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摘 要：介绍了利用PRO/E软件的三维建模和三维向二维工程图转换模块的强大功能，叙述了形体的构成、组合体和装配图的表达方式的授课方法，就建立机械制图PRO/E虚拟模型库，增强课堂教学效果等方面做了探讨。
关键词：PRO/E软件；机械制图； 教学方法
中图分类号: TH126 文献标识码: A
《机械制图》是机械类、近机械类各专业学生必修的一门重要的专业基础课程，是一门既有系统理论又有较强实践性的技术基础课。其旨在培养学生阅读和绘制工程图样的能力、空间想象能力、空间分析和解决问题的能力。传统的教学模式主要以课本教学为主，借助模型、挂图，通过教师板书，导致教学效率低、学生绘图速度慢，且学生空间想象能力较弱。实践表明, 在机械制图课的教学中灵活地运用三维PRO/E软件强大的三维实体造型功能和工程图模块，通过对工程图样的实体模型演示, 把工程图样的抽象、静止的内容转换成形象、生动的立体模型图, 采用先三维、后二维的模式进行教学,可使复杂的空间几何形体直观化、具体化、形象化, 使学生更好地建立起空间概念, 对提高机械制图的教学效果有很好的辅助作用。本文以典型的PRO/E3.0软件为例探讨三维软件在实际教学过程中的运用。
1. 三维PRO/E软件简介
Pro/E 是美国PTC公司推出的一整套CAD/CAE/CAM集成软件，是国际上专业设计人员使用最广泛、先进的、具有多种功能的动态设计仿真软件系统。Pro/E 采用了模块化方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
Pro/E另一特点是引入了参数化设计，大大提高了设计灵活性。设计者需抓住某一个典型特点绘出图形，然后通过向图形添加适当的约束条件来规范其形状，然后修改尺寸数值，经过系统再生成后即可获得理想的图形，这就是重要的“尺寸驱动”理论。当设计人员修改装配体中的某一个零件后，产品的装配体各零件的位置关系也会发生更改，而且与模型相关的所有的数据都会发生变化。
2. PRO/E软件在《机械制图》教学中的应用
2.1 利用Pro/E 建模对相贯体教学
相贯线是本章节的一个难点，在课堂讲授时，教师可充分利用Pro/E 软件的三维建模功能及由三维模型自动生成工程图的功能，动态显示相贯线的形成、形状及变化，这样，学生既能形象地了解相贯线的形成，又能充分理解相贯线的性质。例如：在讲解两圆柱（或圆柱与圆锥）相交时，可通过Pro/E 软件演示两圆柱正交及偏交时相贯线的形状变化，还可通过修改两相交圆柱（或圆锥的直径、高度）的直径，让学生观察两圆柱正交时圆柱直径对相贯线弯曲方向及弯度的影响，如图1 所示。在绘图时，可用Pro/E 直接生成工程图（二维图）。
图1 相贯体及二维图中相贯线
2.2 利用三维PRO/E软件对组合体的教学
图2 切割型组合体的三维实体模型形成过程
组合体是由两个或两个以上的基本体经过叠加或切割而成的立体。教学中，知二求三，即根据已给的组合体的两个视图补画第三个视图和读组合体的三视图想象空间形状是重点内容, 目的是培养学生的空间想象能力。利用Pro/E软件演示基本体的组合过程，能提高学生的学习兴趣，提高教学效果。例如图2所示的切割型组合体的三视图，我们可以看成是由一个四棱柱体经四次切割而成的, 用Pro /E 的拉伸特征作出三维实体并依次切割,利用软件动态依次演示整个切割过程。
图3 组合体的三维图和二维工程图的关系
在教学中也可借助Pro/E 软件进行实体造型，逐步显示组合体的形成过程，每一步骤都让学生分析三视图的变化过程，并利用Pro/E 软件形成的二维工程图，让学生观察视图变化的结果，逐渐增加他们对视图中线框的感性认识，建立起二维视图和实物模型之间的对应关系，如图3所示。
2.3 利用三维PRO/E软件对装配图的教学
“装配图”一章是机械制图课程的重点和难点, 在PRO/E等3D 软件的帮助下, 应用软件的直观性、参数化、自动化等特点和优势使装配体更加直观, 以钢叉接头为例, 首先在PRO/E软件中绘制装配体的零件, 然后在装配环境里, 利用软件提供的约束形式( 如同轴心、重合、平行、相切等) 进行装配, 形成的装配体立体图( 见图4)。另外, 装配体中的零件是可以隐藏的, 在隐藏了外部零件的时候, 是可以清楚地看到内部的装配结构的。整个机器装配模型完成后, 还可以利用爆炸视图动画演示功能将其整个装配过程进行动画演示( 见图4) ,使学生对装配体各组成零件之间的装配关系、工作原理、装配顺序有了更加直观, 更加深刻的认识。
图4 装配图的爆炸视图
3、三维软件辅助教学在机械制图课程教学中的优势
3.1 有利于学生空间形象思维的建立。例如：在圆锥表面和圆柱表面相交的相贯线, 如果用PRO/E软件进行教学,可以先画出圆锥和圆柱的三维图,相贯线就会自动产生, 对照二维投影图，相贯线的变化趋势自然而然一目了然，直观性增强了。这种将抽象的知识转变为学生可以亲身观察体验、分析、能够想象出来的知识，有助于学生对知识的理解、记忆，并逐步形成具体的、形象的概念。
3.2.有利于培养学生形体构形能力。三维PRO/E软件的运用为学生创建了自主学习环境，激发学生自主学习的热情和创新思维，进而提高学生的工程素质。
3.3.使学生能直观形象地了解装配体的装配关系。有效地弥补了学生缺乏生产实践经验的不足，将制图中难点、重点内容，以直观、生动的形式展示在学生面前，给机械制图教学带来了新的活力。
3.4 经济性、灵活性、可复制性等优势。
4、结束语
综上所述, 三维PRO/E软件不仅可以促进教师加强几何建模的知识, 减少教师利用挂图和模型教学的负担, 而且把复杂的内容化繁为简、化易为难、化静为动；同时也便于进行启发式教学，可以提高学生的学习兴趣, 以及增强教师与学生之间的互动效果。因此, 将三维软件运用在机械教学过程中, 对提高教学质量有很大的帮助。
［参考文献］
［1］何铭新. 机械制图［M］.高等教育出版社, 2006: 149.
［2］刘在华, 曹金海. Pro /ENG INEER实用教程［M ］.大连理工大学出版社, 2005.
［3］崔以刚. 三维实体设计在机械制图教学中的应用［ J］.考试周刊, 2008, (15):30.
［4］郑盛梓.面向三维CAD 技术的工程制图教学研究［J］.东北大学学报,2005,8(4):154- 156.
（作者单位：福建铁路机电学校，福建 福州 350013）
关键词：PRO/E软件；机械制图； 教学方法
中图分类号: TH126 文献标识码: A
《机械制图》是机械类、近机械类各专业学生必修的一门重要的专业基础课程，是一门既有系统理论又有较强实践性的技术基础课。其旨在培养学生阅读和绘制工程图样的能力、空间想象能力、空间分析和解决问题的能力。传统的教学模式主要以课本教学为主，借助模型、挂图，通过教师板书，导致教学效率低、学生绘图速度慢，且学生空间想象能力较弱。实践表明, 在机械制图课的教学中灵活地运用三维PRO/E软件强大的三维实体造型功能和工程图模块，通过对工程图样的实体模型演示, 把工程图样的抽象、静止的内容转换成形象、生动的立体模型图, 采用先三维、后二维的模式进行教学,可使复杂的空间几何形体直观化、具体化、形象化, 使学生更好地建立起空间概念, 对提高机械制图的教学效果有很好的辅助作用。本文以典型的PRO/E3.0软件为例探讨三维软件在实际教学过程中的运用。
1. 三维PRO/E软件简介
Pro/E 是美国PTC公司推出的一整套CAD/CAE/CAM集成软件，是国际上专业设计人员使用最广泛、先进的、具有多种功能的动态设计仿真软件系统。Pro/E 采用了模块化方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
Pro/E另一特点是引入了参数化设计，大大提高了设计灵活性。设计者需抓住某一个典型特点绘出图形，然后通过向图形添加适当的约束条件来规范其形状，然后修改尺寸数值，经过系统再生成后即可获得理想的图形，这就是重要的“尺寸驱动”理论。当设计人员修改装配体中的某一个零件后，产品的装配体各零件的位置关系也会发生更改，而且与模型相关的所有的数据都会发生变化。
2. PRO/E软件在《机械制图》教学中的应用
2.1 利用Pro/E 建模对相贯体教学
相贯线是本章节的一个难点，在课堂讲授时，教师可充分利用Pro/E 软件的三维建模功能及由三维模型自动生成工程图的功能，动态显示相贯线的形成、形状及变化，这样，学生既能形象地了解相贯线的形成，又能充分理解相贯线的性质。例如：在讲解两圆柱（或圆柱与圆锥）相交时，可通过Pro/E 软件演示两圆柱正交及偏交时相贯线的形状变化，还可通过修改两相交圆柱（或圆锥的直径、高度）的直径，让学生观察两圆柱正交时圆柱直径对相贯线弯曲方向及弯度的影响，如图1 所示。在绘图时，可用Pro/E 直接生成工程图（二维图）。
图1 相贯体及二维图中相贯线
2.2 利用三维PRO/E软件对组合体的教学
图2 切割型组合体的三维实体模型形成过程
组合体是由两个或两个以上的基本体经过叠加或切割而成的立体。教学中，知二求三，即根据已给的组合体的两个视图补画第三个视图和读组合体的三视图想象空间形状是重点内容, 目的是培养学生的空间想象能力。利用Pro/E软件演示基本体的组合过程，能提高学生的学习兴趣，提高教学效果。例如图2所示的切割型组合体的三视图，我们可以看成是由一个四棱柱体经四次切割而成的, 用Pro /E 的拉伸特征作出三维实体并依次切割,利用软件动态依次演示整个切割过程。
图3 组合体的三维图和二维工程图的关系
在教学中也可借助Pro/E 软件进行实体造型，逐步显示组合体的形成过程，每一步骤都让学生分析三视图的变化过程，并利用Pro/E 软件形成的二维工程图，让学生观察视图变化的结果，逐渐增加他们对视图中线框的感性认识，建立起二维视图和实物模型之间的对应关系，如图3所示。
2.3 利用三维PRO/E软件对装配图的教学
“装配图”一章是机械制图课程的重点和难点, 在PRO/E等3D 软件的帮助下, 应用软件的直观性、参数化、自动化等特点和优势使装配体更加直观, 以钢叉接头为例, 首先在PRO/E软件中绘制装配体的零件, 然后在装配环境里, 利用软件提供的约束形式( 如同轴心、重合、平行、相切等) 进行装配, 形成的装配体立体图( 见图4)。另外, 装配体中的零件是可以隐藏的, 在隐藏了外部零件的时候, 是可以清楚地看到内部的装配结构的。整个机器装配模型完成后, 还可以利用爆炸视图动画演示功能将其整个装配过程进行动画演示( 见图4) ,使学生对装配体各组成零件之间的装配关系、工作原理、装配顺序有了更加直观, 更加深刻的认识。
图4 装配图的爆炸视图
3、三维软件辅助教学在机械制图课程教学中的优势
3.1 有利于学生空间形象思维的建立。例如：在圆锥表面和圆柱表面相交的相贯线, 如果用PRO/E软件进行教学,可以先画出圆锥和圆柱的三维图,相贯线就会自动产生, 对照二维投影图，相贯线的变化趋势自然而然一目了然，直观性增强了。这种将抽象的知识转变为学生可以亲身观察体验、分析、能够想象出来的知识，有助于学生对知识的理解、记忆，并逐步形成具体的、形象的概念。
3.2.有利于培养学生形体构形能力。三维PRO/E软件的运用为学生创建了自主学习环境，激发学生自主学习的热情和创新思维，进而提高学生的工程素质。
3.3.使学生能直观形象地了解装配体的装配关系。有效地弥补了学生缺乏生产实践经验的不足，将制图中难点、重点内容，以直观、生动的形式展示在学生面前，给机械制图教学带来了新的活力。
3.4 经济性、灵活性、可复制性等优势。
4、结束语
综上所述, 三维PRO/E软件不仅可以促进教师加强几何建模的知识, 减少教师利用挂图和模型教学的负担, 而且把复杂的内容化繁为简、化易为难、化静为动；同时也便于进行启发式教学，可以提高学生的学习兴趣, 以及增强教师与学生之间的互动效果。因此, 将三维软件运用在机械教学过程中, 对提高教学质量有很大的帮助。
［参考文献］
［1］何铭新. 机械制图［M］.高等教育出版社, 2006: 149.
［2］刘在华, 曹金海. Pro /ENG INEER实用教程［M ］.大连理工大学出版社, 2005.
［3］崔以刚. 三维实体设计在机械制图教学中的应用［ J］.考试周刊, 2008, (15):30.
［4］郑盛梓.面向三维CAD 技术的工程制图教学研究［J］.东北大学学报,2005,8(4):154- 156.
（作者单位：福建铁路机电学校，福建 福州 350013）