劉 明

(營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧營口115000)

【學(xué)術(shù)研究】

基于UG軟件的機械制圖課程虛擬化教學(xué)

劉 明

(營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧營口115000)

針對機械制圖教學(xué)中存在的零件結(jié)構(gòu)抽象、復(fù)雜，學(xué)生不易理解等問題，論述使用UG軟件進行虛擬化教學(xué)，演示各種建模、裝配、爆炸分解過程，利用運動仿真的動畫，增強學(xué)生空間想象力，提高學(xué)生的學(xué)習興趣和教學(xué)效果．

二級齒輪減速器；UG三維建模；虛擬裝配；運動仿真

機械制圖是高職院校機械專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課．在課程的教學(xué)過程中，由于許多零件結(jié)構(gòu)抽象、復(fù)雜，如相貫線、剖視圖、裝配體的三視圖等，學(xué)生理解起來有一定困難．按傳統(tǒng)的教學(xué)模式, 在教學(xué)過程中靠“嘴、粉筆、掛圖”來講授，雖然使用大量的模型輔助教學(xué)，但還是存在不連續(xù)性和片面性，使學(xué)生很難從感性上升到理性．UG軟件是集CAD/CAE/CAM于一體的三維化軟件，它包含建模模塊、裝配模塊、工程圖模塊和運動仿真模塊．基于UG的虛擬現(xiàn)場教學(xué)，就是利用UG軟件的多個功能模塊，通過在電腦屏幕演示各種建模、裝配、爆炸分解過程，虛擬表現(xiàn)出三維模型在形成過程中的具體方法，如拉伸、回轉(zhuǎn)、掃掠、修剪體、抽殼等，形體在求和、求差、求交等運算中可直接獲得各種運算結(jié)果，零件在形成中的各種工藝結(jié)構(gòu)如倒角、圓角、螺紋、退刀槽、鍵槽、孔等都可直接體現(xiàn)．它還有工程制圖模塊，可以通過三維模型直接進入二維平面圖形進行表達，現(xiàn)場實現(xiàn)由三維立體向二維轉(zhuǎn)化的展示，幫助學(xué)生培養(yǎng)空間向平面轉(zhuǎn)化的能力，提高學(xué)生的學(xué)習興趣和教學(xué)效果[1]．

1 UG軟件用于機械制圖課程中的功能描述

1.1 虛擬模型的建立

使用UG軟件建立虛擬模型庫，能快速方便地進行任何復(fù)雜形體的三維建模，輕松轉(zhuǎn)換二維工程圖．建模模塊功能強大，曲面建模、特征建模和實體建模適用于各種造型．在機械制圖課堂教學(xué)中相似實體可現(xiàn)場用建模模塊對比造型設(shè)計，有利于學(xué)生區(qū)分易混淆的知識點，從而掌握問題的重點和難點部分，同時也為學(xué)生將來從事產(chǎn)品造型設(shè)計工作打下堅實的基礎(chǔ)．

1.2 工程圖的生成

工程生產(chǎn)主要依據(jù)工程圖進行生產(chǎn)和制造，在UG軟件中，二維工程圖是由立體零件模型直接生成，可以隨意生成主視圖、俯視圖、左視圖、剖面圖、局部放大圖和軸測圖．圖樣的尺寸和比例可更改，二維圖和三維圖是關(guān)聯(lián)的，立體零件形狀尺寸改變時，二維工程圖同步改變．尺寸標注功能智能、快速、簡便，完全不用像其他繪圖軟件那樣去一步步畫出二維圖形輪廓．

1.3 動畫視頻的制作

動畫是連續(xù)播放的視頻圖像，是一種展現(xiàn)事物的視覺手段．在UGNX8.0軟件中，利用虛擬裝配形成二級圓柱齒輪減速器裝配體，把裝配體外殼以透明形式顯示，完全展示內(nèi)部結(jié)構(gòu)，學(xué)生一覽無遺，既形象生動，提高了學(xué)生的學(xué)習興趣，又使學(xué)生了解了減速器的結(jié)構(gòu)、裝配關(guān)系、相互位置關(guān)系．利用爆炸視圖命令拆分各零件，可以讓學(xué)生了解減速器的零件組成．裝配模塊中的裝配序列，能演示裝配和爆炸的動畫過程，制成的AVI格式視頻文件能反復(fù)循環(huán)播放，可供學(xué)生課后自學(xué)[2]．

2 虛擬教學(xué)實例

以二級齒輪減速器為例，用UG軟件對上蓋、底座、齒輪、軸的零部件進行三維建模(如圖1所示)、虛擬裝配(見圖2)和爆炸視圖(見圖3)的制作，以及動畫演示模擬，最后導(dǎo)出視頻文件．

UGNX8軟件具有強大的CAD/CAE/CAM功能，利用UG建模中的草圖繪制上蓋的主視圖外形輪廓，進而拉伸，做圓柱孔、底板、吊耳及各種螺紋孔．在底座上利用UG中的文本功能，寫出學(xué)校的名稱和裝配體的名稱，這樣會使學(xué)生對漢字是如何書寫到立體模型上的產(chǎn)生興趣，可以調(diào)動學(xué)生學(xué)習的積極性．

齒輪的繪制利用軟件中新增的齒輪工具箱功能，根據(jù)齒輪的齒數(shù)、模數(shù)、壓力角、螺旋線方向直接繪制出互相嚙合的兩個齒輪．

利用UG中的裝配功能進行虛擬裝配，先調(diào)入底座，然后是齒輪軸、齒輪、軸承，最后是上蓋．為了讓學(xué)生能直觀看到齒輪減速器內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，利用軟件中的外殼透明化功能，使外殼透明，內(nèi)部結(jié)構(gòu)一覽無遺，這樣既清晰表達了內(nèi)部結(jié)構(gòu)，又會使學(xué)生感興趣，活躍課堂氣氛，最終帶來好的教學(xué)效果．

二級齒輪減速器包含很多零部件，對于沒看過實物的學(xué)生來說，掌握各個零部件的形狀有點困難，然而UG軟件中的爆炸視圖功能恰恰解決了這個難題．爆炸視圖使各個部分分離開來，從墊片到螺栓，各個小部件清晰可見，從裝配圖到爆炸圖動態(tài)顯示，動畫效果立竿見影[3]．

二級齒輪減速器是機械制圖裝配體教學(xué)章節(jié)中的一個難點問題，因為在機械設(shè)計基礎(chǔ)這門課中，教學(xué)內(nèi)容只涉及單級齒輪減速器，學(xué)生沒有看過二級齒輪減速器實物，更不懂原理．利用UG進行實體建模，創(chuàng)建各零部件模型、裝配體模型，學(xué)生可輕松了解二級齒輪減速器的結(jié)構(gòu)組成及各部件相對位置關(guān)系[4]．利用UG中的運動仿真模塊還可以動態(tài)顯示其運動原理．高職院校的學(xué)生學(xué)習耐性和主動思考能力相對較弱，這種教學(xué)方式能極大程度地調(diào)動學(xué)生學(xué)習的積極性，進而把知識學(xué)好．

3 結(jié)語

在機械制圖教學(xué)環(huán)節(jié)引入虛擬教學(xué)手段不僅適應(yīng)課程改革要求，也是一種將理論與實踐有效結(jié)合的新型授課手段，更是將來智能化教學(xué)的堅實基礎(chǔ)．

在機械制圖課中引入 UG 軟件進行教學(xué)，學(xué)生可以身臨其境般地感受每個零件的形成過程，使學(xué)生的空間想象力不斷增強，化被動學(xué)習為主動學(xué)習．利用UG 軟件進行教學(xué)同時也節(jié)省了大量的模型教具的購買和攜帶的負擔，節(jié)省了教學(xué)經(jīng)費投入．制作出的適合本校機械制圖教學(xué)課程、種類齊全的部件模型庫及動畫視頻庫，可以方便學(xué)生課下自學(xué)．

[1]張孟玫，常東梅，王雙勝.利用三維造型技術(shù)進行復(fù)雜形體的讀圖[J].機械設(shè)計與制造，2006，(11)：65-66.

[2]王曉光.機械制圖課程教學(xué)改革方法探索[J].科技信息， 2012，(5)：354.

[3]周樹錦.UG應(yīng)用實訓(xùn)[M].北京:中國勞動社會保障出版社，2005.

[4]馬金平，張益華．基于三維 CAD 軟件的制圖教學(xué)改革[J]．機械制造與自動化，2007，(6)：106-107．

(審稿人 王春會 鄧景茹，責任編輯 王 巍)

Virtual teaching of mechanical drawing course based on the UG software

LIU Ming

(Yingkou College of Vocational Technology,Yingkou Liaoning 115000)

Considering the problems existing in teaching mechanical drawing, such as the abstraction and complexity of the part structure, which are difficult for students to understand, this paper illustrates the virtual teaching of UG software. Various processes of modeling, assembling and explosive decomposing are demonstrated. Meantime, motion simulation animation is implemented to enhance students′ space imagination, increase students′learning interest and improve the teaching effect.

two stage gear reducer；UG three-dimensional modeling；virtual assembly；motion simulation

2016—06—20

劉明(1978-)，女，遼寧營口市人，講師，主要從事機電一體化教學(xué)研究．

2016年度遼寧省現(xiàn)代遠程教育學(xué)會“十三五”規(guī)劃課題(2016XH01-15)

TH126

A

1008-5688(2017)01-0024-03