高等職業院校開設計算機輔助設計課程的探索
來源:用戶上傳
作者: 齊平
摘要:以機械CAD教學為研究對象，從職業技術教育的教學特點和學生的出發，對該教學環節的定位、軟件選型、教學內容及工作流程安排等方面，探討了環節的教學任務及方法，并根據教學實踐，總結了教學過程中的一些收獲和體會。
關鍵詞:計算機輔助設計(CAD)；軟件造型；體會。
機械CAD教學是數控技術專業學生在已經掌握機械制圖、機械制造以及計算機基礎等理論課基礎上的重要實踐性環節。該環節在數控技術專業的教學中起著承前啟后的作用，既是以前所學內容的綜合應用，也為后續的數控機床、數控編程以及模具CAD／CAM等課程的學習作出必要鋪墊。
一、軟件選型
20世紀50至80年代中期，CAD技術由計算機圖形學(CC)起步，形成了成熟的二維CAD軟件。以AutoCAD為代表的機械CAD軟件改變了以繪圖板、丁字尺、圖紙、橡皮、鉛筆和直尺等為工具的手工繪圖方法，極大地提高了繪圖的效率，實現了“甩圖板”的目的。但是，二維CAD沒有改變傳統的設計思想和制圖準則，一方面影響了零件信息的表達和傳遞，另一方面也不能為后續的CAE／CAM提供有效信息，容易形成信息孤島。
20世紀80年代中期至今，以三維造型為基礎的CAD技術得到廣泛應用，使CAD迅速超越“甩圖板”階段，引發了機械設計領域的第二次革命。零件和產品的三維模型為CAD／CAE／CAM／PDM的有效集成提供了原始數據，構成了制造企業信息化的基本數據源，也是虛擬現實和虛擬樣機技術的基礎。
針對當前三維CAD市場品牌眾多、功能不盡相同的特點，我們確定以下軟件選型原則：①應具有較完整的功能模塊；②好學易用，適合于教師的教和學生的學；③具有集成性，能與CAE／CAM PDM等模塊或軟件有效集成。
Pro/E（Pro/Engineer操作軟件）是美國參數技術公司（Parametric Technology Corporation，簡稱PTC）的重要產品。在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業界的認可和推廣，是現今最成功的CAD/CAM軟件之一。
Pro/E第一個提出了參數化設計的概念，并且采用了單一數據庫來解決牲的相關性問題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據自身的需要進行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠將設計至生產全過程集成到一起，實現并行工程設計。它不但可以應用于工作站，而且也可以應用到單機上。
Pro/E采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設計、鈑金設計、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。
基于以上分析，我們以Pro/E作為學生機械CAD教學的軟件平臺。
二、Pro/E工作流程特點
1、二維草圖是生成特征的基礎。多數特征是以二維草圖為基礎生成的。因此，能否熟練使用草圖繪制工具繪制草圖關系到建模質量和效率。Pro/E提供二維草圖繪制實體工具，如直線、圓、圓弧、多邊形、矩形等，也提供草圖編輯工具，如轉換實體引用、鏡像、等距實體、剪裁和延伸等，為草圖繪制準備了基本條件。
2、特征是三維模型的基本元素。Pro/E是基于特征的造型軟件，以基體特征為基礎，通過不斷添加特征，最終構成零件。特征可隨時添加、編輯修改以及重新排序，以不斷完善設計。
參考幾何體是完成復雜零件造型的重要輔助工具，主要包括基準面、基準軸、坐標系、構造幾何線以及三維曲線等。掌握參考幾何體的定義方法，對于特征造型具有重要意義。
3、三維零件模型是Pro/e的基本部件。Pro/e中的模型由零件(pan)、裝配體(assembly)和工程圖(Drawing)組成。其中，“零件”為三維實體模型，它構成整個設計工作的基礎和核心。以零件為主模型，通過裝配可以構成裝配體，通過模具設計可以形成相應零件模具的凸模和凹模等。以零件和裝配體為基礎，可以生成零件和裝配體的工程圖。工程圖中不僅提供標準三視圖，還提供局部視圖、剖面視圖、旋轉剖視圖、斷裂視圖和輔助視圖等各種派生視圖，以滿足各種相關信息的表達。
零件、裝配體和工程圖均以文件形式存在，顯示在單獨的窗口中。但零件、裝配體及工程圖之間具有相關性，即當其中一個文件改變時，其它兩個文件也自動地相應改變。在零件、裝配體和工程圖文件中，可以添加必要的模型細節，如尺寸、注釋、符號以及材料明細表等。
綜上所述，總結Pro/e的工作流程。零件三維模型是Pro/e的核心，零件的造型過程是生成特征的過程，特征生成又可分為選擇(定義)基準面、繪制草圖、定義尺寸及幾何關系、生成特征等子過程。掌握了每個子過程的實現方法，就掌握了Pro/e的主要內容。
三、教學要點
1、在訓練中掌握造型方法。學習Pro/e的過程就是使用Pro/e的過程。只有在使用中才能發現問題，進而在解決問題中掌握命令的使用方法。因此，在介紹Pro/e基本工作原理后，讓學生從簡單零件和特征開始(如立方體、圓柱體等)，在造型過程中掌握軟件的使用。
草圖繪制是Pro/e造型的前提，關系到造型的質量與效率。在開始階段，應強調基準面的概念、草圖繪制及編輯方法、尺寸標注、幾何關系的定義方法等，以提高草圖繪制的速度和質量。
2、結合產品，從實際中了解造型要求?，F有的Pro/e訓練教程，以三視圖、軸側圖等零件圖形式，提供了不少建模素材，為學習Pro/e提供了方便。但是，這些例題多是針對某些特征而設計，缺少特征的綜合應用，與生產實際的要求相差較遠。
本著理論結合實際的原則，在相關模具制造企業的合作下，我們可以實際的塑料和金屬模具等產品為建模對象，在分析產品建模特點及過程的基礎上，進行測繪和模型重建，既讓學生了解實際生產中產品造型的需求，也有利于與模具設計、數控編程等課程的銜接。
3、以典型零件為例，做到融會貫通。Pro/e提供多種特征造型命令，滿足了產品造型的不同需求，也使得造型過程具有柔性。以基體特征為例，系統提供了拉伸、旋轉、掃描、放樣以及曲面加厚等造型方法。相同的零件，往往可以采用不同的造型命令和特征形式完成建模。由此導致建模效率有所不同，有時甚至還相當顯著。因此，可以選擇典型零件，采用不同造型方法完成建模，并加以比較，以做到融會貫通，提高建模速度。
零件形狀并不復雜，造型過程也較簡單。但仔細分析可知，該零件既可以拉伸／基體和拉伸切除構成主要特征，也可以旋轉／基體形成基體特征，甚至可以用放樣或掃描命令構建主要特征。同時，在以旋轉／基體形成基體特征的造型方法中，零件的圓角和倒角特征既可以在草圖階段定義，也可以在完成基體特征的基礎上逐步添加。顯然，各種造型方法的效率存在較大差別。
如何根據零件特點，選擇適當的造型命令和造型方法是使用Pro/e時需不斷加以體會和總結的問題。
參考文獻：
1、鄧澤民.CBE理論與在中國職教中的實踐[M].北京：煤炭工業出版社，1995.
2、賈策李漢明編著《Pro/e2001實踐與提高》重慶大學出版社
3、Unigraphics Solutions lns編著《UG設計應用培訓教程》清華大學出版社
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