首页 -> 2008年第4期
ＣＡＸＡ绘图软件在《工程制图》教学中的应用
作者：张 保 李 蓉 任祖平 蒋天合
关键词：工程制图；CAXA实体设计；国家标准；三维建模
计算机三维CAD技术能逼真地表现虚拟模型，以立体的、有光的、有材质的生动画面展现设计的零件、部件等。国产的CAXA实体设计软件采用了创新设计的思维方式，拖放式的三维造型灵活、简单且有趣；自带的CAXA电子图板的功能可将实体设计的结果快速、方便地转换成符合国家标准的二维工程图纸；它拥有强大的设计功能和完善的造型手段，可在同一视窗下完成产品的概念设计、零件设计、装配设计、钣金设计、动画设计、渲染设计等。目前，多媒体技术的应用为《工程制图》课程的教学改革提供了广阔的发展空间。在《工程制图》教学中，把CAXA实体设计技术应用在多媒体教学中，能够有效地提高教学质量，使学生在学习阶段就能掌握CAXA实体设计软件的使用。
利用CAXA软件在教学中帮助学生树立标准化制图意识
图样是工程界的共同语言，对于图样的幅面、比例、字体、图线、尺寸注法以及其他技术要求等内容，国家标准中都有统一的规定。教师有义务在教学过程中贯彻国家标准，教育学生必须养成严格遵守国家标准的作图习惯，按国标规定进行工程图样的绘制工作。
工程图的设置一张符合国标标准的工程图纸，不仅需要有图形元素，而且需要有标准的图框、标题栏、零件编号和明细表元素。在教学中，利用CAXA电子图板绘图系统具有的幅面设置、图框设置、标题栏设置、零件序号设置和明细表设置等功能（这些功能是CAXA电子图板依据《机械制图国家标准》制定的）边演示，边讲解，可强化学生的标准意识。如在图纸幅面设置功能中，根据图纸幅面规格不同，该软件设置了从A0～A4共5种标准图纸幅面供调用，并可设置图纸方向及图纸比例；在进行图框设置时，可分别从调入图框、定义图框和存储图框三项中进行选择；在CAXA电子图板系统中，具有为用户设计的多种标题栏，使用这些标题栏会大大提高绘图效率，同时CAXA电子图板也允许用户自定义标题栏，并将自定义的标题栏以文件的形式保存起来。标题栏的设置有以下几项功能：调入标题栏、定义标题栏、存储标题栏和填写标题栏；零件序号和明细表是绘制装配图不可缺少的内容，电子图板设置了序号生成和插入功能，并且与明细表联动，在生成和插入零件序号的同时，允许用户填写或不填写明细表中的各表项，而且对从图库中提取的标准件或含属性的块，在零件序号生成时，能自动将其属性填入明细表中。
工程图的标注尺寸标注是制图教学中的难点，CAXA电子图板依据《机械制图国家标准》提供了对工程图进行尺寸标注、文字标注和工程符号标注的一整套方法，它包括尺寸标注、坐标标注、倒角标注、引出说明、文字标注、形位公差、基准符号、粗糙度、焊接符号、剖面符号、标注编辑、尺寸风格编辑、文本风格编辑和尺寸驱动等内容，给教学带来了便利。例如，在CAXA电子图板中，自带公差与配合可视化查询（如图1），学生可以自由地调出学习，教师上课时也不需带各种标准件教具。
利用CAXA软件解决制图教学中的难点问题
《工程制图》教学的基本任务就是培养学生阅读和绘制工程图样的能力、空间逻辑思维能力和空间构型能力。难点在于学生空间想象能力的培养。现以实例形式说明CAXA在《工程制图》实际教学中的应用。
CAXA辅助相贯线教学相贯线是两个立体相交所形成的表面交线。而常见回转体相交所形成的相贯线是《工程制图》教学中“相贯线”的难点。在一般情况下，两曲面立体的相贯线是闭合的空间曲线；在特殊情况下，两曲面立体的相贯线可能不闭合，也可能是平面曲线或直线。对于求解常见的两回转体相交所形成的相贯线，常用的方法有积聚性法和辅助平面法。一般情况下，只要采用上述方法对相贯体进行分析，学生就可以完成相贯线的求解问题。但学生往往在想象相贯线的空间形状方面感到困难。在讲解“相贯线”这部分内容时，可以利用CAXA建立三维实体模型的功能，形象直观地演示相贯体的类型、相对位置、组合方式、空间形状以及相贯线的空间形状，帮助学生提高空间想象能力，熟练掌握该部分内容。具体做法如下：（1）建立两个直径相等正交相贯的圆柱体，利用三维球的功能复制成三个圆柱体，在智能图素状态下，改变各圆柱体的直径，D1变小，D2不变，D3变大。结果如图2。（2）选中它们的相贯线并把它转化为3D曲线并用三维球功能把3D曲线移出，这些空间3D曲线就是相贯线的空间形状。取图2中的第三个相贯体为研究对象，新建一个工程图，把相贯体和空间曲线作为一个整体生成标准视图，在视图中选择主视图、左视图、俯视图、轴测图。生成结果如图3。在图3中白色的线是和相贯线完全重合的空间曲线，通过轴测图可以看出空间曲线在两个圆柱体的表面上，通过三视图可以看出在三视图中的具体位置。
CAXA辅助组合体教学从形体的角度来分析，任何机器零件都可以看成是由一些简单的基本几何体组合而成的组合体。通常组合体的种类按构成方式可以分为叠加式、挖切式和综合式三种。组合体的分析方法主要有两种方法：形体分析法、线面分析法。其中，形体分析法多用于对叠加式组合体的分析；线面分析法多用于对挖切式组合体的分析；有时两者兼用分析综合式组合体。而CAXA实体设计有两种造型方法：第一种是搭积木的方式适合叠加式，第二种是拉伸、旋转、扫描等适合叠加式、挖切式和综合式。利用CAXA可以先将组合体模型直接生成标准视图，然后，在CAXA电子图板中，通过菜单“文件—实体设计数据接口—接收视图”打开标准视图，在电子图版的环境下进行标注。例如：如图4，已知主、俯视图，补全左视图。第一步，抓特征，分线框（如图4）；第二步，对线框，想形状（如图5）；第三步，综合起，想整体（如图6）。
CAXA辅助剖视图教学剖视图是用来表达零件内部结构形状的投影图。在剖视图教学中，学生对形体内部结构的理解有一定的困难，同时对于剖切方式和剖切位置的选择也不好理解。在教学中应用CAXA进行演示，利用其提供的剖切功能，能使以上问题迎刃而解。CAXA可以在“工程图”模块下完成各种形式的剖视图。在零件模块下，完成剖切平面的选择并按规定位置剖开零件，以直观的三维旋转动态形式进行课堂演示，从而激发学生的学习兴趣，取得较好的教学效果。为了直观地讲解剖视图的概念，可以利用CAXA在直接绘制出机件的模型，利用CAXA的截面工具（如图7所示），直接向学生演示剖视的概念。学生在真正理解了剖视的概念后，对剖视图的画法就能轻松掌握。
CAXA在其他教学内容中的应用
三视图的投影规律反映了三视图与立体之间的方位、尺寸之间的对应关系。在学习中，正确理解三视图的投影规律有一定困难。为了使学生较好地理解三视图之间的对应关系，利用CAXA的三视图导航功能，可以辅助三视图教学，使教学内容更形象、生动，便于学生掌握。
CAXA软件中的装配爆炸视图（如图9）可以展示整个装配的位置关系和装配关系。在《工程制图》的教学中，这种功能可以非常直观地帮助教师讲解装配图中零件的相互位置、连接关系、装配方式等，使学生更好地理解并能正确应用国家标准阅读和绘制装配图。利用CAXA动画仿真库，可以进行装配干涉检查、装配动画设置，让学生对各种零件的装配关系及相互连接、运动情况有直观的感受，对装配图的结构和作用有深刻的理解。
CAXA对生成的造型可以灵活地进行特征参数化修改。无论造型到哪一步，通过尺寸驱动或修改特征生成过程中的任何参数，CAXA会相应地更新形体的相关尺寸和参数，自动改变零件的形状和尺寸，并保持所有特征间的相互关系不变。我们可以教学生将一些较难的习题或者测绘模型用CAXA进行三维造型，让学生可画出三维实体及其三视图，并输出自己所需的视图，与教师一起讨论修改，不断完善。这样，既增强了学生的成就感，又提高了学生的计算机绘图能力、表达能力和空间想象能力。
总之，将CAXA软件引入到《工程制图》教学，使教学更加直观，立体结构更加形象，绘图过程更加清晰，课堂教学气氛更加活跃，更能够吸引学生的注意力，更能够培养学生观察、分析、思考问题的综合能力。
参考文献：
[1]高成慧.利用Solidworks的组合体读图方法研究[J].工程图学学报，2006，（6）：136-140.
[2]谌康焘，鲁屏宇，葛仕恩.机械制图[M].上海：上海交通大学出版社，2003.
[3]胡建生，彭志强，张力.CAXA实体设计实用案例教程[M].北京：化学工业出版社，2004.
[4]和庆娣，袁巍，袁涛.CAXA实体设计2006时尚百例[M].北京：机械工业出版社，2006.
[5]张孟玫，常东梅，王双胜.利用三维造型技术进行复杂形体的读图[J].机械设计与制造，2006，（11）：65-66.
[6]程静，孔贤蔗.三维设计软件Pro/E在工程图学课程中的应用[J].机械制造与自动化，2006，35（1）：136-138.
作者简介：
张保（1976—），男，安徽蒙城人，东南大学机械工程学院在读硕士研究生，海军蚌埠士官学校教员，主要从事CAD/CAM教学和研究。