基于机械制图的计算机绘图课程的改革

机械制图是工科类专业“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）中重要的技术基础课。工程图样是工程信息的载体，是机器设计制造、电子线路连接、建筑施工等的主要依据。工程图样被称为“工程界的语言”，是科技人员进行技术交流的工具。随着计算机图形学和计算机辅助设计技术的发展，计算机图样已成为当今社会最为重要的工程图样。因此，计算机绘图课程的核心任务应该是在读懂机械图样的基础上提高应用计算机绘制机械图样的能力。
1 计算机绘图课程在机械类专业中的地位和现状
机械类专业中计算机绘图课程在机械制图、机械CAD/CAM等系列课程中起着承上启下的作用。
械制图中的投影理论及有关的制图标准是计算机绘图的依据，而计算机绘图课程既是对机械制图课程内容的反馈与提高，又是后续课程机械CAD/CAM等课程的基础，同时也是机械设计、机械制造装备设计等课程的课程设计及毕业设计中图样输出的重要手段。因此，开好计算机绘图课程，对机械类专业的学生意义十分重大。
但由于学生的层次、教学的侧重点以及教学指导思想的不同，各个学校所开设的计算机绘图课程的教学方法、教学要求和教学内容也不尽相同。如部分高校以讲解计算机图形学的理论为主，使用程序设计语言进行编程，重点放在图形基础、图形处理以及二次开发上；大部分高校则偏向于介绍计算机绘图软件，将重点放在软件的使用上。笔者所在高校在开设本课程初期授课内容是以介绍图形学理论为主、AutoCAD为辅；现在该课程内容则以软件Auto－CAD和SolidWorks的使用为重点。目前大多数教材以软件体系的模式基于多种专业的适用性而编写，这种教材大都是软件“帮助”的翻版，面面俱到，平铺直叙，与机械制图课程的联系不够紧密，与机械制图课程的相关载体结合不多，因此，对机械制图课程起不到巩固和提高的作用，使用计算机也无法绘制出读不懂的机械图样。
2 教学改革
针对以上现状，提高计算机绘图课程的教学效果是当务之急。近年来，通过“基于机械制图的计算机绘图课程的改革”的课题研究以用创新教学，即以机械制图课程教学内容为主线，将AutoCAD、Solid－Works紧紧围绕机械制图课程内容，结合案例由浅入深、各操作命令合理穿插的方式作为授课方法，以培养学生机械制图的空间想像能力、空间思维能力以及知识综合运用能力的这一出发点作为计算机绘图课程的教学模式，在计算机绘图课程的内容、体系以及授课顺序上进行教学改革和创新。经近几年的教学实践已获得初步教学效果。具体做法：
2.1 AutoCAD绘图基础介绍
AutoCAD是美国Autodesk公司开发的通用计算机辅助绘图软件，可以用来创建、浏览、管理和输出2D或3D设计图形。AutoCAD在机械、汽车、造船、测绘、电子、建筑和服装等行业的二维制图中得到了广泛的应用，因此该软件只介绍其二维应用。
（1）基本知识、操作简介：介绍AutoCAD软件的基本功能、运行环境、操作界面、文件操作等基本知识。以画直线命令为例，说明在AutoCAD中命令的操作方法、点坐标的各种输入方法以及图限、图层管理等辅助功能。
（2）平面图形的绘制：平面图形的绘制是Auto－CAD的重点内容，平面图形是各种视图的组成。本节所介绍的内容如下：举例说明如何综合使用常用的绘图及编辑命令，迅速绘制、编辑、查看各种平面图的图形部分；以机械图中的技术要求及标题栏的填写为例，说明如何新建不同的文字样式及如何使用单行文字和多行文字；以平面图形中的尺寸为例介绍各种尺寸的标注及设置；以图纸为例介绍图样输出及样板图的建立。有了这些内容就可以奠定绘制机械图样的基础
（3）机件的表示法：在掌握了平面图形的绘制内容后，本节介绍视图、剖视图、断面图、局部放大图和简化画法等机件图样的画法，重点讲授应用辅助、编辑等命令如何快速保证视图之间的对应关系、视图的配置及标注等内容。掌握了机件图样的画法就掌握了零件工程图图形的绘制方法。
（4）零件工程图和装配图：工程图是表达设计者思想以及加工、制造、装配零部件的依据。一张完整的零件工程图包括一组图形、尺寸、技术要求及标题栏，其中图形绘制、尺寸标注、标题栏的填写均已作了介绍，所以讲授零件工程图的重点是应用块命令、尺寸标注中的相关选项对表面结构、尺寸公差、几何公差等技术要求进行标注。在上述内容的基础上用绘图、编辑等命令增加其它零件、添加零件序号、明细栏等内容就构成了一张完整的装配图，这就是装配图的直接绘制法，另外还可通过块插入法绘制装配图。
2.2 Solidworks内容介绍
SolidWorks是美国SolidWorks公司在UGS公司Parasolid内核的基础上开发的一个软件，现在Soid－Works公司已被法国达索公司收购，成为达索公司的一个全资子公司。它是当今最为流行的三维机械CAD之一，具有基于特征、参数化、实体造型、功能强大等特点，使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD.它不仅能够提供不同的设计方案，减少设计过程中的错误以及提高产品质量，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。现已成为众多高校作为计算机绘图首选的三维软件之一。
（1）参数化草图绘制：SolidWorks将用于产生三维特征的二维轮廓线称为草图，参数化草图绘制是创建各种零件特征的基础。零件建模是草图的立体化，可以说掌握了草图的绘制便掌握了零件的建模。本节主要介绍各种草图绘制实体命令、草图绘制工具命令、尺寸的标注和修改以及几何关系的添加、删除等操作，从而绘制出符合设计要求的图形。有了AutoCAD基础，学生可较快地掌握这部分内容。
（2）零件建模：SolidWorks的核心功能是零件的三维建模，零件模型是由各特征来生成的，零件的设计过程就是特征累积过程。所谓特征是指在Solid－Works中可以用参数驱动的实体模型，它是建模的最小单元。本节主要介绍为实体造型提供参考、绘制草图参考面的基准特征；介绍拉伸、旋转、扫描和放样等基础建模特征；介绍圆角、倒角、筋、抽壳、孔、异形孔等附加特征以及线性阵列、圆周阵列、镜像、表格驱动的阵列、草图驱动的阵列、曲线驱动的阵列等特征操作方法。掌握了这些特征操作后再对零件进行形体分析、结构分析和工艺分析，那么零件的建模就水到渠成了。
（3）装配体建模：SolidWorks中装配体设计有两种方式，一种是把设计好的零件一个一个地进行装配，称为自下而上设计；另一种是在装配的环境中完成零件设计，这种设计方式被称为自上而下的设计。
本节结合后一种方式以介绍前一种方式为主，要求学生掌握装配零件之间的配合关系；通过装配体已有零件，利用复制、镜向、阵列等方法生成重复零件；修改装配体中已有的零部件；通过隐藏/显示零部件、压缩零部件的功能简化复杂装配；零部件间的干涉检查；爆炸图的生成等内容。
（4）工程图设计：在SolidWorks中可以由三维模型直接生成相应的工程图。本节主要介绍在Solid－Works中如何生成标准视图、派生视图、剖面视图等各种工程图；工程图中各种尺寸、技术要求的标注以及标题栏、明细栏填写等内容。实践证明，只有围绕机械制图课程中零件图和装配图的相关内容讲授这部分内容，才能绘制出与国标相符的二维工程图。本节也简要介绍将SolidWorks中的工程图文件.sldrw转换成AutoCAD中的.dwg文件，以便于直接在AutoCAD中编辑工程图文件。图1是在SolidWorks中直接生成的千斤顶装配体工程图文件。

图1 千斤顶装配图
（5）其他内容：大纲以外的其他一些内容，如系列化零件设计、钣金设计、曲线和曲面设计等内容可以选讲或课堂演示，供有余力的同学课后学习。这些是机械制图课程教学涉及不多的内容，通过学习增加了学生对机械专业的再认识。
3 结束语
通过以上教学模式取得了一些成绩，主要体现在这样几方面：最直接的是本课程的通过率提高了，后续课程老师反映学生的图纸质量比以往有所提高；报名参加全国应用工程师、计算机绘图师的同学增加了，部分同学凭这些证书找到了心仪的工作单位；参加最近几届“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛所取得的成绩比以往更加理想等等。
这种基于机械制图课程内容讲授计算机绘图课程的授课方法不仅改善了教学效果，激发了学生对计算机绘图的学习兴趣，提高了学习效率，同时也巩固及提高了机械制图课程的内容，起到了事半功倍的效果，也为后续课程的学习及今后的工作打下了坚实的基础。