浅谈CATIA在机械制图教学中的应用

浅谈CATIA在机械制图教学中的应用

【摘 要】将机械制图课程知识的介绍同CATIA软件的应用相结合，便于复杂例题的讲解，便于提高学生的学习积极性，丰富课堂教学内容，提高教学效果。

【关键词】CATIA；机械制图；三维建模

Talk about the Application of CATIA to the Teaching of Mechanical Drawing XＩＮＧ Li HＵＩ Xue-qin FＥＮＧ Wei

（Department of Mechanical Engineering,Yancheng Institute of Technology，Yancheng Jiangsu，224051）

【Abstract】Integrating CATIA with Mechanical Drawing teaching, it’s easy to explain complex example and improve the students’ learning enthusiasm, enrich the content of classroom teaching, improve the teaching affection.

【Key words】CATIA；Mechanical ｄrawing；3D mold 0 引言

工程图样是工程与产品信息的载体，按规定的方法表达出机械、土建和水利等工程与产品的形状、大小、材料和技术要求。工程图学是研究工程与产品信息表达、交流与传递的学科，机械制图是工程图学的一个分支。在现代工业中，设计、制造、安装各种机械、电机、电器、仪表以及采矿、冶金、化工等各方面的设备，都离不开机械图样，在使用这些机器、设备和仪表时，也常常要通过阅读机械图样来了解它们的结构和性能。

机械制图是学生学习专业课、课程设计、毕业设计等一系列后备课程的基础，也是学生毕业后从事科研、设计以及生产工作必备的基础知识之一，主要培养学生的阅读与绘制机械图样的能力、空间想象能力和形象思维能力，是一门既有系统理论又有较强实践性的技术基础课程。

随着计算机技术的飞速发展，机械制造工作者的工作方式发生了巨大的变化，在目前三维软件的支持下，他们首先考虑建立数字化的三维几何模型，然后进行交互修改，最终生成三维产品。在这种情况下，机械制图的教学仅仅停留在二维平面表达阶段是远远不够的，必须将三维CAD技术有效的融于课程教学之中，建立三维立体与二维图形为一体的教学体系，以适应现代设计、信息科学发展和创新能力的高素质人才培养的需要。CATIA三维建模软件与机械制图课程教学相结合，不仅可以提高教学质量，还可以帮助学生了解计算机绘图知识以及三维建模的方法，为以后的学习和工作奠定良好的基础。

1 CATIA软件简介

CATIA是法国达索飞机公司在70年代开发的高档CAD/CAM软件，是世界上一种主流的CAD/CAE/CAM一体化软件。CATIA是英文Computer Aided Tri-Dimensional Interactive Application（计算机辅助三维交互式应用）的缩写。

目前CATIA广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子/电器、消费品行业，它的集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，迎合所有工业领域的大、中、小型企业需要。CATIA不仅可以方便快捷地绘制产品外形，而且还可以进行产品的机构运动与装配分析，对零部件进行动态仿真分析，有效缩短产品的开发周期，提高设计质量，从而降低开发费用。

2 CATIA软件在机械制图教学中的应用实例

１）实体造型

机械制图是一门抽象性很强的课程，但是学生的抽象思维能力较差，以往都是借助教学模型帮助学生理解，然而模型的种类和数量是有限的，不可能无限增多并随意变换，这就需要借助三维软件建立相应的模型来进行辅助讲解，便于提高学习兴趣，更好地掌握课堂知识。

CATIA软件提供了基于特征的实体建模功能。通过拉伸、拉伸除料、旋转、旋转除料、孔、扫掠、扫掠除料、加强筋、组合体、放样、放样除料等命令能够快速地创建三维实体模型，如图1所示。

（a）平面截切 （b）相贯体 （c）组合体 （d）全剖立体模型 图1 三维实体模型

在机械制图的教学过程中，运用CATIA建立教材中二维平面图形所对应的实体模型，结合多媒体设备演示翻转、放大、缩小、剖切、修改等过程，通过不同角度详细观察实体模型，使学生进入到真实的三维空间，思考二维投影视图与三维模型之间的对应关系，增强对课本知识的理解。

当讲解平面截切（如图1（a）所示）、立体相贯（如图1（b）所示）、组合体（如图1（c）所示）、零件的剖切方法（全剖（如图1（d）所示）、半剖、局部剖）和标准件时，可以利用CATIA软件清楚地展示出来，对照立体模型，具体详细地给学生介绍截交线的形成，相贯线的形状，组合体叠加时的共面、同轴、对称、相交、相切（如图2所示），标准件的各部件结构名称等问题。

（a）共面 （b）同轴 （c）对称

（d）相切 （e）相交 图2 组合体的叠加类型 ２）零件图

任何一台机器或部件都是由若干零件按照一定的装配关系装配而成的。零件图表示零件的结构形状、大小和有关技术要求，是制造和检验零件的主要依据。零件图包括一组视图、完整的尺寸表达、技术要求和标题栏这些内容，直接讲解二维图形时，学生往往感觉比较枯燥，深奥难懂，不易接受，结果注意力就难以集中到课堂上，这时就需要结合零件的三维模型进行讲解，使枯燥的图形变得直观容易理解。

如图3齿轮轴的二维零件图，属于结构比较简单比较容易看懂的一幅图，初次看这幅图时，学生普遍反映图面密密麻麻的一筹莫展，不知该从何处去分析，图面上的符号、数字也搞不清楚具体含义，从而大大降低了他们的学习兴趣。但是在教师逐步详细的讲解下，在和三维图形（如图4所示）相对照的情况下，学生慢慢就明白了图上所要表达的内容，如零件的名称为齿轮轴，材料为45号钢，属于轴套类零件，最大直径60mm，总长228mm，由主视图和移出断面图组成，轮齿部分作了局部剖。齿轮轴中两Ф35k6轴段及Ф20r6轴段用来安装滚动轴承及联轴器。端面C用于安装挡油环及轴向定位，所以端面C为长度方向的主要尺寸基准，注出了尺寸2、8、76等。两个Ф35及Ф20的轴颈处有配合要求，尺寸精度较高，均为6级公差，相应的表面粗糙度要求也较高，分别为Ra1.6和3.2 。对键槽提出了对称度要求。对热处理、倒角、未注尺寸公差等提出了4项文字说明要求。看完了二维零件图，再结合三维模型来看，加深学生的印象，更深刻地理解零件图所要表达的内容以及零件上需要重点表达的结构和主要尺寸，便于学生举一反三，掌握读零件图的方法。图3 齿轮轴的二维零件图

图4 齿轮轴的三维模 ３）装配图

装配图（如图5所示）是用来表达机器或部件的图样，主要表达机器或部件的工作原理、装配关系、结构形状和技术要求，用以指导机器或部件的装配、检验、调试、操作或维修等，是机械设计、制造、使用、维修以及进行技术交流的重要技术文件。装配体由多个零件组成，结构较为复杂，表达出来的装配图也很难被读懂。把这部分内容结合CATIA软件进行讲解，便于学生理解，可以提高教学效果。

CATIA软件具有强大的装配功能，可以对零件进行移动、约束、更新、注解、分析，使多个实体零件按照指定的位置关系装配在一起，如图6所示，也可以利用分解命令查看装配体的分解图，如图7所示，还能够利用CATIA软件自带的数字模型运动分析模块进行装配体运动的模拟，使学生理解主要工作原理，理解装配图所要表达的深层含义。

图6 滑动轴承三维模型 图7 滑动轴承分解图 图8 组合体模型 图9 组合体的三视图 ４）生成二维图样

根据已经建立好的三维模型，CATIA软件能够方便快捷地生成二维图样，如图8所示的组合体模型，打开三维图之后，在软件中选择“开始”/“机械设计”/“绘图”，选择“正视图、顶部视图和左视图”选项，系统就自动跳出空白图纸，可以在此绘制立体的三个视图，使用键盘上的alt+enter键弹出属性对话框，选择“隐藏的线”、“轴”、“中心线”等选项，补充三视图中所缺少的虚线，就可生成所需的三个视图，如图9所示。还可以在视图上添加图框和标题栏，尺寸标注，剖视图等内容，对立体的结构进行详细表达。

由此可以帮助学生掌握三维图和二维图之间的变换关系，也可以帮助学生检查自己所画视图中出现的错误。

3 结论

在机械制图课程的教学过程中，添加三维软件CATIA的使用，可以提高课堂效率，丰富课堂内容，调动学生的学习积极性，加深对理论知识的理解，取得良好的教学效果。

【参考文献】

［１］龙坤，唐俊.CATIA V5 R15中文版基础教程[M].北京：清华大学出版社，2006．

［２］鲁金忠，罗开玉，卢章平.CATIA机械设计实用教程[M].北京：化学工业出版社，2008．

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