基于3D技术的机械设计综合课程设计教学改革

基于3D技术的机械设计综合课程设计教学改革摘要:机械设计综合课程设计是本科机械专业教学过程中非常重要的一门设计实践性课程。本文探讨了传统的机械设计综合课程设计的缺点和弊端,介绍了3D技术的重要作用,论述了3D技术在机械设计综合课程设计中的应用探讨,对于高校本科机械类及近机类专业机械设计类课程设计有着重要的指导和借鉴意义。

关键词:机械设计3D技术教学改革三维软件

机械设计综合课程设计是针对机械设计系列课程的要求,由机械原理课程设计和机械设计课程设计综合而成的一门设计实践性课程,是继机械原理与机械设计课程后,理论与实践紧密结合,培养学生机械工程设计能力的重要课程。机械设计综合课程设计是培养学生机械综合设计能力、创新能力和工程意识的重要环节,是启迪学生的创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段,将为以后的专业课程设计和毕业设计奠定基础,在教学计划中具有承前启后的关键作用。

目前尽管大多数高等院校机械设计综合课程设计选题经常变化,但都离不开传动装置中减速器的设计环节。在以往的机械设计类课程设计中我们发现,因为学生空间想像能力较差,对于二维图样的理解受到限制,经常“照葫芦画瓢”,导致学生对所设计的减速器装置理解不透,严重影响了课程设计的质量[1-2]。

1 传统机械设计类课程设计的弊端

由于课程设计题目大多较为成熟,与之配套的手册、教材或课程设计指导教材等相关资料比较多,学生不需要太思考,只须按照设计资料上的要求,按部就班,就能够完成课程设计的任务。或者将往届学生的课程设计说明书作为模版,只修改其中的一些数据,就可以较好地完成课程设计任务。所以,以往这种模式已经无法体现学生的设计思想和设计理念,严重制约了学生的创造性思维和创新能力培养[3]。

长期以来,大多数学校的机械设计综合课程设计都只停留在理论设计上,没有将理论设计变为样机或实物。这样的课程设计,至多只能算是理论上的总复习,无法检验学生设计的正确性、合理性或可靠性等,更重要的是学生的实践能力和动手能力得不到真正的锻炼。

2 3D技术介绍

3D技术(三维CAD技术),是三维数字化设计技术的统称,这类软件包括象UGNX、PRO/E、CATIA、SolidWorks、MasterCAM等。3D 技术是从三维实体出发,建立参数化的特征模型、工艺及其它技术信息、便于支持的产品开发的全过程。3D技术是对2D技术的突破和发展,是数字化设计、制造和管理的基础,是现代产品创新的基本工具,更是影响我国制造业创新发展的关键共性技术。而当代中国还普遍存在的人才培养与人才需求的错位问题以及由此引发的严峻的就业形势,在这种背景下探索我校学生以UGNX等3D教学软件为依托的新型教学策略以适应新形式的需要,就显得尤为迫切。本课题的提出正是在这种背景下应运而生的。

3 3D技术在机械设计课程设计中应用

3.1 构建减速器3D可视化零件模型

二级齿轮减速器的零件较多,典型零件主要有齿轮、轴、箱底座、箱盖、轴承、联轴器等。通过3D技术建立三维模型,直观形象,便于修改,建模速度快。关于箱体的设计,采用了“自顶向下装配”与“自底向下装配”相结合的设计方法。先将减速器的箱座、箱盖放在一起作为整体来进行设计,产生凸缘、底座等特征;再构建轴承座特征和其他的辅助特征;最后沿装配面用平面切割后,即得到箱底座、箱盖。这样设计既简单、方便,又能保证后续的装配得以顺利进行。

3.2 实现减速器3D虚拟装配

UGNX或Pro/E等软件装配设计实际是一种虚拟装配,将一个零件(或组件)的模型引用到另一个装配模型中,建立起装配模型与被引用零件(或组件)之间的引用关系。当被引用的零件模型被修改后,其装配模型也会将随之修改。通过指定各组件之间的相互约束关系,在装配中可以利用配对条件进行各组件的完全定位,而当组件模型发生改变时,能保持相互配对关系不变。装配导航器提供了对装配结构的图形显示操作菜单,方便对组件进行选择及大多数装配编辑及显示操作[4]。

3.3 三维软件与二维软件协同出工程图

课程设计过程中,完成所有零部件三维建模以及减速器整体装配后,要生成符合国家工程标准的标准图样。我们的做法是:利用UGNX 或Pro/E等三维软件完成三维模型设计,利用工程图模块,生成二维图形,并进行相应的编辑与修改,对于相对简单的图形,即可满足要求;若装配图样较复杂,也可将工程图样导出后,调入MDS软件或AUTOCAD等二维软件中进行细致地编辑与修改。这种方式可以充分利用AUTOCAD等二维软件强大的二维图形处理能力,尤其是形位公差、尺寸公差以及特殊符号、局部剖视图的表达等尤为合适。

在进行课程设计的过程中,这种将三维建模软件建模与二维绘图软件出工程图相结合的模式,将充分发挥2D和3D各自的优势,将能更快更好地方完成课程设计工作。

另外,UGNX或Pro/E等三维软件可以创建零件在装配中引用集的控制显示选择,通过生成爆炸视图来观察全部的零部件,可以对三维模型进行质量属性分析、模型的偏差分析、几何对象检查以及装配干涉检查等,从而较好地保证机械设计综合课程设计的质量,这些都是传统的机械设计方法难以保证和实现的。

4 结语

在我校机械专业本科部分学生的机械设计综合课程设计中采用了基于UGNX和Pro/E的三维建模技术,取得了较好的效果。后续将在机械专业全体学生中推广和开展基于三维技术的课程设计等工作。

同时可以继续探讨基于UGNX等软件的机械设计优化设计。

参考文献

[1] 张中利,党玉功.CAD/CAE在机械设计课程设计教学改革中的应用[J].中国电力教育,2012(4):84-85.

[2] 冯伟.UG软件在《机械设计基础》课程设计中的作用[J].职业教育研究,2007(8):95-96.

[3] 莫海军,黄华梁,徐忠阳.《机械设计课程设计》教学方法改革与探索[J].装备制造技术,2009(7):188-190.

[4] 张夕琴.如何应用UGNX装配技术辅助机械设计课程教学[J].职业教育研究,2007(11):174-175.