之间存在上下游关联。以减速器为例，需要先建立其各零部件的三维实体模型，将各种建模命令及草图绘制命令、基本参考体设定等融入典型零件的建模过程中，对于标准件介绍Toolbox设计工具及迈迪设计宝等第三方插件的调用方法;而后进行装配建模，将各种配合关系融入到减速器装配过程中;最后介绍各种视图生成和标注命令。通过项目任务把“零件—装配体—工程图”三大内容衔接起来，完成典型项目任务。教师发挥教学先行者作用，有侧重点地选择不同项目任务，实现对课程目标和教学内容的全面覆盖，例如选择台灯的设计任务时重点练习曲面/曲线设计，平口钳任务重点练习扫描建模及丝杠/螺母副配合关系等。
3.以学生为中心多种教学手段并举。三维实体造型设计课程的“实践性”和“工具性”特征，决定了学生必须参与到整个课堂教学和上机教学的全过程，突出学生的主体地位和教师的引领者作用。通过采用“教—学—做”相结合、分组教学、科创比赛激励教学等教学手段，从兴趣培养、实践能力、团队协作、创新意识等多维度实施教学，将教学理念从“教得怎么样”向学生“学得怎么样”过渡。
(1)教、学、做相结合。“教”，教师要做好教学先行者，根据实际上课时长，设计教学内容、创建教学情境、设计典型任务，合理划分理论授课和实践内容，鼓励学生带笔记本电脑上课，边听边学;“学”，学生实时跟随教师授课节奏和建模方法，完成典型案例建模，体会建模中常见问题及解决方法，学会“自助式”“自主式”学习;“做”，学生根据教师布置的任务，通过上机实操和课下练习，熟练掌握所学建模命令和建模思路。
(2)分组教学。解决复杂机械工程问题贯穿于机械工程整个专业认证要求，反映在本课程中主要体现在零件建模的多样性、装配体建模的复杂性、工程图视图的规范性和完整性，通常采用分组教学法来实施教学。教师按照自愿组合、合理调配原则将学生划分为若干项目组，组长负责项目任务管理，组织协调设计任务的细分，各组员分工协作，既独立完成各自建模任务，又协同完成装配任务。
(3)科创比赛激励教学法。兴趣是最好的老师。鼓励机械工程学生参与挑战杯、先进成图比赛、智能制造大赛等科创比赛中通常都设置有三维虚拟设计内容，因此在讲授三维实体造型设计课程时，将各类比赛相关项目的内容设置、技术特点、选拔机制、奖励办法、与本课程相关建模技术的关系等向学生做相应介绍;鼓励并指导学生参与相关赛事，激发学生的学习和创新兴趣。
4.课程达成度评价与持续改进。
(1)面向过程的课程培养环节和考核方案。通过授课、上机、作业、大作业培养环节来达成课程目标及毕业要求指标点。基于本课程的“工具性”特征，相对于形成性考核(如试卷等)，教师更关注过程性考核。对于过程性考核，按照能力层级递进原则，从草图绘制→零件建模→装配体建模→创建工程图→调用设计工具等布置相应的作业，并在上机环节集中辅导，环节设定可衡量。形成性考核基于Rubrics尺规，建立各教学环节的评分细则表，实现考核方案的可衡量，为课程、毕业要求达成度评价提供基础数据。具体到本课程，需要根据设计任务的复杂性、完整性，按照课程目标和毕业要求指标点来设置考核项目、各部分权重及考核细则。
(2)课程达成度评价与分析通过对上述各个培养环节和考核方案，对学生学习三维实体造型设计课程的学习效果、对课程目标和必要要求的达成情况进行评价和分析。由授课教师及课程负责人分别对授课班级和整门课程进行达成度评价和分析，课程(班)达成度评价值的计算公式如下：
课程(班)达成度=
授课教师及课程负责人通过对各指标点达成情况进行分析，找出对毕业要求支撑相对薄弱的课程目标及内容，从而从教学环节设置、教学方法改进、软硬件设置更新等各方面分析原因，提出改进措施;通过对近三年的课程(班)达成情况的对比分析，分析上次评价中的薄弱环节及改进措施的实施效果、本次评价中薄弱环节及改进措施，以促成本课程的持续改进。
(3)课程反思。除了上述课程(班)达成度的评价与分析，本课程在课程结课时开展学生对学习效果及是否达成毕业要求的自我评价调查，通过量化评价结果形成对本课程达成度的间接评价，通过对比直接评价和间接评价的差异性，找出教学中的短板问题。在每学期课程开始之前，进行学生座谈和教学反思活动，倾听学生及同行的建议和意见，每学年根据课程达成情况、学生及同行反馈情况组织修改教学大纲，以达成教学工作的持续改进。
三、结论
本文探讨了机械工程专业认证背景下对三维实体造型设计课程的教学改革的思路和方法，秉承工程专业认证以学生为中心、以成果为导向、持续改进三大理念，结合三维实体造型设计课程实践，从教学内容设计、教学方法、教学环节及考核方案、课程达成情况评价、教学反思等角度对传统三维实体造型设计课程教学提供了教学改革的思路和方法。
參考文献
[1]王孙禺，赵自强，雷环.中国工程教育认证制度的构建与完善——国际实质等效的认证制度建设十年回望[J].高等工程教育研究，2014，(05)：23-34.
[2]孙晶，张伟，崔岩，等.工程教育专业认证的持续改进理念与实践[J].大学教育，2018，(07)：71-73+86.
Key words：Engineeringeducation;Outcomeoutput;Continuous improvement
作者：张晶
摘要:科技的发展促进了教育技术的发展。本文在分析了传统制图课教育技术的弊端后,从教学模式、模型库建设、各章节难点、授课形式四个方面阐述了如何将三维实体造型技术应用于机械制图教学中。
关键词:三维实体造型技术;机械制图教学;应用
图样是工程技术界的语言,对于机电类专业而言,机械制图是一门非常重要的专业基础课,如何培养学生的识图和绘图能力是每一位制图教师的重要任务。在根据实体绘制三视图和根据三视图想象实体形状的练习中,学生的空间想象力起着至关重要的作用。
机械制图传统教育技术分析
传统的制图教学,采用挂图和模型来帮助学生直观、形象地理解物与图的关系,取到了一定的教学效果,但是这种传统、落后的教育技术有很多弊端,例如,教材不断更新,实物模型跟不上教材更新的步伐;教师授课过程中无法随意切割、拉伸模型来适应变换的题型,制约了授课思路;模型成本高,不便于携带;后排的学生看不清挂图,更换时耽误课堂时间等。截交线和相贯线是提升学生空间想象力的一个重要章节,无论雕刻土豆还是捏橡皮泥,由于误差大都无法把截交线、相贯线的形成及形状表达清楚,理解的学生寥寥无几。
同时,教师讲授新课和做习题时,需要在黑板上绘制大量图形,致使教师体力消耗大,课堂容量小,课堂节奏松弛。对于学生而言,虽然课堂上听明白了,但课后做练习有疑问时,模型、挂图、教师都不在,问题得不到及时解决,久而久之,就失去了学习制图的兴趣。
近几年,教育技术在不断更新和成熟,比如使用了多媒体课件,提高了课堂教学效率,减少了教师的劳动量,较之黑板教学有了很大进步。但是,再好的课件,立体模型都是以图片的形式拷贝到PowerPoint里的,无法翻转、移动模型,学生看不到模型的全貌,不能有效地帮助学生理解知识。尤其是组合体章节中“三视图绘制”一节,课件中给出的组合体图片,孔是否穿通、是螺纹孔还是光孔、通槽的深度、形体是否前后对称等信息都无法从图片中获取,只能靠教师解释。同时,由于职业教育加大了实践力度,使机械制图的理论授课时间减少了很多。
由此可见,传统的教育技术已不能适应现代化教学,高职制图教学必须引入新的、先进的技术手段,才能跟上高等职业教育技术改革的步伐。
三维实体造型技术介绍
科技发展日新月异,三维实体造型软件百花齐放,常用的有Solidworks、CAXA、AutoCAD、UG、Pro/Engineer等。这些软件都具备了二维和三维的绘图功能,能完成三维实体造型,能从实体造型生成三视图和剖视图,可以绘制有着真实色彩、附于材质、显示表面特征及光照效果的高保真图形,出众的建模能力和优化的设计流程能充分满足机械、电子、建筑、汽车、航天等特定行业的设计需要。
我们将三维实体造型技术应用到制图教学中,用这些软件做出的模型精度高、质感好、形象逼真、色彩丰富,极受学生欢迎。在具体演示中,实体可以实现任意方向的旋转、任意截面的剖切,可以清晰地观察物体的各部分结构。大量的制图教学实践证明,三维实体造型技术不仅完全避免了传统制图教育技术的弊端,还更加有效地培养了学生的空间想象力,提高了教学质量,收到了良好的效果。
三维实体造型技术在制图教学中的应用
(一)建立“体—图—体”的新型实体化教学模式
传统的教育技术受教学条件不佳、学生做模困难等客观原因的影响,只能先从二维图纸入手想象立体形状,再从立体形状绘制二维图形,即实行“图—体—图”的教学模式。这一模式违反了人们对形体的认知规律,初学者感到非常难懂,很难在头脑中建立空间关系。自从将三维实体造型技术引入制图教学后,制图教育技术有了飞跃的发展。基于Solidworks等软件强大的三维造型功能,我们终于实行了“体—图—体”的实体化教学模式。
目前,机械行业的数控技术已经非常成熟,Solidworks等计算机绘图与加工软件强大的三维造型功能已慢慢弱化了二维图纸在行业中的功能。在三维设计过程中,设计者设计的产品可直接与机床连接进行加工。课程改革要求保证课程的培养目标与生产第一线“零距离”接轨,因此,机械制图的课程培养目标应由以往的培养学生的识图和绘图能力上升为培养学生很强的空间思维能力和创新性构型能力。
Solidworks软件具有造型准确、简便、快速的特点,教师授课时可根据备课内容,现场绘制实体,通过选择基准面、草图绘制、拉伸实体、建立参考基准面、拉伸切除等操作,建立教学所需的模型。让学生注意观察模型的形成过程,逐渐在头脑中形成三维空间的概念。然后由体入手,把原本按点、线、面、体顺序进行的教学改为由体抽取点、线、面,让学生在三维空间中直接认识和感知空间几何元素。并且利用Solidworks软件里三维模型和二维视图的相关性,能直接导出二维工程图纸,包括基本视图、剖视图、斜视图、及轴测图等,让学生非常直观地看到各视图的形成过程及视图间的关系。这种顺向思维教学方式,学生更易接受。应在学生理解和掌握由体到图的形成过程后,再给出三视图,让学生想形状,由图到体进行空间思维的练习。如果空间问题解决不了,就在教师的引导下,由学生配合,教师用Solidworks绘出实体与图对照,这样反复训练,学生的空间思维能力和构型能力能迅速提高。
这种基于三维造型软件的“体—图—体”的教学模式易于被学生接纳,不仅节省了购买模型、挂图的投入,还能让学生全方位观察机件及其内部结构,教学效果非常明显。
(二)建立机械制图三维模型库
机械制图的教学离不开模型,利用Solidworks制作出的模型完全可以取代实物模型,并且可以根据教材的更新而修改,只需携带装有虚拟模型库的光盘或U盘即可授课。这种将三维造型软件应用于机械制图教学的教育技术,应当成为现代制图教师的必备技能。
结合机械制图教材和练习册中的习题,可利用Solidworks来构建教学模型库,模型库可分为基本体、组合体、零件体及装配体四个部分。每个部分可根据课堂例题和课后练习建立三个库,即三维模型库、二维视图表达库、动画模拟仿真库,三个库之间相互联系、一一对应。在授课过程中,更改三维模型或任意二维视图的尺寸,会导致三维实体和所有的二维视图自动更新,软件的先进性实现了模型库的自我管理,其实用性是传统教育技术无法比拟的。
同时,可以把机械制图模型库传输到校园网上,当学生课后遇到困难时,直接通过校园网打开模型库,找到所需要的模型,仔细观察,得到辅助,从而顺利完成课后练习。模型库中还收集了大量典型零部件的三维模型和与之对应的二维工程图,学生可以通过将自己对零件的表达方法与库中对照,找出不同与不足,自己修改,变被动学习为主动思考,提高学习能力和解决问题的能力。
(三)利用Solidworks技术突破各章节难点
截交线、相贯线在传统工程制图教学中,求截交线、相贯线都是用立体表面取点、辅助面等方法来解决,这样讲解起来学生很难理解空间的相互关系。引入Solidworks后,只需正确绘出体与体的相交或截切,截交线与相贯线自动生成,学生很容易观察到。利用旋转命令,从不同角度充分观察形体的形状及表面交线,再运用剖面视图直观地呈现不同截面上表面交点的位置,教师很容易给学生指出截交线与相贯线上的一些特殊点,并讲述画法,可大大节省教学时间。同时,由于Solidworks建模是一个参数化的设计过程,当改变立体相交的位置时,可得到各种不同的相贯线,能拓展学生空间想象的思路,进一步提高掌握较好的学生的空间思维能力。
组合体教材给出了两个很经典的组合体实例,即轴承座和V型切割体。笔者在以往的授课中,先拿出木制的轴承座模型让学生假想把它分开,再一个一个组合起来,讲解相接、相切、相交的组合形式,整个过程都在教师的语言描述下完成,没有任何真实动作。根据教材要求,画三视图时,要依次画出每个简单形体的三视图,由于模型小、已破损,学生不易观察出每个形体间交线的形状,模型传下去给学生轮着看,易造成课堂秩序乱。在讲V型切割体的三视图绘制时,只能在黑板上绘制立方体轴测图,然后一刀一刀地切割,不停地修改,引导学生绘出三视图,整个过程都在黑板上用粉笔和教师的描述来完成,直观性差,事倍功半。自从引入Solidworks软件教学后,教学效果明显提高。笔者在授课时,先让学生观看教师用Solidworks绘制轴承座的过程,形体在叠加、截切时自动生成了交线,交线的形状学生一目了然,不需教师做过过多的解释。在确定主视图的投影方向时,可以选择软件中的显示变换工具条,显示方式选择正视投影、左视投影和俯视投影,让学生自己观察哪个投影最能反映物体的形状特征,即确定为主视图。在指导学生作图时,将组成轴承座的底板、圆筒、支撑板、肋板依次选中,让学生边观察边讨论,根据不同的投影方向,按顺序画出各组成部分的三个视图。教师对相切、相接、相交处的画法作重点讲解和示范,让学生将图形按要求绘制好后,在软件中打开轴承座的工程图纸,对照找出自己的错误与不足。然后,教师总结易出错的地方,学生最终完成零件图的绘制。整堂课下来,教师既讲得轻松,又能紧抓学生的注意力;学生通过形象逼真、具有质感的模型,既学得轻松,又能很快掌握课堂内容,Solidworks让制图教学变得轻松而愉快。
零件的表达方法剖视是较难理解的,没有剖开的模型,学生很难想象其实体形状。利用Solidworks建模后,先让学生观察零件的外部形状,再用剖切平面把零件模型剖开,观察内部的结构形状,学生可以比较和选用不同的剖切方法,画出不同的三视图,避免产生学完剖视后,对各种剖切方法不能灵活运用的弊端。
装配体由于学生缺少实践经验,对装配体了解甚少,教师怎么讲,学生就怎么记,不能独立分析问题。利用Solidworks中的动画功能,可以展示装配体中零部件的装配关系及装配体的结构和工作原理,让学生了解装配体的装、拆顺序和零件间的动力传递路径,形象、直观地掌握装配体的知识。由于Solidworks具备高品质的渲染功能并自带材质库,提供定义好的金属、木材、石材、塑料等材质纹理,可以为整个零件、单个特征、单个表面添加材质,制作出的动画仿真效果极佳,达到了与拆卸实物一样的教学效果。
(四)完善了传统的授课形式
如要将三维造型软件应用到机械制图课堂上,授课地点应选在多媒体教室而不是机房。我们的教学重点是利用三维实体造型软件辅助教学来培养学生的空间思维能力和零件的表达能力,而不是学习Solidworks软件的使用。所以,制图教师授课时一定要调配得当,重点突出,否则会出现本末倒置、主次不分、教学重点模糊的现象。
教师在利用三维软件教学时,要充分发挥自身主导作用,不能让学生只是观看模型的演示,而要让学生参与其中去分析问题、解决问题,把传统的教师单向灌输改为互动式教学,教师要充分让学生动脑、动口、动手,还要给学生独立思考的机会。总之,三维实体造型软件能让教师和学生在轻松愉快的环境下共同完成教学任务。
参考文献:
[1]谢忠佑,张雅雯,蔡建安.Solidworks完全实例教程[M].北京:机械工业出版社,2007.
[2]高玉芬,卜桂玲.机械制图[M].大连:大连理工大学出版社,2007.
[3]武海华.机械制图与CAD[J].科技情报开发与经济,2007,(8).
作者简介:
刘莹(1975—),女,宁夏民族职业技术学院讲师,主要从事《机械制图》课程的教学与研究。
作者：刘 莹
摘要：高校工程制图课程的改革，要求既要减少课时、增加内容，又要保证教学质量。如何利用较少的课时快速提高学生的绘图识图能力，是工程制图教学面临的实际问题。利用三维实体造型作辅助演示，可以使学生快速建立空间立体概念，能取得良好的教学效果。关键词：工程制图;实体造型;工程形体
《工程制图》是工程类学生必须掌握的一门实践性较强的专业基础课，主要任务是培养学生具有一定的识读和绘制工程图样的能力与一定的空间想象能力。大量的空间立体分析是本课程不同于其他课程的一个显著特点。传统的教学模式是从二维到三维再到二维，由于学生的空间想象能力较差，学习起来比较吃力。教学实践表明，借助于CAD软件的三维实体造型功能，通过对工程形体的实体模型演示，把工程形体的抽象、静止的内容转换成形象、生动的立体模型图，采用先三维、后二维、再三维的模式进行教学，既可培养学生的思维能力，也可提高教学质量，收到良好的教学效果。
CAD三维实体建模概述
目前的三维实体造型软件很多。常用的软件有UG，Pro/Engineer，SolidWorks，CAXA，AUTOCAD等，该类软件一般都具有二维和三维绘图功能，能完成三维实体造型并能从实体造型生成三视图和剖面图，可以绘制显示真实的色彩、材质、表面特征、光影及背景特征的高质量效果图。在教学中使用三维实体造型软件，可以把工程形体制作成效果逼真、生动形象的实体模型，在具体演示中实体可以实现任意方向的旋转、任意截面的剖切，可以很清晰地观察物体的各部分结构。AUTOCAD在工程制图中应用比较广泛，学生比较熟悉。
AUTOCAD实体造型在制图教学中的应用
截交线、相贯线截交线是由平面截切立体所产生的表面交线，相贯线是两立体结交所产生的表面交线，是工程制图教学中学生较难掌握的一个章节。在传统工程制图教学中，求截交线、相贯线等内容，都是用立体表面取点、辅助面等方法来解决此类问题，这样讲解起来学生很难理解空间之间的相互关系。引入三维实体造型，在AUTOCAD中，让学生自己观察，通过截切命令后产生的截切形体的截交线的形状(如图1所示)以及两个物体相交产生的相贯线的形状(如图2所示)，总结截交线、相贯线的投影规律，增强感性认识，可以为求截交线、相贯线的三视图打下良好的基础。
组合体组合体是由若干个基本体所组成的物体，工程形体虽然很复杂，但若加分析，都可以看成是基本体的组合。学习组合体的识读和绘制，其目的是掌握绘制和阅读工程图样所必需的分析方法，并培养投影作图的技能和空间结构分析能力，是整个投影基础的重点。组合体中的题目是给出二视图要求绘制三视图，如图3所示。常规的作图方法是采用形体分析的方法，假想把组合体分解成若干基本体，然后再弄清它们之间的相对位置、组合方式(切割、叠加、综合)及各部分之间的表面连接关系，从而对所要表达的组合体的形体特点形成总的概念，为画视图做好准备。但大部分题目都没有实体模型，对于刚接触制图的初学者，他们的空间想象能力还不是很强，仅仅依靠教师用语言描述，既浪费时间，学生也很难建立起完整的空间立体形状，如不分析物体的形状，只是单纯地利用找点法做出三视图是比较困难的。所以，解决问题的关键就是帮助学生建立起空间立体形状。借助于AUTOCAD软件的实体造型功能，制作出和题目形体一样的实体模型图，然后在多媒体教室的投影屏幕上进行演示。以图4所示的轴承座为例，轴承座是综合型组合体，可以想象分解为底板、肋板、支承板、圆筒和凸台(小圆筒)五部分。支承板的左右两侧面和圆筒外表面相切，相切处无线;肋板与圆筒大圆柱面相交，相交处有交线;圆筒与凸台相交，产生内、外相贯线;其他各部分间表面连接关系均是相贴。利用AUTOCAD软件的旋转功能，可以很灵活方便地将实体模型进行任意位置、任意角度的旋转，引导学生从不同的方位进行观察，进一步分析组合体的形体特点及各基本体之间的关系，很容易就可以完成三视图的投影图。
剖视图剖视图是为了说明工程形体的内部结构形状而采用的一种表达方法，假想用剖切平面将物体切开，移去观察者与剖切平面之间的部分，对剩余的部分向投影面所得的图形。剖视图的题目一般是画剖视图或者改错、补线等(如图5所示)。由于没有实物或模型，剖切后物体的投影，单凭主观想象去画，学生往往感到无从下手。利用AUTOCAD软件的实体功能，绘制出工程形体的实体模型，然后应用剖切功能，根据需要对实体模型在相应的平面内进行剖切(如图6所示)，把看不到的内部结构直观地呈现在学生面前，学生很快就能掌握内部结构，且印象深刻，制图能力得到很大提高。
利用CAD三维实体造型软件实现实体模型的演示，要充分发挥教师的主导作用，不能让学生仅仅停留在看实体模型演示，要采用互动式的教学方法，引导学生分析各部件之间的关系，建立解题的空间几何模型，确定空间解题步骤以及引导学生想象作图结果的空间情况等，使学生在空间——平面——空间这样一个反复的过程中，对教学内容加深理解，并培养学生空间想象能力和分析能力。
借助CAD三维实体造型软件进行教学，可以把原来用大量语言阐述的内容，如组合体的立体结构、各个基本组合体之间的相互位置关系、复杂物体的内部结构等，做成实体模型来演示，使学生看了一目了然，不用过多的语言描述。这样，既提高了教学效率，同时又使学生在轻松愉快中完成学习，而且能更好地帮助学生建立空间概念，提高学生的制图能力。
参考文献：
[1]曾美华，郑金.CAD技术在制图教学中培养学生思维能力的应用[J].南昌高专学报，2002，(2).
[2]张圣敏，等.AUTOCAD2006入门与实战[M].北京：电子工业出版社，2006.
[3]刘小年，郭克布.机械制图[M].北京：机械工业出版社，2004.
实训任务书
加工十一班
任课教师： 李 树 清
目录
一、圆球、圆柱 ·························································································································4
(一)、任务内容 ····················································································································4
(二)、任务目的： ················································································································4
(三)、任务实施： ················································································································4
(四)、任务相关知识 ············································································································5
二、圆锥 ·····································································································································5
(一)、任务内容 ····················································································································5
(二)、任务目的 ····················································································································6
(三)、任务实施 ····················································································································6
(四)、任务相关知识 ············································································································7
(五)、任务练习与拓展 ········································································································8 三.实体旋转 ·····························································································································8
(一)、任务内容 ····················································································································8
(二)、任务目的 ····················································································································8
(三)、任务实施 ····················································································································8
(四)、任务相关知识 ·········································································································· 10
(五)、任务练习与拓展 ······································································································ 11
四、实体倒角 ··························································································································· 12
(一)、任务内容 ·················································································································· 12
(二)、任务目的 ·················································································································· 12
(三)、任务实施 ·················································································································· 13
(四)、任务相关内容 ·········································································································· 15
(五)、任务练习与拓展 ······································································································ 15
五、布尔运算—结合 ················································································································ 16
(一)、任务内容 ·················································································································· 16
(二)、任务目的 ·················································································································· 16
(三)、任务实施 ·················································································································· 16
(四)、任务相关知识 ·········································································································· 17
六、布尔运算—切割 ················································································································ 17
(一)、任务内容 ·················································································································· 17
(二)、任务目的 ·················································································································· 17
(三)、任务实施 ·················································································································· 17
(四)、任务相关知识 ·········································································································· 18
七、布尔运算—交集 ················································································································ 18
(一)、任务内容 ·················································································································· 18
(二)、任务目的 ·················································································································· 18
(三)、任务实施 ·················································································································· 18
(四)、任务相关知识： ······································································································ 19
(五)、任务练习与拓展： ·································································································· 19
八、综合实体： ······················································································································· 19
(一)、任务内容 ·················································································································· 19
(二)、任务目的 ·················································································································· 20
(三)、任务实施 ·················································································································· 20
(四)、任务练习与拓展 ······································································································ 24
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一、圆球、圆柱
(一)、任务内容：根据图1-1利用圆球和圆柱体创建如图1-2所示哑铃实体
图1-1
图1-2
(二)、任务目的：
1.掌握三维实体(圆柱体、球体)的基本创建方法。 2.能利用这两个基本图形创建复杂的图形。
(三)、任务实施：
1.单击文件工具栏中的【新建文件】按钮按钮，单击基本实体按钮
，选择
，在工具栏中单击等角视图，出现如图1-3所示的对话框，单击坐标原点在对话框中输入球体半径20单击【实体】，创建半径为20的球体如图1-4所示。
图1-3
图1-4 2.选择视角为右视图如图1-5所示。
3.基本实体按钮
，选择
，在坐标值为(80，0，0)处创建同样的圆球，
，出现圆柱体对
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话框，参数设置如图1-6所示(注意：单击实体，选择Y轴)，选择【布尔运算-结合】，最终图形如图1-7所示。
图1-5
图1-6
图1-7
(四)、任务相关知识：
1.圆球和圆柱体有实体和曲面之分
2. 圆球和圆柱体的旋转角度均为0到360度
二、圆锥
(一)、任务内容：根据图1-8和图1-9利用圆锥体创建如图1-10所示实体图形
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图1-8(中间大圆锥体)
图1-9(周边小圆锥体)
图1-10(小圆锥体共5个)
(二)、任务目的：
1.掌握三维实体中圆锥体的基本创建方法。 2.能利用该图形创建复杂的图形。
(三)、任务实施：
1.单击文件工具栏中的【新建文件】按钮按钮，单击基本实体按钮
，选择
，在工具栏中单击等角视图
，出现如图1-11所示的对话框，单击坐标原点在对话框中输入图1-11所示参数，单击【实体】，创建如图1-12所示的圆锥体。
2.再次单击，根据图1-11所示参数在点(20，0，0)处创建基部半径为10，顶部半径为5，高为10的圆锥体，如图1-13所示
3.选择旋转命令击
，将小圆锥体复制4个，参数设置如图1-14所示，单，选择【布尔运算-结合】，最终图形如图1-15所示。
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图1-11
图1-12
图1-13
图1-14
图1-15
(四)、任务相关知识：
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1.圆锥体有实体和曲面之分 2. 圆锥体的旋转角度为0到360度
(五)、任务练习与拓展： 利用基本实体命令创建如下图所示实体
1.
三.实体旋转
(一)、任务内容：根据图2-1利用旋转实体命令创建如图2-2所示实体
图2-1
图2-2
(二)、任务目的：
1.了解三维实体中【实体旋转】的基本创建方法。 2.掌握【旋转操作】和【薄壁设置】等命令的使用。
(三)、任务实施：
1.单击文件工具栏中的【新建文件】按钮。
2.然后单击【绘制任意线】按钮
，创建如图2-3所示的二维图形。
，在工具栏中单击前视图按钮
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图2-3
3.选择【实体】/【实体旋转】命令或单击实体设计工具栏中的【实体旋转】按钮打开【串联选项】对话框，绘图区系统提示
,选取如图2-4所示的串连.
，单击串连按钮
图2-4
图2-5 4.选取串联曲线后，单击【串联选项】中确定按钮示
，然后单击工具栏中【等角视图】
。
，绘图区系统提，如图2-5所示，出现方向对话框如图2-6所示，单击
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图2-6
图2-7 5.在出现的【旋转实体的设置】对话框中，参数设置如图2-7所示，，再次单击示： ，并且单击工具栏中【图形着色】按钮
，实体如图2-8所
图2-8
(四)、任务相关知识：
1.【旋转实体】是将二维截面图形绕中心轴线旋转一定角度后，由截 面图形运动轨迹所形成的实体模型。
2.【旋转实体的设置】对话框中【旋转】选项卡： 1).【旋转操作】选项组：
【建立实体】：按照设定的参数创建一个实体模型。
【切割实体】：按照设定的参数切割一个实体模型。
【增加凸缘】：按照设定的参数为实体模型增加浮雕。
2).【角度/轴向】选项组：
在【起始角度】和【终止角度】文本框中输入角度的设定值指定旋转的角度。
【重新选取】按钮用于重新设定旋转轴。
【换向】复选框用于自动生成反方向旋转的实体。
3. 【旋转实体的设置】对话框中【薄壁】选项卡：设置与挤压内容相同。 例：将上图创建为薄壁实体
1.将图3-7所示的【旋转实体的设置】对话框参数设置如图2-9所示， 单击【薄壁设置】按钮出现如图2-10所示对话框，单击确定按钮，薄壁实体如图2-11所示。
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图2-9
图2-10
(五)、任务练习与拓展：
1.利用旋转命令创建如下图所示图形
图2-11
2.利用旋转命令创建如下图所示图形
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四、实体倒角
(一)、任务内容：绘制图3-1所示图形，利用【单一距离倒角】将其上表面倒角半径为5，利用【不同距离倒角】绘制图3-2所示图形和利用【距离/角度倒角】绘制图3-3所示图形，将其上表面倒角半径为5
图3-1
图3-2
图3-3
(二)、任务目的：
1.掌握单一距离倒角、不同距离倒角、距离/角度倒角的基本操作方法。 2.掌握实体倒角的各参数的设置
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(三)、任务实施：
1. 单一距离倒角
1).选择【实体】/【倒角】/【单一距离】命令，或单击实体设计工具栏中的【单一距离】按钮2).绘图区系统提示
。
选取实体表面，按回车键，出现如图3-
4 所示的对话框，设置倒角距离为5，单击3).图3-5是图3-6倒角后的效果。
3-4
图3-5
图
2.不同距离倒角
图3-6 1).选择【实体】/【倒角】/【不同距离】命令，或单击实体设计工具栏中的【不同距离】按钮2).绘图区系统提示
选取实体表面，按回车键，出现如图3-7
所示的对话框，设置第一倒角距离为4，第二倒角距离为8，单击3).图3-9是图3-8矩形倒角后的效果图。
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图3-7
图3-8
3. 距离/角度倒角
图3-9 1).选择【实体】/【倒角】/【距离/角度】命令，或单击实体设计工具栏中的【距离/角度】按钮2).绘图区系统提示
。
选取实体表面，按回车键，出现如图3-10
所示的对话框，设置第一倒角距离为5，角度为45度，单击3).图3-12是图3-11矩形倒角后的效果图。
图3-10
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图3-11
图3-12
(四)、任务相关内容：
1.倒角是在实体的边线处生成一个有一定角度的斜面，倒角有单一距离倒角、不同距离倒角、距离/角度倒角三种方法。
2. 单一距离倒角：在倒角的两个表面截取相同的长度时，指定一个距离来倒角。
3. 不同距离倒角：在倒角的两个表面截取不同的长度时，指定两个距离来倒角。
4. 距离/角度倒角：在倒角的一个表面截取一定长度，并以一定的角度修剪另一表面时，需要指定距离和角度进行倒角。
(五)、任务练习与拓展：
1.拉伸实体，并且倒角和倒圆角
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五、布尔运算—结合
(一)、任务内容：利用【布尔运算—结合】命令创建图4-1所示图形
图4-1
(二)、任务目的：掌握布尔运算中结合运算的相关知识。
(三)、任务实施：
1).单击文件工具栏中的【新建文件】按钮按钮
，选择
，然后选择
以原点创
，在工具栏中单击等角视图2).单击基本实体按钮建如图4-2所示图形
3).选择【布尔运算—结合】命令，出现
，选中长方体和圆柱体，按回车键，长方体实体和圆柱体实体结合为一个实体。
4).线架实体原形如图4-3所示，线架实体最终图形如图4-4所示。
图4-2
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图4-3
(四)、任务相关知识：
图4-4
1.实体并集运算是指将图形中已存在的、部分重叠(至少共面)的多个三维实体无缝的连接成一个实体。
六、布尔运算—切割
(一)、任务内容：利用【布尔运算—切割】命令创建图4-5所示图形
图4-5
(二)、任务目的：掌握布尔运算中切割运算的相关知识。
(三)、任务实施：
1).单击文件工具栏中的【新建文件】按钮按钮。
，选择
和画多边形，利用挤出命令创，在工具栏中单击等角视图2).单击基本实体按钮建如图4-6所示图形
3).选择【布尔运算—切割】命令
，选中球体和六方体，按回车键
4).创建最终图形如图4-7所示。
，出现
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图4-6
图4-7
(四)、任务相关知识：
1. 实体差集运算是指两个实体有部分重叠，或者一个实体完全包含了另一个实体，可以从该实体中挖去一个实体，从而在该实体中产生一个凹坑，甚至一个空洞。
七、布尔运算—交集
(一)、任务内容：利用【布尔运算—切割】命令根据图4-8创建图4-9所示图形
图4-8
图4-9
(二)、任务目的：掌握布尔运算中交集运算的相关知识。
(三)、任务实施：
1).单击文件工具栏中的【新建文件】按钮按钮。
，选择
和
，在工具栏中单击等角视图2).单击基本实体按钮所示图形
，创建如图4-103).选择【布尔运算—交集】命令
，出现
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，选中球体和圆柱体，按回车键
4). 创建最终图形如图4-11所示
图4-10
图4-11
(四)、任务相关知识：
1.交集运算是获得两个实体的重叠部分，仅有公共面而没有重叠的两个实体无法通过交集运算，获得它们的公共平面(曲面)。
(五)、任务练习与拓展：
1.利用挤出，布尔运算等命令创建如图所示图形
八、综合实体：
(一)、任务内容：创建烟灰缸的三维造型，如图1所示
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图1
(二)、任务目的：
1.掌握挤出命令在实际图形中的运用。 2.熟悉倒圆角命令的使用 3.掌握抽壳命令的运用
(三)、任务实施：
1).单击文件工具栏中的【新建文件】按钮钮键，按绘制矩形的快捷键
，在工具栏中单击俯视图按
进行绘制长宽各为50的矩形，再按矩形的快捷进行绘制长宽各为40的矩形，对其倒圆角，半径为10，并对其进行定位于原点。如图2所示。
图2 2).选择菜单栏中的【实体】/【挤出】命令，弹出串联选项对话框如图3所示，并选择串联的快捷键
，选择串联曲线50X50的矩形，再按下确定
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键，弹出实体挤出的设置对话框，如图4所示。并做以下设置：选中增加拔模角的复选框，设置角度为18度;选朝外的复选框;挤出的距离设置为20mm，再按确定键，得到图5的结果。
图3 图4
图5 3)、再次选择菜单栏中的【实体】/【挤出】命令，弹出串联选项的对话框(图6)，并选择串联的快捷键定键
，选择串联曲线40X40的矩形，并按下确，弹出实体挤出的设置对话框(图7)，并对其做以下设置：增加拔模
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角的复选框角度设为10度;去除朝外的复选框;挤出的距离设置为18;选中 “切割实体”复选框，按确定键
得到图8所示结果。
图6
图7
图8 (4)、分别选择
和
，在原点各画半径为3的圆，然后执行菜单栏中的【实体】/【挤出】命令，弹出串联选项的对话框，如图6所示。并选择串联的快捷键
，选择串联曲线R3圆，再按下确定键，弹出实体挤出的设置对话框如图9所示，并对其做以下设置：去除增加
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拔模角的复选框;选中“切割实体”和“两边同时延伸”的复选框再按确定键。再经过步骤(4)选择另串联曲线R3圆，得到如图10所示的图形。
图9
图10 (5)、执行菜单栏中的【实体】/【倒圆角】命令，选择选择面
，，单击需要倒角的面，按回车键出现如图11所示图形，单击，图形如图12所示。
图11 图12 6).单击实体抽壳命令实体的底平面，按回车键，确定。
，出现
，选择 7).单击烟灰缸底平面，最终实体如图13所示(图14为烟灰缸底平面视图)。
23
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图13
图14
(四)、任务练习与拓展：
1.下图为玩具盒盖，材质为塑料，试做出其实体。
2.利用直线命令、圆弧命令、矩形命令和椭圆命令绘制台灯罩线架，并利用旋转实体命令、扫描实体命令和拉伸实体命令绘制三维实体模型。
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机动练习题：
练习1-基本实体
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练习2-基本实体
练习3-挤出实体与布尔运算
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练习4-挤出实体与布尔运算
练习5-旋转建模
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练习6-扫描实体
练习7-实体薄壳
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练习8-综合练习
练习9-综合练习
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三维造型设计
论文
学院班级：农学院09级生物技术4班 姓 名：李晓芳
学 号：20090101310100
三维造型设计学习心得体会
学院班级：农学院09生物技术(4)班 学号：20090101310100 姓名：李晓芳
摘要：电脑是当代设计师的吃饭家伙，设计界自从1995年“甩开图板搞设计”之后，有将近十年时间，CAD几乎是唯一的应用工具。三维设计是在计算机软件的基础上发展起来一种新兴的技术，它是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础。它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更立体化，更形象化的一种新兴设计方法。通过学习这门课程，我们能够掌握基础的专业能力 如三维空间分析能力、电脑动画造型能力、动画场景制作能力、初步的动画合成与编辑能力以及数码应用能力 媒体技术能力、 自我发展能力、解决问题等的能力。通过对立体构成的学习，应该掌握观察立体、创造立体、把握立体方法，培养立体创造的创新意识，熟练运用各种材质，创造出富有美感和实用功效的立体造型。
关键词：三维 造型 设计 方法 CAD 自从学校开设了,《三维造型设计》这门课后，使我受益匪浅。当时我报这门课的时候一直以为老师会手把手教我们如何做三维图，但那都仅限于纸质，但当我上了第一堂课后我才知道原来计算机已经不仅仅局限于上网聊天等作用了，它已经渗透到了不同的领域为人类开辟了新的设计方法。下面我就从三维造型的原理、发展、设计方法和国内的应用范围等几个方面谈谈。
我们生活在三维世界中，日常所接触的各种物体，小到一只蚂蚁，大到摩天大楼，都具有“三维形态”的共性问题加以研究，探索立体形态各元素之间的构成法则，提高与形态创作能力。立体构成同时还包括对材料媒介运用的研究。
虽然我们时刻都在接触和感受三维形态，但我们更多的却是用平面的思维来思考和表现它们，这就使我们的三维创造能力受到很大的影响。三维形态与二维造型之间的区别在与，三维形态可以从不同的角度呈现不同的外形，由于比二维造型多了一个维度，就要求不仅具有前面，而且具有侧面，上面、下面、后面等多视点、多角度的造型意识，视点和造型的增加，也大幅度地扩展了造型的表现领域。三维立体造型和二维造型另一个重要区别在于，三维造型是要具备能承受地心引力的力学性坚实结构，部分还须有抵抗风、雨、雪、地震等各种外力影响的能力，如各种建筑等。此外，在立体造型领域，还能使形体产生真实运动，这是二维领域所无法想象和实现的。
立体构成的对象. 立体构成的对象分为三方面.一是"构成 "形态的基本要素,如点、线、面、体、空间等。二是制作形态的材料，如木材、石材、金属等。三是材料构成过程中的形式要素，如平衡，对称、对比、调和、韵律、意境等等。
点、线、面、体、空间是“构成“的基本要素，在三维空间使用这些要素进行构成和在三维空间有很大不同。因此，在立体构成中，对形态要素的研究仍然非常重要。运用点、线、面、体、空间等形态要素，可以创造出各种立体，运用各种材料可以赋予立体各种的特性，而构成之间的各种关系也是影响立体构成的重要因素之一。如各要素之间的主从关系、比例关系、平衡关系、对比关系等等，都关系到立体构成的视觉效果和优劣评判。因此，对其的研究也是学习立体构成的一个重要内容。
三维的发展历史。
立体的概念诞生于1838年的英国维多利亚时代。英国物理学家查尔斯·惠斯通在英国皇家学院首先发表了“双目并用视觉”立体成像原理的演说。12年后，苏格兰人大卫·布鲁斯特发明了第一台用于摄影领域的立体观片装置，称为“透镜式立体镜”。从此，立体摄影术诞生了。20世纪中叶，立体电影问世。 在20世纪70、80年代，由陈佩斯的父亲陈强主演的黑白立体电影《一个魔术师的奇遇》曾在中国大地连续上影数年，那时候人们带着眼镜看电影倍感有趣。进入21世纪后，LCD立体显示、彩色立体电影、立体电视层出不穷。在全国各地的少年宫就能看到不少的立体科幻电影。。
为什么会出现三维图呢?
两眼视觉差原理可以解释这一切。
人类的眼睛相距6---7cm,有一定的距离,所以在观察一个三维物体时，由于两眼水平分开在两个不同的位置上，所观察到的物体图像是不同的，它们之间存在着一个像差，由于这个像差的存在，通过人类的大脑，我们可以感到一个三维世界的深度立体变化，这就是所谓的立体视觉原理。 据立体视觉原理，如果我们能够样我们的左右眼分别看到两幅在不同位置拍摄的图像，我们应该可以从这两幅图像感受到一个立体的三维空间。从前面的分析中我们可以知道不同的观察角度将可以看到不同的图像。因如果我们将光栅垂直於两眼放置，由於两眼对光栅的观察角度不同，因而两眼会看到两个不同的图像，从而产生立体感。
常为了获得更好的立体效果我不单单以两幅图像制作，而是用一组序列的立体图像去构成，在这样的情况下，根据观察的位置不同，只要同时看到这个序列中的两副图像，即可感受到三维立体效果。
三维图应该如何设计呢?
设计师们每天手里握着鼠标操作电脑屏幕上的图形，但是很少想过：运用CAD在电脑上所做的究竟是“制图”还是“设计”。CAD要求毫厘不差，在操作过程中设计师必须不断地做些零星计算才能精准输入，这些过于理性的操作会使设计思路一再受到干扰而中断。因而从设计的角度来看，CAD只能算是个制图阶段的工具。因此即使是用上了CAD，设计师在做设计构思的时候，还是得先在纸上勾勒草图推敲方案。
随着三维CAD技术在现代设计中的广泛应用及传统工程制图教学中问题的出现,为适应21世纪人才培养需求,本文提出应加强三维CAD技术在工程制图教学中的应用.文章针对传统教学、三维建模技术及二者的结合等问题作出了详尽的分析,力图通过三维造型技术与传统工程制图教学结合训练,优化教学效果,改变传统的以知识传授为中心的教学模式,引入学生自主学习的能力培养模式.
三维的用途 ：
在当前制造业全球化协作分工的大背景下，我国企业广泛、深入应用三维设计技术、院校加大三维创新设计方面的教育，已是大势所趋。三维技术普及化是必然的趋势，三维培训必须全面铺开。
8月5日，中国工程图学学会宣布与UGSSolidEdge建立三维联合认证体系。今后，中国工程图学学会颁发的三维数字建模师证书将与UGSPLMSoftware颁发的UGSSolidEdge技术认证等价。据介绍，该体系建立起来后，参加中国工程图学学会举办的三维数字建模师认证考试并获得通过者，将同时取得中国工程图学学会颁发的三维数字建模师证书和UGSPLMSoftware公司颁发的UGSSolidEdge技术认证证书。此外，作为该体系建设的一部分，中国工程图学学会将在全国范围面向所有最终用户和高校学生开展有关UGSSolidEdge软件的培训工作。
中国工程图学学会秘书长贾焕明表示，这一举措将有利于推进三维设计技术在我国制造业和教育界向更广泛和更深入的方向发展，有利于培育能熟练应用三维CAD技术创新型人才。 CAD技术与CG近年来发展迅猛，一跃成为当前网络信息时代的核心技术之一。三维设计技术进入企业应用的速度非常惊人，从其诞生到实用化仅仅用了不到20年的时间。由于这项技术优势明显，世界多国制造企业都非常重视三维设计技术的应用。
在欧洲、北美、日本等发达国家和地区，三维CAD技术不仅在航空、航天、汽车、船舶等高端制造业，而且在形形色色的民用消费品设计和制造中都得到了广泛应用。
相比工业发达国家，我国制造企业应用三维设计技术还存在较大差距。在企业界，仍有很多企业以手工或二维CAD设计为主。在学历和职业教育领域，三维CAD还未真正进入工程教育核心体系。
专家指出，在当前制造业全球化协作分工的大背景下，我国企业广泛、深入应用三维设计技术，院校加大三维创新设计方面的教育，已是大势所趋。中国工程图学学会理事长、我国CAD技术的权威专家院士指出：“三维技术普及化是必然的趋势，三维培训必须全国铺开。”
贾焕明说：“工程语言从二维向三维转变、计算机辅助绘图向计算机辅助设计转变，数字化设计向虚拟设计、智能设计发展。用三维模型表达产品设计理念，不仅更为直观、高效，而基于包含了质量，材料，结构等物理、工程特性的三维功能模型，可以实现真正的虚拟设计和优化设计。三维CAD是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础，是培育创新型人才的重要手段。在当前制造业全球化协作分工的大背景下，我国企业广泛、深入应用三维设计技术、院校加大三维创新设计方面的教育，已是大势所趋。三维技术普及化是必然的趋势，三维培训必须全面铺开。”
他表示，中国工程图学学会是国家创新协会的重要组成部分，汇集了我国图学领域的精英，承担着促进学科发展和人才成长、推进自主创新，传播科学文化、提高民族文化素质，提供社会服务等重要职责。我们应该不失时机地启动“全国CAD技能等级考试”，为推进CAD技术的普及和提高，为经济社会的发展作出新贡献。
立体构成的学习方法
学习立体构成，需要抱有坚定的信念和开拓精神，从立体造型的特点出发，不断训练空间转换能力和立体想象力，培养对形体的概括、提炼和联想想象立，这就要求学习者应该具有良好与敏锐的造型意识和恰当的表现方法。
一、想象力的训练
二、想象力是学习立体构成必须具备发能力之一。
[1]从平面的形转为立体的态，没有想象力是无法实现的。立体形态的想象力是完成立体构成创作的基本能力，我们需要通过对基础造型的学习，训练，提高自己由平面进入立体空间转换能力和立体想象立。
三、学会观察。“自然是伟大的设计师、在那里深藏着一切原理。” 观察能力是一切视觉活动的必备条件，对自然的观察，是超越物象的表象而达到的对物质内在结构的理解，并借此获得对对象结构性质的完整认识和整体把握，从而达到对形体的超然的体验，使我们获得对自然的独特感受能力。通过对结构的分析我们的思维就会产生创意性的想象，从而为进一步的构想和设计奠定基础，想象力与创造力就是对自然的内在规律的认识和对于形体结构的创意的理解。
四、有机形态的获得。“外师造化，中得心源”，自然世界为设计提供了无限量的素材，成为创造力“取之不尽，用之不竭”的源泉。人类与其生存环境一向是互为渗透、互为适应，我们生活中的许多器具都蕴含着人类对自然形态的感受与再创造，也体现了人类对于有机生命的欣赏与追求。有机形态符合中国古代“天人合一”的自然观，而追求与环境的天然和谐也是当代的主题。
以上是我的学习心得体会，我还会继续学习三维造型设计的有关技术和方法，相信我会在这方面开辟一片新天地。
参考文摘：【1】刘斌：浅析三维CAD造型技术在工程制图教学中的应用【D】, 北京工商大学,机械自动化学院
1998
【2】基于组件的三维CAD系统开发的关键技术研究(1)【D】北京大学出版社 1996 【3】由芳著：三维CAD中的变形体造型方法研究及应用【D】 中山大学出版社 2003 【4】浦瑞欣：三维造型软件在模具设计中的应用(按钮注射模设计)【D】
湖南大学出版社
2001 【5】刘芒果：机械CAD三维设计的应用研究[D]山东科技大学
2005
CAXA实体设计实习报告
三周的CAXA实体设计实训转眼就过去了，虽然时间不长，但是我却学到了很多关于识图、制图的技巧，这对于我们学模具专业的同学来说是非常重要的。通过这次实习使我对CAXA有了较为全面的理解，对这学期学习的CAXA理论知识起到了强化巩固的总用。同时锻炼了我们看图、识图的能力，对我们大一学习得画法几何起到了复习的效果，也让我们对空间几何体有了更加形象清晰地意识。更让我们的精神上得到了鼓舞，一直以来总是感觉自己没有什么技能，到现在学习到将来可能吃饭都用到着的技能，那真是相当的振奋人心。
进入新的世纪以来，随着3D技术与网络化、信息化的飞速发展，产品创新更快、品质更优、成本更低、服务更好已经成为现代工业的基本特征。随着CAXA实体设计的推出，创新三维设计——CAD技术的第三次革命已经到来。
CAXA实体设计是具有世界最领先的创新三维CAD系统，它所代表的创新设计体系，是近20年来CAD技术发展的唯一突破，它全新地诠释了未来CAD技术的发展方向，使CAD真正成为普及化的傻瓜工具，使用者再也不需要花费大量时间与精力去学习和适应软件，从而真正做到了易用和创新。对此我们深有体会。
总之，作为一种制图软件，越简单越准确的就越好。CAXA 实体设计采用拖放图素的方式设计，就如同搭积木一样直观简单，可以随意拉伸、缩短，能轻松有趣的完成设计，并不需要花费很长时间去学习CAXA实体设计是一种基于创新设计的三维设计软件。它以智能图素为主体，通过添加、拖放智能图素，可以高效快速的完成产品的设计。它还具有的智能渲染和智能动画功能，通过智能渲染可使产品以电子样机的形式完美的展现在面前，通过智能动画可将产品的现场工作过程演示出来。但是，在作图过程中要特别注意细节，切不可看到图就开始盲目的去画。一定要读懂图，看清图的构造，在脑海里有个大概的样子，如果随便看看就开始画，那返工的概率是很大的，还有就是在画图过程中最好是想把整体画出来再去打孔，如果你一边做一边打孔，那样可能会影响你接下来的步骤，可能做不出预期效果，也可能孔不见了，另外，在打孔时要特别注意看图，一定要分清孔的大小，先后顺序，如果看到孔就打不想想它们之间的关系，那当你的两个孔有影响是，如果打的先后顺序不对，很可能与实际效果图不一样，我在做球阀阀体的时候就是孔的先后没分清，导致孔形状打完后和图明显不同。还有就是螺纹，有些孔是螺纹孔千万不能忘记。
CAXA实体设计在设计方法上更加贴近设计人员的设计思路，它可以将设计人员的模糊或不成熟的想法在三维环境下直接、快速的表达出来，然后再按自己的思路做动态修改(通过智能图素的添加、拖放来实现)，最终形成产品。这应该是它与其它一些三维设计软件(如UG)最大的区别，也应该是较之其它软件最大的优势。而其它三维软件要求设计人员必须在头脑里先有一个清晰的产品模型，然后从二维草图开始，按部就班的进行拉伸、旋转、扫描或放样等特征形成实体，如此依次添加零件，形成最后产品。这对于我们刚开始接触设计软件是相当的重要，现在我们刚开始学习专业知识，看着图画都有很大的困难，如果还需要我们先自己设计再出图，那是何等的困难!CAXA的优点还不仅限于此，CAXA实体设计是唯一具有创新模式和工程模式两种几何建模方式的三维CAD软件，既可以帮助用户快速构建3D模型，又能方便用户进行基于历史特征的全参数化设计，实现零件设计中的任何变化，都可以反映到装配模型和工程图文件中，确保数据的一致性和准确性。创新模式简单易用，可大幅提高建模速度，尤其在开发新产品时具有无与伦比的优势;工程模式是和大多数3D软件一样采用全参数化设计思想，模型修改更加方便。用户可根据个人习惯或具体的零件/装配设计的需要，两种建模方式单独使用或结合应用，可显著加快设计速度。在设计工具方面，提供了各种实体特征造型工具，以及对局部特征或表面进行“移动”、“匹配”、 “变半径”等操作的表面修改功能。借助独特的三维球、定位锚、约束等工具，可以对智能图素或特征及其基准面进行灵活的事后定向、定位和锁定，以实现搭积木式快速组合，以及严格精确的详细设计。CAXA实体设计软件，是具有国际先进水平的CAD辅助设计软件，它可以帮助设计人员在三维空间进行构思、布局和创意。CAXA实体设计软件可以应用在各个行业，使该行业的产品、工程和设计方案在实施前，以最短的时间在计算机上模拟出来，为企业在市场竞争、工程建设和设计方案等方面产生最佳效果。
机械工业是一切工业的基础，各种机械又是有数量不等的零件所组成，如蜗轮、齿轮、轴、弹簧等等。用CAXA实体设计软件制作机械的各种零件图，即快又好。特别是用零件组成构件和一部完整的机器三维图，就更加快捷，因为CAXA实体设计软件有神通广大的三维球工具，使得三维图绘制更加方便灵活。
在实际的生产中，经常会有这样那样的问题，虽然我们的脑子里有着深刻的三维形象，由于每个人的语言表达能力的不同，说不清楚。所以人们创造了二维图纸，作为工程语言来相互交流。但有些物品或零件较复杂时，二维图也不好表达，这时我们用CAXA实体设计把某个物体制作成三维的虚拟图，就是没学过制图的人也可以和你交流。
通过此次CAXA实体设计的实训,我感觉到这门学科的功能是十分强大的，是其它的许多学科无法比拟的，它对我们专业的帮助更是其它学科不可替代的。同时经过一个学期的学习，觉得自己对这门课的兴趣越发的强烈。俗话说，兴趣是一门最好的老师。既然现在兴趣已经产生了，而且是一发不可收拾。尽管从此次学习中，感觉到老师讲的许许多多的知识自己都不怎么的懂，各项操作也是有那么点儿是懂非懂。看图的时候也是很模糊，很难想象出它的立体图。但是当自己把所有零件画好，一步步装配好，干涉检查没有，动画做好。一副图的成功带给我们的成就感是相当强烈的。
经过三个星期的实训，感觉到自己之前几乎不存在的成就感一下子好像增添了好几倍。以前总是不知道自己的专业是干些什么，将来毕业能有什么技能，对这些问题总是很郁闷。但是通过这次实习，心里突然之间就感觉到自己其实不是自己想的那般一无是处。就在那一霎那，仿佛自己一夜之间就看到了自己那遥远的未来，而且是赋有一片光明的未来在闪烁着金光迎接着自己的到来。
这次实训是我上大学以来强烈的感觉自己的前途也是金光闪烁的，虽然仅仅只是三个星期，但是其中学到的自己能操作的知识是何等的宝贵，一直以来大家都说“大学生说什么都懂，一做就不会。”但是通过这次实习加上我们一学期的实体设计理论课程学习。我觉得我们是实践与理论结合完美的结合到一起了!以后再也不是仅仅只能纸上谈兵，我们也能做出一些日常生活中的实体图，那种从实际生活中转化到图纸上的快感是无法用语言表达的。
此次实训中，也要特别感谢老师，毕竟刚开始自己接触，每个同学总是有许多问题要问，但是不管是简单的，复杂的。老师总是细心的一步一步的教我们直到我们操作懂了。在刘老师的耐心讲解与精心辅导下，每一位同学都是一心一意的听，认认真真的画。其中没有任何一位学生在中途退场，更没有一位学生在课堂之上扰乱教学秩序。在那段时间的每一分，每一秒，每位学生心目中只有一个目标，搞懂老师所教那个软件中的每一项指令，搞懂每个图的来龙去脉。
在这三个星期里，每一位同学都感悟到了自己确切的不足，理解到了这个社会的种种残酷。觉得在这样一个环境下，自己再也不能像原先那般虚度自己的光阴了，当今社会是绝对不可能允许一个虚度时光的人徘徊在这样一个竞争空前激烈的环境下。其它的可能现在已经是为时已晚，无法挽回，但至少这项在今后可能是吃饭都用得着的东西一定要拿下它，而且自己心里也明白，它更是自己所学的专业并不可或缺的一项重要的辅助工具，更为以后步入社会提供一技之长。
成功永远只属于那些有准备的人，幸福永远只属于那些经过艰辛付出的人。这句话，似乎一下子被所有同学都理解了，而且是进一步的揣摩出了它所包含的更高层次的意义。 总之，CAXA是相当的强大的，但是再强大的软件对于操作者来说也会越到许多困难，下面我就这次实习过程中越到的问题、CAXA的一些基本操作方法以及总结出的一些技巧操作一一列出：
CAXA的一些基本操作方法：
一、 目录式设计元素库
有鼠标拖放标准件和自定义的设计元素，这些设计元素包括三维特征、零件、装配件、自定义工具、轮廓、颜色、纹理、动画等等。这种鼠标操作是相当简单快捷的，对于制图人员来说，越准确越快捷的方法便是最好的，CAXA的图素、高级图素、钣金、工具、动画、表面光泽、材质、凸痕、颜色中包含了许多制图过程中可能要用到的元素，有了这些我们可以简单的脱出来就可以，不必要自己在画，下面就拿用的图素一栏说明，这个工具栏可也说是很全面的它里面有各种基本的实体图也有各种孔类零件，有了这个工具栏我们省去了简单元素自己画的时间，同时在打孔时更是方便了不少。这么多的元素就能体现它的强大与简捷、精准。同时工具一栏也不得不提，工具里面看着好像囊括的不多，就只有12个按钮。但是每个按钮里的丰富多彩再制图中你就能深刻体会，我们现在还不是很了解，仅仅是用了自定义孔和紧固件，这两个按钮也是非常方便的，自定义孔里面有各种我们越到的孔类形状，用它我们在实习中就从没有打不出的孔，
这四种孔基本就能满足我们的制图范围了。而在紧固件里则有各种我们需要的螺纹、螺栓、螺母、螺钉、垫圈。但是在调用紧固件是要特别注意单位，紧固件只能用毫米做单位如果用其它单位则调不进去，
这里要注意。另外，内螺纹的设计用鼠标的拖放方式操作也很简单：从工具中拖放“自定义孔”到所要生成孔的零件上，跳出“定制孔”对话框，选择螺纹，填入相应的参数确定就
可
生
成
螺
纹
孔
单击。
总之，在CAXA的这几个工具栏里总以体现它的简单、精准、快捷。
智能捕捉与驱动手柄 智能捕捉是一个动态的三维约束算法工具，它为图形方式下的特征和图素拖动提供精确定位和对齐功能。操作者只需同时按下 Shift 键就可实现捕捉棱边、面、顶点、孔和中心点等。这种定位方式是相当简单和准确的。
调出三维模型后拖动操作手柄，可修改智能图素的几何尺寸。动态观察曲面或平面立体的表面相贯线或平面截交线的空间形状，随尺寸改变形状的变化情况，进行组合体的线、面分析。
直接拖动操作手柄修改零件的尺寸，对进行相切、相交、共面，不共面等组合体表面关系分析时非常直观。屏幕上的可见驱动手柄可实现对特征尺寸、轮廓形状和独立表面位置的动态、直观操作，并可以动态修改尺寸或通过鼠标右键输入尺寸的精确值。
特有的三维球
实体设计中三维球工具的作用用途广泛，但是其具体的细节操作及作用，并不是全面知道，其实三维球工具能为各种对象平移、旋转、镜像、拷贝、阵列或各种复杂三维变换提供了精确定位方法。结合几何智能捕捉工具可实现对复杂零件的装配与修改。三维球的这些功能可以说是CAXA的标志，是其它制图软件所不能取代的、超越的。在实习过程中给我感触最多的也便是三维球，它几乎无时无刻都伴随着我们，每一幅图都不能离开它。不管是制作，装配都要用到它。它的镜像、拷贝功能也是非常强大的，在做一些对称图时它为我们省去了不少时
间
，
就
拿
我
们
做
的
泵
体
做
说
明
通过简单的拷贝就能把另一边也做出来，这样不仅节省了时间，也更加准确。在镜像方面同样是强大无比的，拿我们的阀体说明，在打四个螺纹孔时，只要做好一个螺纹孔，其余阵列即可。
零件的装配
CAXA实体设计的装配设计与零件设计是一个设计环境下完成，可以自由组合、解散装配体。其装配分为无约束装配和约束装配，无约束装配可快速定位零件，并且可以根据设计意图修改、解除、改变装配。约束装配可保留配合关系。其装配设计比较快速、自由，动态修改方便(尤其是将一个零件调整到另一个装配体时更为方便)。说到装配又不得不提CAXA另一个强的的功能：提供干涉检查。提供干涉检查也就避免了我们的错误，在实体设计中准确性是相当重要的，如果我们仅仅是看看外表很难知道错误，但是有了这个功能，我们就能自己检查自己，方便改正。另外，装配过程中除了用到约束装配和无约束装配，还经常要用到三维球，在有些时候我觉得三维球还比较简单，快捷。总之，可以说三维球无处不在。装配过程中还有个优点上面已经说过，那就是CAXA在添加螺栓联结时很方便，找到需要添加的点，可以直接将螺栓、垫圈、螺母作为一个装配体加到适当的位置。
曲面设计功能
实体设计提供灵活的曲面设计手段，曲面的生成方式有直纹面、旋转面、导动面、放样面、边界面、网格面以及曲面过渡、裁剪等编辑手段。通过这些曲面手段，用户可以设计各种复杂零件的表面。其增强的3D空间曲线的设计编辑能力，可帮助用户绘制出真正的空间曲线，完成更多复杂形状的设计。 渲染与动画功能
CAXA动画制作很简单，将动画设计元素中动作加到相应的零部件上，通过智能动画编辑器设置其动画属性，可以很容易的完成动画效果。 还可利用光线实现跟踪、阴影、纹理、凸痕、贴图映射和图形保真，生成具有相片真实感的图象。可生成任意数量的平行光、点光源或聚光光源;其特殊效果包括雾化效果和胶体效果。CAXA实体设计所具有的动画功能不同于其它三维CAD中的爆炸图，CAXA实体设计不仅可进行零件复杂的动作设计，而且有我们所熟悉动画播放工具，调出模型库中已完成带动画设计的零件，就可直接观察运动情况。在零件图或装配学习中，可以清楚地描述图纸上各零件的作用或装配件的工作情况。这是泵体的装配图，从动画效果中可以清晰的看到各个零件。对我们学习装配原理非常有用。
多环境操作性
自动特征识别功能可识别和生成导入的特征。所支持的特征类型包括过渡、基于平面的智能图素、带有轮廓重建的拉伸智能图素和草图。
另外，CAXA还带有自动特征识别功能，可识别和生成导入的特征。还可从零件和装配生成相互关联的多视图二维工程图。总之，CAXA的许多功能还不是我仅仅三个星期就能学完的，今后的路还很长，也还有许多更加强大的功能等着我们去学习，探索，应用。
实习中遇到的一些问题：
一、 打孔的时候，一定不要画完一部份就打，一定画完整体在打，
我在画这个阀体的时候就是因为先把中间的孔打了，到后来做杆的时候就导致影响到了孔，出现了错误。所以，打孔时，千万注意要画完整体再一个一个打，这样能避免出错。
二、 在画外螺纹是要注意选择渲染的面是特征面而不是任意，
这就是选择任意按钮导致的结果;
而选择特征面，我们就能想要哪个面是螺纹就是螺纹，而不是像上一个一样，一渲染就导致整个零件，要么相邻的两部分都被渲染。
三、 制作动画效果如果要它从一个方向直线运动一定注意不要在同一个零件加多条路径，如果改
动
，
一
定
把
要
以
前
的
删
除
。
现在这个路径是水平向左的，如果要使它向上运动，则一定要先把这个路径删了，不然就是两条路径叠加，不会直直的向上。现在就是向上的了。
四、 避难就易，在制作一些有圆柱体或者长方体的零件时，不必要选择旋转啊，拉伸啊等等这些功能，虽然也能做出来，但只是增加工作量而已，完全没必要，只要直接从任务栏里托出来修改尺寸即可。
五、 一定要看清图，在使用三维球时要注意看三维球的位置，我在制作齿轮减速器时，在使用三维球到点时没注意到的是长方体的上面的点还是下面的电，导致最后尺寸不对，两个圆的圆心不重合，直接导致错误，最后只能从画。
六、 在使用旋转按钮时要注意不能把线画了封闭，还有有些地方，比方圆弧和直线相交时一定要注意把多余的线头删掉，一般不放大是很难看出的，因此一定要放大检查
，像这样是很难看清还有一点线头，不过软件还是会提示你红点告诉你有错误，这也是一个强大的地方。
一放大就看的清楚了!另外，在有些时候有些地方没连接起来，软件也会提示红点，那样同样要放大连接，或者直接对着连接的地方右键点连接。
七、 在倒圆角的时候要注意顺序和数量，机房的电脑配置比较一般，一次倒多个圆角可能出现错误，我们可以选择少量多次。倒得时候还要特别细心的看选中的是线还是面，因为选择线或面的时候是很容易混淆的。
八、 在装配过程中一定要注意干涉检查，最好装好一个零件就检查一次，那样便于我们改正。
九、 重中之重的就是看图、懂图，做实体设计看不懂图你就是能在熟练地操作CAXA也是徒劳，看不懂图就不知道怎么入手，连你要画什么都不知道，那何谈绘制了。所以，一定要认真仔细的看图，琢磨懂了再开始画。我们实训的这几幅图都还是有难度的，特别是箱体那幅，只要看懂图基本问题就不大了，但是要看懂是相当的困难。
实训制图过程：
这次实训我们总共画了六幅图，分别是：齿轮油泵，球阀，泵体，齿轮减速器、安全阀和箱体。
一. 齿轮油泵
在这幅图中，泵体是比较难的，因为是实训的第一幅图，好多东西还不懂，操作也不熟悉，刚开始感觉比较的困难，无从下手，但是老师以这幅图作为列子讲解各种操作后，我们做起来就比较得心应手。就用到拉伸就能完成。先把上部分的用拉伸做出来，在从工具栏托个长方体出来到底部就可，当然底部也可以用拉伸绘制，但是完全没必要。底座和上部完成后就开始走背部，背面也比较简单，只要找好圆心，继续拉伸即可。待整体基本完成就开始打孔，打孔可以用拉伸里的除料，但是也没必要，只要托孔类圆柱体找好位置，调整孔类圆柱体尺寸即可。孔一一完成。但切记尺寸要对，位置要对。在打内螺纹时上面已经说过，直接从工具里脱即可，这就不细细的说明了。
这幅图的其他小零件比较简单，像垫片只需一次拉伸，托两个孔类圆柱体，打几个小孔即可。在打小孔的时候，可以用三维球拷贝。无需一个一个打。这幅图相对其他简单，别的小零件就不一一说明。
装配过程因为零件少，用三维球或者约束装配都很简单。
二、球阀
这幅图比起第一幅困难，其中阀体又是最难画的。
绘制阀体时，先不管上部分的圆柱体，先用旋转把前面的板和后面的球形体画出，在找准位置在上部分托一个圆柱体。接着在打孔，打孔时要注意看图，另外上部分的圆柱体有个小凸起要注意尺寸。板上面的四个内螺纹只 要在工具里托出一个，其他三个用三维球拷贝即可完成。
这幅图扳手也是个难点，其中要用到放样才能完成。而其要注意圆盘的下面是实体半圆切掉一半，并不是只有一个圆弧轨道。
其他几个小零件也没太大问题，只是在绘制阀杆是要注意看清图，它的顶部是在圆柱体上切一个长方体出来。
三、泵体
绘制这幅图就比较的困难了，特别是主体。
绘制主体时，一定要看清图，它内部的孔太多了。而且不易看出来。但是在绘制外壳是可以直接托几个长方体修改尺寸即可。其他小零件多用到旋转，像柱塞这样高度对称的用旋转一步就可画出。
装配过程因为零件比较多，所以比较困难、复杂。而且容易出现干涉，一定要看准图一个一个检查，一步一步装。
后面的三幅基本都用到差不多的手段，就不一一列出。只是后面的难度基本上都比较大，而其图形比较复杂，在看图上有很大的难度，像齿轮减速器就不单单像前面一样简单了，必须用放样或者扫描才能完成。有一个简便是，当你做完上半个壳体时，下部分只要基于上部份做修改即可，不必要在绘制。像箱体这幅图，那难度是相当的大，也是困难重重，在看图上都不知花去了我们多长时间，而其在打内部的孔是，很难选中要打的面。但是经过自己的思考加上同学老师的细心指导最后还是做出了。
实训已经结束了，但是在实训中学到的东西却是不会结束的。这次实训带给我的太多太多，对我而言不仅仅是知识上的，还有在对待事物的态度上都给我很大启发。在知识方面，那是不言而喻的，大一我们学习画法几何，大部分时间都是看图，画二维图，大二开始CAXA的理论教学，虽然在思想上觉得有那么个东西，但是自己一动手还是什么都不知道，有时候觉得自己真是没用，大学这样下去以后我们还能干什么啊!什么都是嘴上功夫，实际行动拿不出来，但是通过这次实训，我再也不这么认为了，我们学会了基本的CAXA操作方法，虽然我们刚开始离大师的操作还有很远的距离，但是我相信万事开头难，只要你开始了，就会有结果，俗话说的好“师傅领进门，修行靠个人”，老师已经把基本的东西都教给我们了，以后的路就要靠自己多练多想多看。这次实训再一次帮我们复习了画法几何的识图能力，培养了我们的空间想象力。所有我们绘制的图，前提条件都是一定要看懂图，在自己的脑海有个大概的样子，才能入手;而在绘制过程中，每次遇到困难，就给我们提高了一次，CAXA虽然强大无比，但是要熟练地掌握它还需要我们付出大量的心血，而实训过程中每一次克服困难都让我们多了解了它一点。通过这次实训，让我们的理论和实际很好的结合在一起，让我们对于理论的东西不在模糊不清。在做事方面，这次实训也给了我很大帮助，在绘制过程中，稍有哪里不注意将导致我们的图是错误的，所以这次实训也培养了我仔细，认真的态度。有些图，像箱体，开始总感觉无从下手，甚至有放弃的念头，但是看着别的同学都认真的琢磨着，也就忍了，最后，通过自己的坚持还是做出来了!所以这次实训也让我体会到了什么叫做坚持就是胜利。实训结束了，但是实训里学到的东西永远都不会结束，它将伴随我迈向明天，迎接每一次挑战!
《桌面收纳盒》教学设计
教学目标：
Science(科学)：了解并掌握科学探究的基本方法和步骤
Technology(技术)：学会使用拉伸命令构造三维实体的方法;熟练使用二维草图相关绘制工具;学会使用抽壳命令。
Engineering(工程)：初步理解并掌握三视图的左视图绘制方法，合理设计收纳盒的结构和空间。
Arts(艺术)：能够进行美观、独特的造型设计。
Maths(数学)：对收纳盒整体的尺寸设计合理、比例协调。 教学重点：
能够设计合理、美观的桌面收纳盒。 教学难点：
理解并掌握三视图的绘制方法，合理设计收纳盒的结构和空间。 教学准备：
3Done建模软件 课时安排：1课时 教学过程：
师：同学们，大家好，我们的生活中存在着许许多多的现象需要我们用眼睛去观察发现，爱提问的孩子，勤思考，爱学习，现在和老师一起走进今天的“生活观察室”。
一、生活观察室
1.请大家看一看这都是什么地方?
(出示厨房、书桌、茶几、餐桌杂乱的图片) 2.这些地方有一个共同的问题你们发现是什么了吗? (桌面杂物较多、摆放凌乱) 板书：发现问题—桌面凌乱
师：这就是今天需要我们共同来解决的问题——怎样才能使桌面变得整齐有序? 板书：提出问题—如何整理 出示课题：桌面收纳盒 师：今天就和老师一起利用3D打印技术，设计属于自己的独家订制《桌面收纳盒》。
二、我是设计师
师：创造物品最重要的就是规划设计，我们要结合实际情况进行分析，设计出满足需求的物品
板书：分析问题—合理收纳 师：小设计师们，准备好了吗? 课件出示：书桌收纳盒
师：这是我设计的书桌收纳盒，分为四部分。
师：打开桌面上的《学习活动单》，完成第一项需求分析。
三、创意实验室
师：结合实际情况完成需求分析就可以开始动手制作了。看一看这些已经设计好的收纳盒，你的脑海里呈现出的是什么样子的收纳盒呢?让我们赶快把它设计出来吧。
课件欣赏：各种各样的收纳盒 1.设计外形，草图绘制。
师：首先我们可以通过草图绘制，然后进行拉伸，绘制出收纳盒的外形。 演示绘制外形。 学生练习
2.划分空间，拉伸—减运算。
师：结合开始的需求分析，进行空间划分。 演示草图绘制—减运算 学生练习
四.创意展示区(展示交流)
师：完成的同学结合“学习活动单”第二项准备展示交流。 大家好，我是 ， 我制作的收纳盒用途是： ， 它各部分的功能是： ， 我制作的体会是： ， 谢谢大家。
五、小结
师：今天我们通过观察生活中的现象，发现问题—桌面凌乱，提出问题—如何整理，分析问题—合理收纳，解决问题—整洁有序。
孩子们，思维无限、创意无限，希望你们在日常生活多观察、勤思考，用自己的知识来创造未来。 板书(活动场地)设计：
发现问题
桌面凌乱
桌面收纳盒
提出问题
分析问题如何整理
合理收纳解决问题 整洁有序
“校企合作”的高职教育教学模式是学校与企业建立的一种合作模式，特别是“教学工厂”的成功引入为高职院校教育行业的发展带来了一片春天[1-2]。在现阶段我国经济形势良好，同时对于专业性人才需求量较大的情况下，“教育工厂，校企合作”的教学模式不仅能够提高学生的专业性技能，而且可以提高学校的教学质量和与企业的合作关系，同时有利于企业实施人才战略，培养出与企业技术相关的高技能人才，从而达到学校、学生和企业三方共赢的效果[3-5]。浙江工商职业技术学院基于“校企合作”的高职时间教学理念，先后引入了宁波华宝塑胶模具有限公司和宁波阳超汽车模具有限公司两家高质量模具企业入住学校，在校内建立起设备齐全、技术先进的教学工厂，使学生在校内即可实现理论学习与实践设计操作的有机结合，达到企业与学校零距离合作。1校企合作
1.1“教学工厂”
“教学工厂”是新家坡南阳理工学院教学模式中的一大创新思想，更为重要的是其中蕴含着创新的办学理念[6]。由于大专院校毕业生不能很快地适应工作岗位的需求，企业界要求学校必须重视实践能力培养的情况下，借鉴德国“双元制”的教学模式，将学校、培训中心和企业三元合一而提出的一种适合现代企业需求和职业技术教育需求的教育模式，旨在将工厂环境引入到学校，在学校内建立起技术先进、设备完善、环境逼真的教学工厂[7](见图1)。
1.2课程在教学中遇到的问题分析
通过三维软件的学习，要求学生具有一定的三维造型与设计能力，这是学校、社会对高职院校机械类毕业生的基本要求。(1)“三维造型技术及应用(Creo)”课程的开设，占用了学校大量的场地与教师资源，致使原本趋于紧张的教师与设备资源更趋拮据。(2)现有的教学手段与方法，忽略了学生在学习三维软件时的主观能动性，“苦口婆心”的教学过程的教学效果得不到有效保证。(3)由于教师受限于精力有限，不能切实地将课程与工厂实际问题联系起来，使得学生趋于应付考试而学习，与该课程培养学生专业实践能力的初旨相违背。因此文章提出对以“三维造型技术及应用”课程为代表的软件课程改革方案，以期形成并完善一套软件课程教学改革的方法与技巧，为后续“三维造型技术及应用(UG)”“AutoCAD”等课程的改革提供借鉴。
1.3课程改革的目标
课程的目标包括3部分：(1)从知识和技能。学生通过课程学习和Creo软件的应用，掌握三维零件建模的基本方法，具备利用Creo软件进行机械零件设计的基本知识和基本技能，熟练应用Creo软件完成零件设计、曲面设计、装配设计、工程图绘制与钣金设计等。(2)从过程与方法。通过“三维造型技术及应用”课程学习，学生应掌握三维造型的基本思路，学生应具备完善的逻辑思维能力、自我学习、自我约束管理和独立思考的创新能力。(3)从情感态度和价值观。学生在自我学习、互相协助学习的过程中，获得自学成才的满足感，获得与他人共同学习的合作精神，获得协助/辅助他人学习的成就感。
2教学内容设计
2.1教学内容
对于一个合格的模具设计工程师来说，三维造型技术是其在模具设计中最基础的部分，包括：二维图形设计、三维实体设计、曲面设计、工程图设计、产品虚拟设计以及铂金设计等等。本课程针对模具设计Cero三维软件的设计与应用，使学生具备利用Cero软件进行机械零件设计的基本知识和基本技能，掌握三维造型的基本方法和基本思想。工作任务主要分为：二维图形设计、三维实体设计、曲面设计、工程图设计、虚拟装配设计和钣金设计。
2.2教学设计
2.2.1采用网络教学与答疑
创建网络互动交流平台，由教师按照章节内容提供视频资料与作业实例，要求同学按时完成视频学习，按时按量完成作业。教师分析学生上交作业情况，有针对性地培养学生在三维造型过程中的建模思想。作业记录在平时成绩内，学生在学习过程中遇到困难或者疑点可以通过平台与教师之间交流或者将难点上传至平台与其他同学互动解决。
2.2.2工学结合，校企合作模式
首先通过网络教学平台与互动交流使学生对三维造型技术有一定的基础，然后通过学校设有的实践周对学生实际工作能力进行培养。实践能力作为考核内容标准之一占有很重要的比重。在实训过程中遇到的难疑点可以上传到网络教学平台由教师与学生共同解决，完成一个难疑点的训练，相应地会有一定的加分，同样的在实训过程中没有遇到难疑点会相应的减分(见图2)。
2.2.3合理解决考核与答疑
小周期内(一般为2周)，教师以30%作业题+70%课外题的形式，考核学生的软件学习情况，并作为平时成绩的一部分(总成绩的15%)记录在册。大周期(一般为一章节结束)内，完成章节的单元考试，并记录成绩(总成绩10%*4)，期末综合性辅导后，以综合性测试(题库抽提+工程案例)的形式，完成课程期末考试，并记录成绩(总成绩15%)。考核期间注意学生学习的引导，注重考核的过程，丰富考题的题库，统一考核的标准。
3课程改革特色与创新
通过创建网络互动交流平台，提高学生的学习效率和教师的工作效率，增进了同学之间学习上的交流，培养学生之间互动协助的能力，并且解决了占用场地的问题，同时一个教师可以同时给多个班级上课，为原本趋于紧张的教师与设备提供了便利。通过校企合作模式能够提高学生在工作中的实践能力，增加考核难度有利于提高学生对课程的重视和理解，同时增加考核的次数能够让教师更清楚的了解学生各阶段的能力，以便于及时做出调整，改善课程中的不足。通过课程改革有利于学生培养自主学习以及交流互动的能力，有助于培养学生发现问题并自主寻找解决方法，增加学生的学习兴趣。
参考文献
[1]黄亚妮.高职教育校企合作模式初探[J].教育发展研究，2006(10)：68-73.
[2]程方启，熊运星.基于教学工厂环境下的模具专业实践教学体系的构建[J].机械职业教育，2013(1)：21-23.
[3]熊运星，肖国华.模具CAD/CAE/CAM课程的改革实践[J].机械职业教育，2012(8)：28-29.
[4]刘正平，徐生，胡仁宝.“高端装备制造人才”培养的探索[J].机械职业教育，2014(6)：24-25.
[5]孙伟宏.探索校企合作模式培养优秀技能人才[J].教育发展研究，2006(7)：23-25.
[6]梁美.新加坡教学工厂模式对我国职业学校教师能力培养的启示和借鉴[J].物流工程与管理，2011(1)：132-134.
[7]明廷华.“教学工厂”：一种值得借鉴的教学模式[J].职教论坛，2007(16)：63-64.
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