数控技术专业机械ＣＡＤ教学的研究
摘要:以机械CAD教学为研究对象，从职业技术教育的教学特点和学生的出发，对该教学环节的定位、软件选型、教学内容及工作流程安排等方面，探讨了环节的教学任务及方法，并根据教学实践，总结了教学过程中的一些收获和体会。
关键词:计算机辅助设计(CAD)；软件造型；体会
机械CAD教学是数控技术专业学生在已经掌握机械制图、机械制造以及计算机基础等理论课基础上的重要实践性环节。该环节在数控技术专业的教学中起着承前启后的作用，既是以前所学内容的综合应用，也为后续的数控机床、数控编程以及模具CAD／CAM等课程的学习作出必要铺垫。
一、软件选型
20世纪50至80年代中期，CAD技术由计算机图形学(CC)起步，形成了成熟的二维CAD软件。以AutoCAD为代表的机械CAD软件改变了以绘图板、丁字尺、图纸、橡皮、铅笔和直尺等为工具的手工绘图方法，极大地提高了绘图的效率，实现了“甩图板”的目的。但是，二维CAD没有改变传统的设计思想和制图准则，一方面影响了零件信息的表达和传递，另一方面也不能为后续的CAE／CAM提供有效信息，容易形成信息孤岛。
20世纪80年代中期至今，以三维造型为基础的CAD技术得到广泛应用，使CAD迅速超越“甩图板”阶段，引发了机械设计领域的第二次革命。零件和产品的三维模型为CAD／CAE／CAM／PDM的有效集成提供了原始数据，构成了制造企业信息化的基本数据源，也是虚拟现实和虚拟样机技术的基础。
针对当前三维CAD市场品牌众多、功能不尽相同的特点，我们确定以下软件选型原则：①应具有较完整的功能模块；②好学易用，适合于教师的教和学生的学；③具有集成性，能与CAE／CAM?PDM等模块或软件有效集成。
SolidWorks是具有原创性的、基于Win—dows的优秀三维机械设计软件。它采用基于特征的实体建模，具有完整的零件实体建模、曲面造型、装配、二维工程图生成以及模具设计、钣金零件设计等功能模块，实现了全相关参数化设计，能智能化地领会设计者的设计意图。SolidWorks操作简单，使用方便，得到广泛应用，具有主流CAD软件的特征。另外，Solid—Works的“金牌合作伙伴”策略，吸引了CAM／CAE／PDM软件产品向SolidWorks平台的移植和集成。
基于以上分析，我们以SolidWorks作为学生机械CAD教学的软件平台。
二、SolidWorks工作流程特点
1、二维草图是生成特征的基础。多数特征是以二维草图为基础生成的。因此，能否熟练使用草图绘制工具绘制草图关系到建模质量和效率。SolidWorks提供二维草图绘制实体工具，如直线、圆、圆弧、多边形、矩形等，也提供草图编辑工具，如转换实体引用、镜像、等距实体、剪裁和延伸等，为草图绘制准备了基本条件。
2、特征是三维模型的基本元素。Solid—Works是基于特征的造型软件，以基体特征为基础，通过不断添加特征，最终构成零件。特征可随时添加、编辑修改以及重新排序，以不断完善设计。
参考几何体是完成复杂零件造型的重要辅助工具，主要包括基准面、基准轴、坐标系、构造几何线以及三维曲线等。掌握参考几何体的定义方法，对于特征造型具有重要意义。
3、三维零件模型是SolidWorks的基本部件。SolidWorks中的模型由零件(pan)、装配体(assembly)和工程图(Drawing)组成。其中，“零件”为三维实体模型，它构成整个设计工作的基础和核心。以零件为主模型，通过装配可以构成装配体，通过模具设计可以形成相应零件模具的凸模和凹模等。以零件和装配体为基础，可以生成零件和装配体的工程图。工程图中不仅提供标准三视图，还提供局部视图、剖面视图、旋转剖视图、断裂视图和辅助视图等各种派生视图，以满足各种相关信息的表达。
零件、装配体和工程图均以文件形式存在，显示在单独的窗口中。但零件、装配体及工程图之间具有相关性，即当其中一个文件改变时，其它两个文件也自动地相应改变。在零件、装配体和工程图文件中，可以添加必要的模型细节，如尺寸、注释、符号以及材料明细表等。
综上所述，总结SolidWorks的工作流程。零件三维模型是Solid-Works的核心，零件的造型过程是生成特征的过程，特征生成又可分为选择(定义)基准面、绘制草图、定义尺寸及几何关系、生成特征等子过程。掌握了每个子过程的实现方法，就掌握了SolidWorks的主要内容。
三、教学要点
1、在训练中掌握造型方法。学习Solid-Works的过程就是使用SolidWorks的过程。只有在使用中才能发现问题，进而在解决问题中掌握命令的使用方法。因此，在介绍SolidWorks基本工作原理后，让学生从简单零件和特征开始(如立方体、圆柱体等)，在造型过程中掌握软件的使用。
草图绘制是SolidWorks造型的前提，关系到造型的质量与效率。在开始阶段，应强调基准面的概念、草图绘制及编辑方法、尺寸标注、几何关系的定义方法等，以提高草图绘制的速度和质量。
2、结合产品，从实际中了解造型要求。现有的SolidWorks训练教程，以三视图、轴侧图等零件图形式，提供了不少建模素材，为学习SolidWorks提供了方便。但是，这些例题多是针对某些特征而设计，缺少特征的综合应用，与生产实际的要求相差较远。
本着理论结合实际的原则，在相关模具制造企业的合作下，我们可以实际的塑料和金属模具等产品为建模对象，在分析产品建模特点及过程的基础上，进行测绘和模型重建，既让学生了解实际生产中产品造型的需求，也有利于与模具设计、数控编程等课程的衔接。
3、以典型零件为例，做到融会贯通。SolidWorks提供多种特征造型命令，满足了产品造型的不同需求，也使得造型过程具有柔性。以基体特征为例，系统提供了拉伸、旋转、扫描、放样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。由此导致建模效率有所不同，有时甚至还相当显著。因此，可以选择典型零件，采用不同造型方法完成建模，并加以比较，以做到融会贯通，提高建模速度。
零件形状并不复杂，造型过程也较简单。但仔细分析可知，该零件既可以拉伸凸台／基体和拉伸切除构成主要特征，也可以旋转凸台／基体形成基体特征，甚至可以用放样或扫描命令构建主要特征。同时，在以旋转凸台／基体形成基体特征的造型方法中，零件的圆角和倒角特征既可以在草图阶段定义，也可以在完成基体特征的基础上逐步添加。显然，各种造型方法的效率存在较大差别。
如何根据零件特点，选择适当的造型命令和造型方法是使用SolidWorks时需不断加以体会和总结的问题。
参考文献：
1、邓泽民.CBE理论与在中国职教中的实践[M].北京：煤炭工业出版社，1995.
2、贾策李汉明编著《Solidworks2001实践与提高》重庆大学出版社
3、Unigraphics Solutions lns编著《UG设计应用培训教程》清华大学出版社
投稿方式：
电话：029-85236482 15389037508 13759906902
咨询QQ：1281376279
网址： http://www.xinqilunwen.com/
电子投稿：xinqilunwen@163.com 注明“所投期刊”
关键词:计算机辅助设计(CAD)；软件造型；体会
机械CAD教学是数控技术专业学生在已经掌握机械制图、机械制造以及计算机基础等理论课基础上的重要实践性环节。该环节在数控技术专业的教学中起着承前启后的作用，既是以前所学内容的综合应用，也为后续的数控机床、数控编程以及模具CAD／CAM等课程的学习作出必要铺垫。
一、软件选型
20世纪50至80年代中期，CAD技术由计算机图形学(CC)起步，形成了成熟的二维CAD软件。以AutoCAD为代表的机械CAD软件改变了以绘图板、丁字尺、图纸、橡皮、铅笔和直尺等为工具的手工绘图方法，极大地提高了绘图的效率，实现了“甩图板”的目的。但是，二维CAD没有改变传统的设计思想和制图准则，一方面影响了零件信息的表达和传递，另一方面也不能为后续的CAE／CAM提供有效信息，容易形成信息孤岛。
20世纪80年代中期至今，以三维造型为基础的CAD技术得到广泛应用，使CAD迅速超越“甩图板”阶段，引发了机械设计领域的第二次革命。零件和产品的三维模型为CAD／CAE／CAM／PDM的有效集成提供了原始数据，构成了制造企业信息化的基本数据源，也是虚拟现实和虚拟样机技术的基础。
针对当前三维CAD市场品牌众多、功能不尽相同的特点，我们确定以下软件选型原则：①应具有较完整的功能模块；②好学易用，适合于教师的教和学生的学；③具有集成性，能与CAE／CAM?PDM等模块或软件有效集成。
SolidWorks是具有原创性的、基于Win—dows的优秀三维机械设计软件。它采用基于特征的实体建模，具有完整的零件实体建模、曲面造型、装配、二维工程图生成以及模具设计、钣金零件设计等功能模块，实现了全相关参数化设计，能智能化地领会设计者的设计意图。SolidWorks操作简单，使用方便，得到广泛应用，具有主流CAD软件的特征。另外，Solid—Works的“金牌合作伙伴”策略，吸引了CAM／CAE／PDM软件产品向SolidWorks平台的移植和集成。
基于以上分析，我们以SolidWorks作为学生机械CAD教学的软件平台。
二、SolidWorks工作流程特点
1、二维草图是生成特征的基础。多数特征是以二维草图为基础生成的。因此，能否熟练使用草图绘制工具绘制草图关系到建模质量和效率。SolidWorks提供二维草图绘制实体工具，如直线、圆、圆弧、多边形、矩形等，也提供草图编辑工具，如转换实体引用、镜像、等距实体、剪裁和延伸等，为草图绘制准备了基本条件。
2、特征是三维模型的基本元素。Solid—Works是基于特征的造型软件，以基体特征为基础，通过不断添加特征，最终构成零件。特征可随时添加、编辑修改以及重新排序，以不断完善设计。
参考几何体是完成复杂零件造型的重要辅助工具，主要包括基准面、基准轴、坐标系、构造几何线以及三维曲线等。掌握参考几何体的定义方法，对于特征造型具有重要意义。
3、三维零件模型是SolidWorks的基本部件。SolidWorks中的模型由零件(pan)、装配体(assembly)和工程图(Drawing)组成。其中，“零件”为三维实体模型，它构成整个设计工作的基础和核心。以零件为主模型，通过装配可以构成装配体，通过模具设计可以形成相应零件模具的凸模和凹模等。以零件和装配体为基础，可以生成零件和装配体的工程图。工程图中不仅提供标准三视图，还提供局部视图、剖面视图、旋转剖视图、断裂视图和辅助视图等各种派生视图，以满足各种相关信息的表达。
零件、装配体和工程图均以文件形式存在，显示在单独的窗口中。但零件、装配体及工程图之间具有相关性，即当其中一个文件改变时，其它两个文件也自动地相应改变。在零件、装配体和工程图文件中，可以添加必要的模型细节，如尺寸、注释、符号以及材料明细表等。
综上所述，总结SolidWorks的工作流程。零件三维模型是Solid-Works的核心，零件的造型过程是生成特征的过程，特征生成又可分为选择(定义)基准面、绘制草图、定义尺寸及几何关系、生成特征等子过程。掌握了每个子过程的实现方法，就掌握了SolidWorks的主要内容。
三、教学要点
1、在训练中掌握造型方法。学习Solid-Works的过程就是使用SolidWorks的过程。只有在使用中才能发现问题，进而在解决问题中掌握命令的使用方法。因此，在介绍SolidWorks基本工作原理后，让学生从简单零件和特征开始(如立方体、圆柱体等)，在造型过程中掌握软件的使用。
草图绘制是SolidWorks造型的前提，关系到造型的质量与效率。在开始阶段，应强调基准面的概念、草图绘制及编辑方法、尺寸标注、几何关系的定义方法等，以提高草图绘制的速度和质量。
2、结合产品，从实际中了解造型要求。现有的SolidWorks训练教程，以三视图、轴侧图等零件图形式，提供了不少建模素材，为学习SolidWorks提供了方便。但是，这些例题多是针对某些特征而设计，缺少特征的综合应用，与生产实际的要求相差较远。
本着理论结合实际的原则，在相关模具制造企业的合作下，我们可以实际的塑料和金属模具等产品为建模对象，在分析产品建模特点及过程的基础上，进行测绘和模型重建，既让学生了解实际生产中产品造型的需求，也有利于与模具设计、数控编程等课程的衔接。
3、以典型零件为例，做到融会贯通。SolidWorks提供多种特征造型命令，满足了产品造型的不同需求，也使得造型过程具有柔性。以基体特征为例，系统提供了拉伸、旋转、扫描、放样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。由此导致建模效率有所不同，有时甚至还相当显著。因此，可以选择典型零件，采用不同造型方法完成建模，并加以比较，以做到融会贯通，提高建模速度。
零件形状并不复杂，造型过程也较简单。但仔细分析可知，该零件既可以拉伸凸台／基体和拉伸切除构成主要特征，也可以旋转凸台／基体形成基体特征，甚至可以用放样或扫描命令构建主要特征。同时，在以旋转凸台／基体形成基体特征的造型方法中，零件的圆角和倒角特征既可以在草图阶段定义，也可以在完成基体特征的基础上逐步添加。显然，各种造型方法的效率存在较大差别。
如何根据零件特点，选择适当的造型命令和造型方法是使用SolidWorks时需不断加以体会和总结的问题。
参考文献：
1、邓泽民.CBE理论与在中国职教中的实践[M].北京：煤炭工业出版社，1995.
2、贾策李汉明编著《Solidworks2001实践与提高》重庆大学出版社
3、Unigraphics Solutions lns编著《UG设计应用培训教程》清华大学出版社
投稿方式：
电话：029-85236482 15389037508 13759906902
咨询QQ：1281376279
网址： http://www.xinqilunwen.com/
电子投稿：xinqilunwen@163.com 注明“所投期刊”
