刘 明

(营口职业技术学院，辽宁营口115000)

【学术研究】

基于UG软件的机械制图课程虚拟化教学

刘 明

(营口职业技术学院，辽宁营口115000)

针对机械制图教学中存在的零件结构抽象、复杂，学生不易理解等问题，论述使用UG软件进行虚拟化教学，演示各种建模、装配、爆炸分解过程，利用运动仿真的动画，增强学生空间想象力，提高学生的学习兴趣和教学效果．

二级齿轮减速器；UG三维建模；虚拟装配；运动仿真

机械制图是高职院校机械专业一门重要的专业基础课．在课程的教学过程中，由于许多零件结构抽象、复杂，如相贯线、剖视图、装配体的三视图等，学生理解起来有一定困难．按传统的教学模式, 在教学过程中靠“嘴、粉笔、挂图”来讲授，虽然使用大量的模型辅助教学，但还是存在不连续性和片面性，使学生很难从感性上升到理性．UG软件是集CAD/CAE/CAM于一体的三维化软件，它包含建模模块、装配模块、工程图模块和运动仿真模块．基于UG的虚拟现场教学，就是利用UG软件的多个功能模块，通过在电脑屏幕演示各种建模、装配、爆炸分解过程，虚拟表现出三维模型在形成过程中的具体方法，如拉伸、回转、扫掠、修剪体、抽壳等，形体在求和、求差、求交等运算中可直接获得各种运算结果，零件在形成中的各种工艺结构如倒角、圆角、螺纹、退刀槽、键槽、孔等都可直接体现．它还有工程制图模块，可以通过三维模型直接进入二维平面图形进行表达，现场实现由三维立体向二维转化的展示，帮助学生培养空间向平面转化的能力，提高学生的学习兴趣和教学效果[1]．

1 UG软件用于机械制图课程中的功能描述

1.1 虚拟模型的建立

使用UG软件建立虚拟模型库，能快速方便地进行任何复杂形体的三维建模，轻松转换二维工程图．建模模块功能强大，曲面建模、特征建模和实体建模适用于各种造型．在机械制图课堂教学中相似实体可现场用建模模块对比造型设计，有利于学生区分易混淆的知识点，从而掌握问题的重点和难点部分，同时也为学生将来从事产品造型设计工作打下坚实的基础．

1.2 工程图的生成

工程生产主要依据工程图进行生产和制造，在UG软件中，二维工程图是由立体零件模型直接生成，可以随意生成主视图、俯视图、左视图、剖面图、局部放大图和轴测图．图样的尺寸和比例可更改，二维图和三维图是关联的，立体零件形状尺寸改变时，二维工程图同步改变．尺寸标注功能智能、快速、简便，完全不用像其他绘图软件那样去一步步画出二维图形轮廓．

1.3 动画视频的制作

动画是连续播放的视频图像，是一种展现事物的视觉手段．在UGNX8.0软件中，利用虚拟装配形成二级圆柱齿轮减速器装配体，把装配体外壳以透明形式显示，完全展示内部结构，学生一览无遗，既形象生动，提高了学生的学习兴趣，又使学生了解了减速器的结构、装配关系、相互位置关系．利用爆炸视图命令拆分各零件，可以让学生了解减速器的零件组成．装配模块中的装配序列，能演示装配和爆炸的动画过程，制成的AVI格式视频文件能反复循环播放，可供学生课后自学[2]．

2 虚拟教学实例

以二级齿轮减速器为例，用UG软件对上盖、底座、齿轮、轴的零部件进行三维建模(如图1所示)、虚拟装配(见图2)和爆炸视图(见图3)的制作，以及动画演示模拟，最后导出视频文件．

UGNX8软件具有强大的CAD/CAE/CAM功能，利用UG建模中的草图绘制上盖的主视图外形轮廓，进而拉伸，做圆柱孔、底板、吊耳及各种螺纹孔．在底座上利用UG中的文本功能，写出学校的名称和装配体的名称，这样会使学生对汉字是如何书写到立体模型上的产生兴趣，可以调动学生学习的积极性．

齿轮的绘制利用软件中新增的齿轮工具箱功能，根据齿轮的齿数、模数、压力角、螺旋线方向直接绘制出互相啮合的两个齿轮．

利用UG中的装配功能进行虚拟装配，先调入底座，然后是齿轮轴、齿轮、轴承，最后是上盖．为了让学生能直观看到齿轮减速器内部的结构，利用软件中的外壳透明化功能，使外壳透明，内部结构一览无遗，这样既清晰表达了内部结构，又会使学生感兴趣，活跃课堂气氛，最终带来好的教学效果．

二级齿轮减速器包含很多零部件，对于没看过实物的学生来说，掌握各个零部件的形状有点困难，然而UG软件中的爆炸视图功能恰恰解决了这个难题．爆炸视图使各个部分分离开来，从垫片到螺栓，各个小部件清晰可见，从装配图到爆炸图动态显示，动画效果立竿见影[3]．

二级齿轮减速器是机械制图装配体教学章节中的一个难点问题，因为在机械设计基础这门课中，教学内容只涉及单级齿轮减速器，学生没有看过二级齿轮减速器实物，更不懂原理．利用UG进行实体建模，创建各零部件模型、装配体模型，学生可轻松了解二级齿轮减速器的结构组成及各部件相对位置关系[4]．利用UG中的运动仿真模块还可以动态显示其运动原理．高职院校的学生学习耐性和主动思考能力相对较弱，这种教学方式能极大程度地调动学生学习的积极性，进而把知识学好．

3 结语

在机械制图教学环节引入虚拟教学手段不仅适应课程改革要求，也是一种将理论与实践有效结合的新型授课手段，更是将来智能化教学的坚实基础．

在机械制图课中引入 UG 软件进行教学，学生可以身临其境般地感受每个零件的形成过程，使学生的空间想象力不断增强，化被动学习为主动学习．利用UG 软件进行教学同时也节省了大量的模型教具的购买和携带的负担，节省了教学经费投入．制作出的适合本校机械制图教学课程、种类齐全的部件模型库及动画视频库，可以方便学生课下自学．

[1]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.

[2]王晓光.机械制图课程教学改革方法探索[J].科技信息， 2012，(5)：354.

[3]周树锦.UG应用实训[M].北京:中国劳动社会保障出版社，2005.

[4]马金平，张益华．基于三维 CAD 软件的制图教学改革[J]．机械制造与自动化，2007，(6)：106-107．

(审稿人 王春会 邓景茹，责任编辑 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

刘明(1978-)，女，辽宁营口市人，讲师，主要从事机电一体化教学研究．

2016年度辽宁省现代远程教育学会“十三五”规划课题(2016XH01-15)

TH126

A

1008-5688(2017)01-0024-03