对机械专业CAD教导改革探析
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目前,人们开发出各种CAD软件,特别是机械CAD软件,从最初的绘制线条代替手工绘图,到实体造型、参数化造型、变量化造型,CAD软件的功能越来越强大、完善,使用越来越方便,可以完成机械产品全生命周期的每一项任务。在工业化国家如美国、日本和欧洲,CAD已广泛应用于设计与制造的各个领域如工程建筑、装饰、机械、电子、汽车、造船、航天、服装、玩具等行业,实现了100%的计算机绘图。CAD系统的销售额每年以30~40%的速度递增,各种CAD软件的功能越来越完善,越来越强大。国内于70年代末开始CAD技术的大力推广应用工作,已经取得可喜的成绩,CAD技术在我国的应用方兴未艾,出现了以中望CAD为代表的国产CAD软件群体。目前CAD技术在全世界得到了广泛的应用,这就使机械CAD成为工科院校机械专业的一门技术基础课程,Autocad的讲授相当普遍,Pro/E、SolidWorks、UG等三维软件也在成为机械专业学生的必修课。这些软件的讲授对机械专业的课程教学起到了极大的促进作用,也改变了传统的教学方法,教学效果明显提高,学生学习积极性很高。但是这些课程的教学存在分散进行、脱节,教学内容、方式方法欠妥等问题。下面就针对这些问题做一探讨。
机械制图与计算机辅助绘图(CAD)课程的教学改革
众所周知,在高校机械专业中开设AutoCAD这门课程是为了让学生将机械制图和计算机辅助绘图结合起来,实现从手工绘图到计算机绘图的转变。但是很多高校的机械制图与AutoCAD是两门独立的课程,分别由两个不同的老师讲授,制图老师讲授机械制图,另外的老师讲授AutoCAD,分别讲授会造成中间脱节。机械制图课程是讲授绘制和阅读机械图样的原理和方法的一门专业基础课,目的是使学生掌握阅读和绘制机械图样的基本知识、基本方法和技能。机械制图就是解决绘图的规则、规范和内容的问题;而AutoCAD软件仅是一个工具,就是用计算机把设计的产品的图形绘出,他解决的是绘图速度和绘制线条的质量的问题。因此我校在机械本科专业的教学改革中把机械制图和计算机辅助绘图合二为一门课程,以机械制图为重点,而AutoCAD只安排了6个学时的课堂教学任务,课外给学生布置大量的机械零件图、装配图的任务,让他们课后自己去实践----读图和计算机绘图。同时制定严格的考核制度去避免抄袭、文档复制,老师检查学生提交的作业后集中对问题进行讲评。这样可使学生掌握扎实的制图理论和熟练的计算机绘图能力。
机械设计与计算机辅助设计(CAD)的教学改革
三维参数化CAD软件是工程师进行机械设计和创新的现代化工具和科学方法。软件的使用可大大缩短机械产品设计周期,提高效率、降低成本,提高设计质量。计算机辅助技术的应用已从二维绘图发展到当今的三维建模、参数化设计、智能设计、快速设计、优化设计,并且已得到广泛应用。比如:美国福特汽车公司应用三维CAD技术将新型汽车开发的周期从18个月缩短到12个月,实物模型减少了90%,新产品的设计更改减少了50%以上,新汽车试制成本减少了50%,投资效益提高了30%。波音飞机的公司新一代波音777客机实现了“无图纸设计和生产”。在我国机械工业中,三维机械CAD技术的应用日益受到重视,特别是在新产品开发创新设计中显现出明显的优势。为了培养出合格的符合社会需求的机械专业大学生,我校开设的机械设计或其它的设计类专业课加入CAD内容,我们选择Pro/Engineer\UGNX\Solidworks这些软件与设计类专业课程联合进行教学。在设计类专业课程的教学中引入CAD技术,我们首先教会学生建立每个零件的三维模型,利用模型的立体感直观地检查零件结构,使设计更快捷和正确。然后介绍各种标准件库的使用,要求学生把零件模型装配起来,设计零件之间的装配关系和结构约束,检查零件间的干涉,使设计的产品更完善。接着进行曲面造型和曲面质量的分析,使学生开发的产品的外观更符合审美。最后完成三维立体模型到平面工程图的转换,最终得到符合要求的工程图纸,并可按图纸生产。在教学过程中,大量采用少讲多练的模式,布置多张多种机械的装配图,要求学生自己看图,把机械的每一个零件拆出来,用软件建立每一个零件的实体模型,并按照装配图的结构组装得到装配体;用软件仿真模拟,发现干涉及其它问题并修正。好处在于训练了学生的读图能力,软件的应用能力。完成训练的学生具有相当的机械设计水平。
机械专业中CAD的教改初步探索
机械CAD教学应注重理论与实际相结合将计算机辅助绘图与机械制图结合起来进行,把他们的内容相互渗透;把计算机辅助设计与机械设计类的课程,比如:夹具设计、模具设计、减速箱设计等结合起来进行;使学生在掌握扎实的掌握专业知识基础上,并学会一个辅助工具的使用,实现一举两得。在进行CAD课程的教学中,要以学生为主体,注重基础理论的讲解,实际操作能力的培养,在理论与操作的讲述中要结合实际的例子。使学生可以在较短的时间内"即学即用,即查即用"。机械CAD教学要教会学生思考理论课的讲授要着重讲解绘图思路,教会学生思考。比如一个由四条线组成的长方形,可以先求出四个顶点的坐标,通过输入2点的坐标划直线,重复四次画出长方形;也可以分别画2条水平线和2条垂直线让其首位相连得到;也可以直接用画矩形的命令完成。这就是3种思考方式,是把图形看成一个整体矩形、还是四条线、或是四个顶点,读图时首先获得是整体或线或点的信息,这是学生的思维决定的。再比如圆弧的绘制,AutoCAD软件中有8中画圆弧法,难道学生必须记牢他们?当然用这8种方法能画出我们需要的圆弧,但实际上圆弧是圆的一部分,我们可以告诉学生可以先在适当的位置画一个圆,然后修剪得到所需要的圆弧,这样可以省去找圆弧的弧长、圆心角、中心点、端点的坐标等。关键在于教会学生如何去思考,怎样去认识图形,又符合机械习惯,画图既快且正确。机械设计类课程与三维CAD软件联合教学,要教会学生建模、设计的方法,特征之间的父子关系及其相互影响,特征的识别,特征的参数设置等。比如阶梯轴的建立:很多学生把轴的对称剖面全部一次画好,通过旋转命令得到整个轴的模型,就是一个零件只有一个特征;这种方法的弊端是一个剖面上有很多线条,太复杂;如果这根轴的某一轴段不需要了,这种建模就很困难删除去除这个轴段,造成修改不易。实事上整个轴应是由多个轴段组成,每一个轴段为一个特征,每一个轴段上附加有圆角、倒角、退刀槽、键槽等特征,可以按照轴的加工方法、加工工序去分解特征并建立模型。关键是要求学生建立的模型父子关系明确、模型修改方便,参数的设置合理,方便建立与其他有装配关系的零件之间的尺寸、形状的约束关系。机械CAD教学要由浅入深机械CAD的教学要注重由浅入深的方法。这种方法是将每项任务都以简单的操作步骤和图例方式讲述,学生可以"照葫芦 画瓢"做好手中的事情;当学生具备了基本理论和基本操作能力之后,再进行较复杂的训练。例如,三维作图是AutoCAD中重要且相对较难的一部分,它要求一方面培养学生的空间想象力,另一方面也要学生熟练地使用用户坐标系和三维绘图命令。因此,采取由浅入深的方法的教学,以简单的三维形体为教学切入点,在三维空间中直接去认识和感知空间几何元素,直观、形象,易于学生接纳。在制起始教学中可画一些立体图供学生观看,并让学生模拟着画一些简单的比较接近正等测的草图。这样,通过示范,学生能很快画出棱柱、圆柱、圆锥等基本几体的轴测图。通过练习,学生对各种基本体的轮廓有了了解,初步树立了空间概念。然后再画一些组合体,将各种基本形体合理运用。真正行之有效地提高和发展学生的空间想象力和创造力,促进课程教学核心目标的实现,这样学生利用AutoCAD进行计算机三维绘图的热情被调动起来。机械CAD教学要注重实践机械专业中CAD教育要加强实践环节,CAD教学如果让学生只学不练,那只能是纸上谈兵,很难培养学生的实际工作能力。因此机械CAD课程的课时安排,应充分考虑上机的实践环节,保证学生有一定的时间去实践所学内容,使课堂上学过的东西得以充分地吸收,从而达到学以致用的目的。机械CAD机械要教会学生自学全程导航方法,在短课时内,要把软件的所有内容一一讲透是十分困难的,因此在任何时候为学生提供学习建议和在线帮助,特别是教会学生使用软件自带的帮助信息,让学生"先见森林,再识树木",亦不失为一种好的教学方式。让学生在不知一些命令时可以自己去摸索,学习自己想知道的内容。另外,在改进教学方式的同时,尽量采用多媒体和电脑形象化教学,多演示,多互动,这样可以更加充分地引导学生思维,激发学生的学习热情,使教学内容更为直观生动。
总结
机械CAD是一门实时性和应用性很强的课程,要开展CAD教学工作,首先必须注重课程内容的系统性、完整性和连贯性,加强学生对专业基础理论知识的培养,将CAD与专业其他课程紧密结合起来,才能培养出有扎实专业知识,又有设计动手能力的符合社会需求的人才。