Pro/E三维软件在中职《机械制图》教学中的应用策略

ogiqtol

工程的通用语言，主要培养学生的读图、绘图和空间想象能力。对于初学者来说，提高空间想象能力是学习的难点，也是学好机械制图课程的关键，Pro/E软件具有三维建模的功能，其建模过程能直观展示几何体的成型。因此，在机械制图课程中应用Pro/E三维软件进行辅助教学，能有效提高学生的空间想象能力，从而提高课堂效率。
一、机械制图教学中存在的问题
机械制图课程是一门实践性较强的专业基础课，它是钳工、机床实操和机械设计等专业课程的基础，机械制图课程要求学生具有较强的空间想象能力和空间转换能力，而中职生普遍存在空间立体感和空间转换能力不强的缺点，从而导致部分学生学习起来存在一定的困难，久而久之就失去了学习的动力和兴趣。而在传统教学模式中，授课老师多数通过多媒体教学手段，利用图片、视频展示几何体，或者在课堂上反复展示各种实体模型，以增强学生的空间想象能力，并通过大量的绘图练习提高学生的绘图能力，传统的教学方法耗时且效果不明显，而如今三维软件的出现为机械制图教学提供了新的教学方法。
二、Pro/E三维软件的特点
目前常用的三维设计软件有Pro/E、3DMAX、SolidWorks等，每款软件都有不同的侧重点，3DMAX是一款侧重于三维动画渲染和制作的软件，SolidWorks具有功能强大、易学易懂的特点，Pro/E则侧重于三维建模，是一款比较流行的CAD/CAM/CAE的应用软件，Pro/E具有参数化设计、特征构建实体等功能，可以实现三维建模直接转换为二维工程图的设计功能。
在众多三维软件中Pro/E软件的三维建模特点最能直观形象地展示几何体的成型过程，有利于学生空间想象能力的培养。例如Pro/E软件的三维建模有四个基本方法：拉伸、旋转、扫描和混合，我们可分别利用这四种方法对圆柱、轴承座、支架等基本几何体进行三维建模，Pro/E软件的建模过程直观展示了几何体模型如何从二维转换为三维立体的过程，若教师在课堂上用Pro/E软件展示几何体模型的建模过程，一方面能让学生直观地了解几何体的形成过程，另一方面可以快速培养学生的立体感。而且Pro/E软件的绘图功能能把几何体模型直接转换为三面投影的CAD平面图，相对于AutoCAD软件的平面图绘制，利用Pro/E软件的三维转二维功能，教师可快速生成几何体的平面图，节省了教师的时间，从而提高课堂效率。因此Pro/E软件相对其他三维设计软件更适用于机械制图课程的辅助教学。
三、Pro/E三维软件在机械制图教学中的应用方法
针对机械制图教学中学生存在的空间立体感培养的问题，结合Pro/E三维软件建模的特点，在机械制图课程中应用Pro/E软件进行辅助教学很有必要，下面将从基本几何体的表达与识读、组合体的表达与识读和装配图的识读三个方面分析Pro/E三维软件在机械制图教学中的应用方法。
1.基本几何体的表达与识读
基本几何体是机械零件的基本组成单元，了解和熟悉基本几何体的投影是培养学生建立空间想象能力的重要环节，也为组合体的表达与识读奠定基础。常见的基本几何体有：圆柱、圆锥、棱柱、球等，这些基本几何体可用Pro/E软件的拉伸、旋转、扫描和混合四种基本建模方法进行快速三维建模，通过建模展示让学生从中了解基本几何体的构造和投影。如在讲授圆柱几何体的知识时，教师可用Pro/E软件中的拉伸、旋转和扫描三种建模方法进行圆柱体建模，例如采用拉伸方法建模时，圆柱是由圆沿轴心方向拉伸成型的，若采用旋转的方法建模，则圆柱是由长方形沿着中心轴旋转一周形成的，不同的建模方法能让学生从不同的角度了解圆柱的成型。
2.组合体的表达与识读
组合体的表达与识读是机械制图课程的重点，组合体是由两个或两个以上的基本几何体构成。了解组合体的结构是识读几何体的关键。因此在绘制组合体前，首先对组合体进行结构分析，分析该组合体是由哪些基本几何体构成，了解这些基本几何体的相对位置关系，是否共面、相切还是相交等。
图1所示用Pro/E软件所建的轴承座组合体模型，它由底板、支承板、圆筒和肋板组成。轴承座是机械制图课程中一种典型的组合体，在传统教学中，教师首先需借助图片或者实物展示等方式进行轴承座的形体分析，然后讲授轴承座三面投影的画法，若用Pro/E三维软件进行辅助教学时，教师只需向学生展示用Pro/E软件进行轴承座组合体的模型过程，并辅以讲解其结构，这样的方法能让学生更直观地了解轴承座的结构。
首先利用Pro/E软件的拉伸命令画出底板和支承板，然后分析底板和支承板的接合面，底板的底面与支承板底面共面，接着同样用拉伸命令画出圆筒，圆筒的底面与支承板的侧面相交，最后画出肋板，肋板分别与底板、支承板和圆筒相交。通过边建模边分析的方法使学生更能弄清轴承座组合体的形体特征，对于后续三面投影的学习有很大帮助。
轴承座的三维模型建好后，教师可利用Pro/E软件中的drawing（绘图）模块讲解轴承座的三面投影画法，drawing（绘图）模块提供了三维模型直接转换为CAD二维图的功能，且通过drawing（绘图）模块能生成模型任何视图方向的投影，提高了学生对模型各方向投影的理解。如图2所示为运用Pro/E软件的drawing（绘图）模块将轴承座三维模型直接生成工程图。
3.装配图的识读
装配图是表达机器或者部件的图样，主要表达机械各零件间的相对位置、连接方式和装配关系，掌握各零件之间的装配关系是识读装配图的关键。Pro/E软件的装配模块是通过定义各零件模型之间的约束关系实现零件的装配，通过Pro/E软件组装的装配体能够清晰展示各零件模型之间的约束关系，且软件也提供了创建装配体爆炸视图的功能，教师可对创建好的装配体生成爆炸图，从而使学生可以直观地观察到装配体中各零件所在的位置。例如在讲解滑动轴承部件的识读时，教师首先把滑动轴承部件的各个零件进行建模，然后在课堂上向学生展示用Pro/E软件的装配模块把各零件模型按一定的约束关系进行装配，并辅以讲解其各零件间的约束關系，如图3所示为用Pro/E软件创建的滑动轴承部件的总装图，若学生还没有掌握各零件在部件的位置时，教师可把装配好的部件模型生成爆炸图，以加深学生的理解。图4为用Pro/E软件生成的滑动轴承部件爆炸图。
最后在讲解滑动轴承部件的三面投影画法时，同样可通过Pro/E软件的drawing（绘图）模块展示装配体的三面投影，使学生掌握滑动轴承部件的三面投影方法。
另外，对于一些零件存在相对运动的装配体如变速箱中的齿轮传动部件，可通过使用Pro/E软件中的模型分析工具，对传动部件进行运动仿真，并进行运动轨迹、位移等运动情况的分析，以便让学生更好地研究运动机构模型。
四、Pro/E软件应用到机械制图教学中的作用
实践证明，通过应用Pro/E软件进行机械制图辅助教学，能够使学生更容易理解几何体、组合体的结构和三面投影，学生无论是画图、读图能力还是空间想象能力都得到明显的提高，同时也极大地调动了学生学习机械制图的积极性，提高了课堂效率，更重要的是能够培养学生工程设计的意识，为当今企业培养工程设计人才。
责任编辑陈春阳