三维建模与仿真技术在机械类课程教学改革中的应用实践

三维 建 模 与仿 真 技 术在 机 械 类 ‘ 课 程 教 学 改 革 中 的 应 用 实 践
赵 敬 云 任 ， 娟２
（ ． 南机 电高 等专科学校 ， １河 河南 新 乡 ４ ３ ０ ；． ５ ００ ２ 河南省工业科技学校 河南 新 乡４ ３０ ） ５ ０ ３
摘要 ： 传统的工科专业在教学过程 中存在 着教 学成本 高、 学方法不直观、 学 内容抽象等 弊端。文章 以机械Байду номын сангаас 教 教
１ 教学 内容的改革
１ 对制 图课的教具进行 改革 ， ） 将实物教学模型改
｛ 收稿 日期 ：０ １１ －９ ２ １ ．００ 作者简介 ： 赵敬云（ ９ ３） 男 ， １７ 一 ， 河南新乡人 ， 副教 授， 主要从事计算机辅助设 计研究 。
赵敬云等 ： 三维建模与仿真技术在机械类课程教学改革 中的应用实践
第２ ０卷 第 １ 期
２１ ０ ２年 １月
河南机 电高等专科学校学报
Ｊｕ ａ ｏ ｎｎＭｅｈｎｃ ｎ ｌｃ ｉ ｌＥ ｇｎｅｉｇＣ ｌｇ ｏｒ ｌ ｆ ｎ Ｈｅａ ｃ ａ ｉ ａ ｄＥｅｔｃ ｎ ｉｅｒ ｏｌ ｅ ｌ ａ ｒａ ｎ ｅ
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机械制造及 自动化专业作 为一 门传统 的工科 专 为电子教学模 型， 如图 １ 所示 ， 将电子模 型作为作业 业， 由于对实践教学要求较高 ， 教学设备投入较大， 和教具发布于校 园网中， 课 拓展课堂教学。在液压传动 堂 教学需 准备 大量 的教 具 、 图 。虽 然 各 高校 的基础 课程 中引入三 维数 字 模 型 ， 液 压 泵 、 挂 将 液压 阀 的 的模 不同， 在办 学过程 中如何 做 到在 保 证 教 学效 果 的前 提 型利用三维软件进行三维管道连接 ， 通过计算机模拟 下 少投入 ， 即追 求 教 学 效果 的 “ 价 比” 这 一 点认 识 液压工作 站的装配 过程 ， 性 ， 增加液 压传动课程 的可观 是统 一的。国家 中长期 教 育改 革 和发 展规 划 纲要 性 ， 学效果 增 强 。 教 （００ ２２ ２ １－ ００年 ） 出 ： 师 要 把 教 学作 为首 要 任 务 ， 指 教 ２ 对制图测绘过程改革 ， ） 将测绘零件的三维数字 不断提高教育教学水平 ； 加强实验室 、 内外实 习基 模型发给学生 ， 校 将零件的手工测绘改为电子测绘。这 地、 课程教材等教学基 本建设 ， 深化教 学改革…。因 样可以增加制 图测绘的分组数 目， 而且可以减少模型 此在现有教学条件下如何提高教学质量 ， 提高实践教 的投 入 ， 且 可 以 杜 绝 学 生 在 测 绘 过 程 中 的 抄 袭 现 并 学效果是每所工科高校必须面对的基本课题。 象。 就目 前机械制造及 自动化专业来讲 ， 其主干课程 ３ 在机械制造基础课程中引入三维数字模型， ） 将 机械制 图、 机械设计基础 、 工程力学、 金属工艺学、 传统的机械加工过程改为在虚拟加工软件中演示 ， 液 通 压与气压传动、 机械制造技术等本身在教学过程中需 过修改刀具参数进行加工模拟 ， 使学生直观地 了解到 要准备大量的教具 ， 学生测绘 、 设计等课程需要使用 刀具前角、 后角 、 刃倾 角、 主偏 角、 副偏角等对切削过 大量的教学模型 ， 这种现状 的缺点一 是教学投入大 ， 程的影响。在学习切削机床过程中 ， 甚至可 以将虚拟 二是教具的管理繁琐 ， 三是挂 图和模 型都是静止的， 演播室的视角 引人 到主轴箱 内部 ， 而提高教学 效 从 不够直观。 随着数字化技术的不断发展 ， 在机械制造 率 ， 增强课程 的直观性 。 及自 动化专业教学 中引入三维建模与仿 真技术 ， 将传 ４ 在机械设计基础课程中引入三维数字模型 ， ） 将 统 挂 图改 为 电子挂 图 ， 具 改 为 电子 教 具 ， 学 模 型 四连杆机构 ， 教 教 行星轮机构 ， 齿轮机构 的传动模型全部 改为电子模型， 利用机房或者学生 自己的计算机 ， 利 用 ｐｏｅ的三 维 运 动 功 能 模 拟 ， 行 形 象 教 学 。特 任 ｒ ／ 进 课 教师提 供相 应 的软 件 ， 可 以完 成 测 绘 、 程 设 计 别在讲述 四连杆机构时， 就 课 学生通过修改参数可以直观 等 实践环 节 的教 学 ； 也可 以作 为 实践 教 学 的辅 助 教 学 地 得到 曲柄 摇 杆 机 构 、 曲柄 机 构 、 摇 杆 机 构 的转 双 双 手段 ， 提高了教学效果 ， 优化 了教学资源配置。 换。
身 临其 境 的实 训 仿 真 环 境 ；对 学 生 利 用 虚拟 教 学 资 ３ 虚拟工 程环 境应 用 ） 工科 高校 毕 业 生 就 业 后 执 业 能 力 取 决 于 在 校期 源演 示 教 学 ， 学 生 在 仿 真 环 境 中反 复模 拟 实验 、 让 操 间工程 环境训 练程 度 ， 因此 工 程 环境 的建 立 是每 所 工 作、 演练等 ， 这样在 真实操作 中可以提高学生操作的
计 与制造专业教学 改革作 为研 究对象 ， 主干课程机械 制 图、 在 机械 制造基础 、 液压 与气压传 动等 中引入 三维建模
与仿真技术 ， 利用数字模型增强教 学的直观性 。以虚拟仪器 替代或者辅 助实训教 学 ， 高 了教 学效果 ， 提 教学质 量
得 以保 证 。
关键词 ： Ａ ； 学改革； Ｃ Ｉ教 三维建模 中图分类号 ： ７２ Ｇ １ 文献标识码 ： Ａ 文章编 号 ：０ ８— ０ ３ ２ １ ） １— ０ ７— ４ １０ ２ ９ （ ０２ ０ ０ ８ ０
科高校必备 的课题。 目前 很多高校与企业联合建立 准确率并缩短真实实训所需的时间。 工程环境仿真软件可以降低实验材料的损耗 ， 比 了大 量 的 工程 训 练 中心 、 程 实 训 中心 ， 的高 校 提 工 有 出订 单 式 培 养 ， 业 生 动 手 能 力 强 、 手 快 、 业 率 如数控 加 工实 训 ， 生 直 接 上 机 床 实 验 ， 毕 上 就 学 材料 、 具 、 刀 高 。各个高 校 的基本 情况 大不 相 同 ， 的高 校 由于 资 设备损耗都非常大 ， 有 在实训之前借助数控仿真软件 ， 熟悉机床操作 ， 通过仿真软件检验数控编程 的相符程 金 问题 ， 器设 备不 足 ， 仪 只能几 个 人 一 组 ， 生 动手 的 学 机会 很 少 ， 的高 校辅 导 教 师 人 员 不 足 ， 制 订 专 业 度 ， 而节 省 了大 量经 费 。 有 在 从 由于视觉 的原 因 ， 某些 真 实设 备 不 如虚 拟设 备 直 培养 计划 时学 时有 限 ， 验实 训 课 程 开 出率 较 低 。有 实 的高 校既不 缺 资金 ， 也不 缺人 员 ， 由于专 业 特 殊 ， 但 像 观 ， 比如机 床 减 速 器 ， 真 的减 速 器 将 上箱 体 作 为 透 仿 航 空维 修 与工 程 、 空 维 修 管 理 等 专 业 ， 校 不 可 能 明 ， 而 清楚 地 看 到 减 速 器 的具 体 结构 ， 航 学 从 特别 是 液 压 其 通 买来 几架 波 音 飞 机供 学 生拆 装 实 习 。针 对 不 同 的教 元件 ， 原 理 图 和零 件 的实 际结 构 图 相差 迥 异 ， 过 学基 础 建 立 虚 拟 实验 室 ， 分 利 用 虚 拟 设 计 、 拟 实 虚拟零 件 获得 原理 性 知识 更 为深刻 。 充 虚 训 等 资源 ， 用 多 媒 体 技术 、 利 网络 技 术 等 营 造 出一 个