濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)論文 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題目機(jī)械制圖與AUTOCAD課程三維圖形庫(kù)的建設(shè)系別 機(jī)電系 專業(yè) 機(jī)電一體化 班級(jí) 姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 日期 2006年 月 日 目 錄摘 要3前 言41 什么是CAD52 CAD主要分類，及各自的主要特色63 CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)84 三維CAD模型的幾種表達(dá)方法1141 構(gòu)造型立體幾何表達(dá)法(constructive solid geometry，簡(jiǎn)稱csg法)1142 邊界表達(dá)法(boundaryrepresentation)1143 參數(shù)表達(dá)法(parameter representation)1144 單元表達(dá)法(cell representation)125 三維CAD的幾大優(yōu)點(diǎn)136 如何在制圖教學(xué)中引入三維CAD1461 三維CAD軟件的選擇146.2 從二維到三維，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象和構(gòu)思能力146.3 從三維到二維，提高學(xué)生的繪圖和識(shí)圖能力156.4 從實(shí)物到二維圖紙的生成，培養(yǎng)學(xué)生工程制圖綜合能力157 本人完成的工作178結(jié) 論37致 謝38參考文獻(xiàn)39摘 要現(xiàn)代化教學(xué)已充分認(rèn)識(shí)到多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)手段的現(xiàn)代化，設(shè)計(jì)范疇的擴(kuò)大化，設(shè)計(jì)過程的并行化和智能化，設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一體化，促使教育及教學(xué)模式的改進(jìn)和創(chuàng)新,將三維實(shí)體造型及由三維實(shí)體造型生成三視圖的技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)中,能夠充分激發(fā)學(xué)生的空間想象能力, 能在一定程度上減緩了教學(xué)儀器的更新頻率,節(jié)省了一定的辦學(xué)經(jīng)費(fèi)和老師們的備課時(shí)間,大大提高課堂授課的效果!關(guān)鍵詞：現(xiàn)代化教學(xué) 創(chuàng)新 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù) 三維實(shí)體造型 生成三視圖 空間Abstract Modernization teaching has fully realized to themultimedia teaching superiority. Design method modernization, designcategory magnification, design process parallel andintellectualization, design and production integration, urges theeducation and the educational model improvement and the innovation,produces the three dimensional entity modelling and from the threedimensional entity modelling three views the technologies to apply inthe teaching, can fully stimulate students spatial imaginationability, could slow down the teaching instrument renewal frequency inthe certain degree, has saved the certain school funds and teachersprepared a lesson the time, greatly enhanced the effect which theclassroom taught!Key word: The modernized teaching innovation modern design technologythree dimensional entity modelling produces three views spaces.40.前 言 現(xiàn)代化教學(xué)和技術(shù)創(chuàng)新是21世紀(jì)學(xué)校和企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之所在，,而產(chǎn)品創(chuàng)新既是技術(shù)創(chuàng)新的主要組成部分，也是技術(shù)創(chuàng)新的物化成果和集中體現(xiàn)，同時(shí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵。 教學(xué)中存在的另一個(gè)問題是傳統(tǒng)的教學(xué)模型更新?lián)Q代的速度慢，而幾十年不變的教學(xué)模型已不能滿足教學(xué)和科技時(shí)代不斷進(jìn)步的需要，傳統(tǒng)教學(xué)模型基本上不能夠修改，更換時(shí)的問題是新模型或?qū)嵨锍杀靖?，舊模型基本沒有再利用的價(jià)值。 三維CAD技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用完全可以避免傳統(tǒng)教具的缺點(diǎn)，它在具有實(shí)物教具直觀，容易理解的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服了傳統(tǒng)教具的不足，避免了攜帶困難，模型修改方便，添加新模型的成本低（計(jì)算機(jī)建模），學(xué)生根據(jù)自己的理解也可自己和建立新模型，達(dá)到降低教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量的目的。另一方面，使學(xué)生在學(xué)習(xí)階段就能不斷了解新技術(shù)，也為之將來(lái)走向社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)。 現(xiàn)代化教學(xué)已充分認(rèn)識(shí)到多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，并使之廣泛應(yīng)用，而三維CAD技術(shù)對(duì)教學(xué)也有很大的幫助！正是因?yàn)槿绱?，我做為一個(gè)畢業(yè)生想要為即將離開的學(xué)校做點(diǎn)工作，同時(shí)也是為了方便同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)當(dāng)中三維造型意識(shí)的提高，方便老師們?cè)诮虒W(xué)當(dāng)中能夠更好的講授三維方面的知識(shí)，我們征得有關(guān)老師的同意，參與了了這個(gè)精品課程的建設(shè)。1 什么是CADCAD即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design,CAD），其概念和內(nèi)涵正在不斷地發(fā)展中。1972年10月，國(guó)際信息處理聯(lián)合會(huì)（IFIP）在荷蘭召開的“關(guān)于CAD原理的工作會(huì)議”上給出如下定義：CAD是一種技術(shù)，其中人與計(jì)算機(jī)結(jié)合為一個(gè)問題求解組，緊密配合，發(fā)揮各自所長(zhǎng)，從而使其工作優(yōu)于每一方，并為應(yīng)用多學(xué)科方法的綜合性協(xié)作提供了可能。CAD是工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具，對(duì)產(chǎn)品和工程進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱。人們根據(jù)系統(tǒng)功能的要求，用有限的特征來(lái)描述設(shè)計(jì)問題，通過形式化用計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)表達(dá)特征，并將用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)描述的特征數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)之中。這樣，設(shè)計(jì)過程變成了對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的處理。這一過程可以看作是建模過程，模型被用來(lái)表示實(shí)際的或抽象的對(duì)象，是對(duì)被處理對(duì)象進(jìn)行計(jì)算、分析、模擬和研究的基礎(chǔ)。因此，模型是實(shí)際結(jié)構(gòu)在CAD系統(tǒng)中的具體體現(xiàn)，是計(jì)算機(jī)認(rèn)知產(chǎn)品的基礎(chǔ)。我們知道，產(chǎn)品和工程結(jié)構(gòu)本身能表現(xiàn)出來(lái)的屬性（特征）是無(wú)限的，但可用的計(jì)算機(jī)資源、人們的認(rèn)識(shí)知識(shí)是有限的，我們只能認(rèn)知實(shí)際結(jié)構(gòu)的部分屬性，只能處理產(chǎn)品和工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的某些方面。2 CAD主要分類，及各自的主要特色 根據(jù)模型的不同，CAD系統(tǒng)一般分為二維CAD和三維CAD系統(tǒng)。二維CAD系統(tǒng)一般將產(chǎn)品和工程設(shè)計(jì)圖紙看成是“點(diǎn)、線、圓、弧、文本”等幾何元素的集合，系統(tǒng)內(nèi)表達(dá)的任何設(shè)計(jì)都變成了幾何圖形，所依賴的數(shù)學(xué)模型是幾何模型，系統(tǒng)記錄了這些圖素的幾何特征。二維CAD系統(tǒng)一般由圖形的輸入與編輯、硬件接口、數(shù)據(jù)接口和二次開發(fā)工具等幾部分組成。 三維CAD系統(tǒng)的核心是產(chǎn)品的三維模型。三維模型是在計(jì)算機(jī)中將產(chǎn)品的實(shí)際形狀表示成為三維的模型，模型中包括了產(chǎn)品幾何結(jié)構(gòu)的有關(guān)點(diǎn)、線、面、體的各種信息。計(jì)算機(jī)三維模型的描述經(jīng)歷了從線框模型、表面模型到實(shí)體模型的發(fā)展，所表達(dá)的幾何體信息越來(lái)越完整和準(zhǔn)確，能解決“設(shè)計(jì)”的范圍越廣。其中，線框模型只是用幾何體的棱線表示幾何體的外形，就如同用線架搭出的形狀一樣，模型中沒有表面、體積等信息。表面模型是利用幾何形狀的外表面構(gòu)造模型，就如同在線框模型上蒙了一層外皮，使幾何形狀具有了一定的輪廓，可以產(chǎn)生諸如陰影、消隱等效果，但模型中缺乏幾何形狀體積的概念，如同一個(gè)幾何體的空殼。幾何模型發(fā)展到實(shí)體模型階段，封閉的幾何表面構(gòu)成了一定的體積，形成了幾何形狀的體的概念，如同在幾何體的中間填充了一定的物質(zhì)，使之具有了如重量、密度等特性，且可以檢查兩個(gè)幾何體的碰撞和干涉等。由于三維CAD系統(tǒng)的模型包含了更多的實(shí)際結(jié)構(gòu)特征，使用戶在采用三維CAD造型工具進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，更能反映實(shí)際產(chǎn)品的構(gòu)造或加工制造過程。隨著CAD技術(shù)的發(fā)展和人們需求的不斷提高，人工智能等各類技術(shù)逐漸融入到CAD系統(tǒng)中，形成了各種基于知識(shí)的CAD系統(tǒng)（或智能CAD系統(tǒng)）。知識(shí)的應(yīng)用使CAD系統(tǒng)的“設(shè)計(jì)”功能和設(shè)計(jì)自動(dòng)化水平大大提高，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)全過程的支持程度大大加強(qiáng)，促進(jìn)了產(chǎn)品和工程的創(chuàng)新開發(fā)。單機(jī)CAD系統(tǒng)是安裝在一臺(tái)計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行獨(dú)立工作的CAD系統(tǒng)。在經(jīng)濟(jì)全球化和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的今天，基于因特網(wǎng)/企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化CAD系統(tǒng)得到高速發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化CAD系統(tǒng)可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中由多人、異地進(jìn)行產(chǎn)品的定義與建模、產(chǎn)品的分析與設(shè)計(jì)、產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)交換等，是實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)的重要手段，可為企業(yè)利用全球資源進(jìn)行產(chǎn)品的快速開發(fā)提供支持。 專業(yè)化CAD應(yīng)用系統(tǒng)是各專業(yè)根據(jù)各自的設(shè)計(jì)需要，利用通用CAD系統(tǒng)提供的二次開發(fā)工具或數(shù)據(jù)接口功能，將各類專業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)研制成CAD系統(tǒng)的各類設(shè)計(jì)工具和知識(shí)，從而使設(shè)計(jì)能直接按照專業(yè)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行，大大提高了CAD系統(tǒng)的“設(shè)計(jì)”能力和效率。但這類CAD系統(tǒng)針對(duì)具體的專業(yè)進(jìn)行開發(fā)，在專業(yè)設(shè)計(jì)方面不具備通用性。3 CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)CAD技術(shù)作為成熟的普及技術(shù)已在企業(yè)中廣泛應(yīng)用，并已成為企業(yè)的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。圍繞企業(yè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的提高和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算環(huán)境的普及，CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)主要圍繞在標(biāo)準(zhǔn)化、開放式、集成化、智能化四方面。一標(biāo)準(zhǔn)化除了CAD支撐軟件逐步實(shí)現(xiàn)ISO標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，面向應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件（零部件庫(kù)）、標(biāo)準(zhǔn)化方法也已成為CAD系統(tǒng)中的必備內(nèi)容，且向著合理化工程設(shè)計(jì)的應(yīng)用方向發(fā)展。傳統(tǒng)形式的手畫工程圖已經(jīng)有了成熟的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，相互都能理解。而存儲(chǔ)在磁盤、光盤上的形形色色的CAD二進(jìn)制數(shù)字記錄，要想實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化就復(fù)雜、困難得多。從80年代中期起，ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織著手醞釀制訂這類標(biāo)準(zhǔn)，稱作ISO10303產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱STEP。它要涵蓋所有人工設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，采用統(tǒng)一的數(shù)字化定義方法。由于STEP標(biāo)準(zhǔn)涉及的面非常寬，眾口難調(diào)，標(biāo)準(zhǔn)的制定過程十分緩慢，存在問題很多。而在我國(guó)，CAD應(yīng)用工程的實(shí)施具有更加嚴(yán)密的組織領(lǐng)導(dǎo)體系，而且實(shí)際從事CAD應(yīng)用軟件開發(fā)的單位相對(duì)比較集中，起步比國(guó)外晚，不存在要與過去開發(fā)的老系統(tǒng)保持兼容問題。如果我國(guó)采取主動(dòng)貫徹STEP積極思想的方針，不糾纏于過分繁瑣的技術(shù)細(xì)節(jié)，針對(duì)我國(guó)的現(xiàn)實(shí)需要和技術(shù)發(fā)展前景，及早統(tǒng)一協(xié)調(diào)自主開發(fā)軟件的數(shù)據(jù)模型，這將有助于推動(dòng)國(guó)內(nèi)CAD界的學(xué)術(shù)研究風(fēng)氣，促進(jìn)CAD軟件開發(fā)水平的大幅度提高?；仡櫄v史，CAD和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定總是滯后于市場(chǎng)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。CAD產(chǎn)品更新頻繁。誰(shuí)家產(chǎn)品的技術(shù)思想領(lǐng)先，性能最好，用戶最多，主導(dǎo)了市場(chǎng)，誰(shuí)就是事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。CAD技術(shù)的發(fā)展不是一種純學(xué)術(shù)行為，它是在高技術(shù)產(chǎn)品所固有的激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中不斷向前推進(jìn)，永無(wú)止境。CAD軟件一般應(yīng)集成在一個(gè)異構(gòu)的工作平臺(tái)之上，為了支持異構(gòu)跨平臺(tái)的環(huán)境，就要求它應(yīng)是一個(gè)開放的系統(tǒng)，這里主要是靠標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問題。目前標(biāo)準(zhǔn)有兩大類：一是公用標(biāo)準(zhǔn)，主要來(lái)自國(guó)家或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定單位；另一是市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，屬私有性質(zhì)。前者注重標(biāo)準(zhǔn)的開放性和所采用技術(shù)的先進(jìn)性，而后者以市場(chǎng)為導(dǎo)向，注重考慮有效性和經(jīng)濟(jì)利益。后者容易導(dǎo)致壟斷和無(wú)謂的標(biāo)準(zhǔn)戰(zhàn)。通過總結(jié)這個(gè)領(lǐng)域幾十年標(biāo)準(zhǔn)化工作的經(jīng)驗(yàn)，不少標(biāo)準(zhǔn)化專家已認(rèn)識(shí)到存在的問題，這已經(jīng)成為進(jìn)一步制定標(biāo)準(zhǔn)的障礙。因此提出應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)行革新。有專家建議標(biāo)準(zhǔn)革新的目標(biāo)是公用標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)變成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也就是說革新后仍應(yīng)以公用標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，不過要從工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中吸收其注重經(jīng)濟(jì)利益和效率的優(yōu)點(diǎn)。另外，也有人提出現(xiàn)在制定標(biāo)準(zhǔn)的單位很多，但是標(biāo)準(zhǔn)制定過程卻沒有標(biāo)準(zhǔn)，這也是標(biāo)準(zhǔn)革新過程中值得考慮的問題。這些觀點(diǎn)對(duì)我國(guó)制定CAD標(biāo)準(zhǔn)也許有所啟迪。二開放性CAD系統(tǒng)目前廣泛建立在開放式操作系統(tǒng)窗口9598NT和UNIX平臺(tái)上，在JavaLINUX平臺(tái)上也有CAD產(chǎn)品，此外CAD系統(tǒng)都為最終用戶提供二次開發(fā)環(huán)境，甚至這類環(huán)境可開發(fā)其內(nèi)核源碼，使用戶可定制自已的CAD系統(tǒng)。三集成化CAD技術(shù)的集成化體現(xiàn)在三個(gè)層次上：其一是廣義CAD功能CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ/PDM/ERP經(jīng)過多種集成形式成為企業(yè)一體化解決方案，推動(dòng)企業(yè)信息化進(jìn)程。 國(guó)際CAD商品系統(tǒng)開發(fā)的另一個(gè)趨勢(shì)是在全球范圍內(nèi)優(yōu)選最成功的功能構(gòu)件，進(jìn)行集成。至今最成熟的幾何造型平臺(tái)有兩家：Parasolid和ACIS；幾何約束求解構(gòu)件有一家，它的主要產(chǎn)品是2D和3DDCM。我國(guó)開發(fā)的機(jī)械CAD應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)部分采用ACIS和Parasolid平臺(tái)，這是合理的。但是國(guó)際上近來(lái)又有一種思潮，要求軟件開發(fā)自由化，以免受制于一、二家公司壟斷性產(chǎn)品的束縛。這就是選用Linux操作系統(tǒng)以及在它基礎(chǔ)上開發(fā)各種共享軟件，開放源程序。我國(guó)也在醞釀自主開發(fā)因特網(wǎng)、操作系統(tǒng)、以及各種辦公的國(guó)產(chǎn)化系統(tǒng)。這時(shí)，自研制幾何造型通用平臺(tái)和各種功能構(gòu)件也將提上議事日程，我們要及早做好準(zhǔn)備。四智能化設(shè)計(jì)是一個(gè)含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動(dòng)領(lǐng)域，智能CAD是CAD發(fā)展的必然方向。從人類認(rèn)識(shí)和思維的模型來(lái)看，現(xiàn)有的人工智能技術(shù)對(duì)模擬人類的思維活動(dòng)（包括形象思維、抽象思維和創(chuàng)造性思維等多種形式）往往是束手無(wú)策的。因此，智能CAD不僅僅是簡(jiǎn)單地將現(xiàn)有的智能技術(shù)與CAD技術(shù)相結(jié)合，更要深入研究人類設(shè)計(jì)的思維模型，并用信息技術(shù)來(lái)表達(dá)和模擬它。這樣不僅會(huì)產(chǎn)生高效的CAD系統(tǒng)，而且必將為人工智能領(lǐng)域提供新的理論和方法。CAD的這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，將對(duì)信息科學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生深刻的影響。4 三維CAD模型的幾種表達(dá)方法 隨著CAD技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多種三維模型的表達(dá)方法，其中常見的有以下幾種： 41 構(gòu)造型立體幾何表達(dá)法(constructive solid geometry，簡(jiǎn)稱csg法)它采用布爾運(yùn)算法則(并、交、減)，將一些簡(jiǎn)單的三維幾何基元(如立方體、圓柱體、環(huán)、錐體)加以組合、變化成復(fù)雜的三維模型實(shí)體，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，易于控制存儲(chǔ)的信息量，所得到的實(shí)體真實(shí)有效，并且能方便地修改它的形狀。此方法的缺點(diǎn)是、可用于產(chǎn)生和修改實(shí)體的算法有限，構(gòu)成圖形的計(jì)算量很大，比較費(fèi)時(shí)。42 邊界表達(dá)法(boundaryrepresentation)它根據(jù)頂點(diǎn)、邊和面構(gòu)成的表面來(lái)精確地描述三維模型實(shí)體。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，能快速地繪制立體或線框模型。此方法的缺點(diǎn)是、它的數(shù)據(jù)是以表格形式出現(xiàn)的，空間占用量大，例如，要修改實(shí)心立方體上的一個(gè)簡(jiǎn)單孔的尺勺，必須先用填實(shí)來(lái)刪除這個(gè)孔，然后才能繪制一個(gè)新孔；所得到的實(shí)體不一定總是真實(shí)有效，可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的孔洞和顛倒現(xiàn)象，描述缺乏唯一性。43 參數(shù)表達(dá)法(parameter representation)對(duì)于自由曲面，難于用傳統(tǒng)的幾何基元來(lái)進(jìn)行描述，可用參數(shù)表達(dá)法。這些方法借助參數(shù)化樣條、貝塞爾b(ezier)曲線和 b樣條來(lái)描述自由曲面，它的每一個(gè) x、y、z坐標(biāo)都呈參數(shù)化形式。各種參數(shù)表達(dá)格式的差別僅在于對(duì)曲線的控制水平，即局部修改曲線而不影響臨近部分的能力，以及建立幾何體模型的能力。其中較好的一種是非一致有理 b樣條法，它能表達(dá)復(fù)雜的自由曲面，允許局部修改曲率，能準(zhǔn)確地描述幾何基元。為了綜合以上方法的優(yōu)點(diǎn)，目前，許多cad系統(tǒng)常采用 csg、brep和參數(shù)表達(dá)法的組合表達(dá)法。44 單元表達(dá)法(cell representation)單元表達(dá)法起源于分析(如有限元分析)軟件，在這些軟件中，要求將表面離散成單元。典型的單元有三角形、正方形或多邊形，在快速成型技術(shù)中采用的三角形近似(將三維模型轉(zhuǎn)化成 stl格式文件)，就是一種單元表達(dá)法在三維面的應(yīng)用形式。 5 三維CAD的幾大優(yōu)點(diǎn)建立與實(shí)物完全相同的數(shù)字樣機(jī) 輔助復(fù)雜機(jī)構(gòu)與新產(chǎn)品的設(shè)計(jì) 參數(shù)化驅(qū)動(dòng)（二維CAD是線條驅(qū)動(dòng)尺寸，線條畫短了，尺寸就小了） 自動(dòng)或者方便的檢測(cè)數(shù)字樣機(jī)的干涉與間隙 自動(dòng)統(tǒng)計(jì)明細(xì)表與材料清單 自動(dòng)生成圖紙 自動(dòng)計(jì)算重量與重心 提高設(shè)計(jì)效率 立體圖提高制造效率，減少制造差錯(cuò) 可以實(shí)現(xiàn)系列化、通用化、自動(dòng)化設(shè)計(jì) 數(shù)字模型為CAM/CAE提供基礎(chǔ) 提升技術(shù)水平與形象，便于交流正是由于如此，所以我們才在教學(xué)當(dāng)中引入了三維CAD這一概念！6 如何在制圖教學(xué)中引入三維CADCAD技術(shù)已經(jīng)使工程技術(shù)人員從繁重的手工制圖中解脫出來(lái)，目前大多數(shù)企業(yè)在甩掉圖板后，都有不同程度的三維CAD需求。計(jì)算機(jī)技術(shù)和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展促使工程圖二維與三維并重，甚至以三維為主，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的信息化，應(yīng)用三維CAD是必不可少的手段。大多學(xué)校的制圖課程在沿用傳統(tǒng)的教學(xué)方式的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了二維CAD的教學(xué)內(nèi)容。理論知識(shí)的學(xué)習(xí)不是職業(yè)學(xué)生的長(zhǎng)項(xiàng)，加之理論課時(shí)的減少，學(xué)生學(xué)習(xí)制圖感到非常吃力。為了解決這個(gè)問題，各種層次的學(xué)校都在探索制圖課程的改革。隨著三維CAD的普及應(yīng)用，各學(xué)校逐漸達(dá)成共識(shí)：制圖課必須納入三維CAD造型設(shè)計(jì)內(nèi)容，利用這種先進(jìn)技術(shù)來(lái)革新我們的教學(xué)模式，能大大提高了學(xué)生的空間想象能力、識(shí)圖能力，還能增加學(xué)生對(duì)制圖課的興趣。61 三維CAD軟件的選擇三維CAD系統(tǒng)，由最初的曲面造型系統(tǒng)，經(jīng)由實(shí)體造型技術(shù)、參數(shù)化造型技術(shù)，發(fā)展到如今的變量化技術(shù)。參數(shù)化造型技術(shù)的CAD軟件主要有PRO/E、UG、SolidEdge、SolidWorks、CAXA三維電子圖板XP等，變量化造型技術(shù)的CAD軟件主要有I-DEAS。由于受長(zhǎng)期的作圖習(xí)慣和傳統(tǒng)的圖紙思維習(xí)慣的原因，使得參數(shù)化造型技術(shù)得到了普及。因此在制圖課中應(yīng)該采用參數(shù)化造型技術(shù)的CAD軟件。6.2 從二維到三維，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象和構(gòu)思能力特征造型技術(shù)作為零件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，大部分三維CAD軟件提供了拉伸、回轉(zhuǎn)、掃掠、放樣、打孔、除料等的形體生成方法以及倒角、抽殼、陣列、鏡象等功能。在教學(xué)過程中我們給出零件圖紙，以討論的方式和學(xué)生一起分析零件結(jié)構(gòu)特征，并讓學(xué)生想象零件的空間結(jié)構(gòu)，最后學(xué)生利用軟件強(qiáng)大的特征造型功能建立出該零件的三維模型。在建立模型過程中，每個(gè)零件的生成采用什么方法要根據(jù)零件的特征決定，例如軸可以采用拉伸、回轉(zhuǎn)，箱體零件則采用拉伸抽殼方式。學(xué)生對(duì)零件的每一個(gè)部分的空間結(jié)構(gòu)都必須非常清楚，造型之后可利用軟件提供的三維旋轉(zhuǎn)功能從各個(gè)角度觀察零件，就如同看到真實(shí)零件一樣，其效果要比制圖多媒體課件好得多。實(shí)踐教學(xué)證明：學(xué)生對(duì)三維造型非常感興趣，即使是我們認(rèn)為的“差生”也能很快的完成三維造型。這樣從二維零件圖紙到三維的零件造型，大大加強(qiáng)了學(xué)生的識(shí)圖能力和空間想象能力。6.3 從三維到二維，提高學(xué)生的繪圖和識(shí)圖能力三維CAD系統(tǒng)中的工程圖設(shè)計(jì)與一般的二維設(shè)計(jì)系統(tǒng)不完全相同，三維模型中包括了產(chǎn)品完整的幾何結(jié)構(gòu)，可以從三維模型直接投影生成各種視圖，從而保證各個(gè)視圖的正確性，使用者只需要對(duì)視圖中的個(gè)別線條進(jìn)行調(diào)整，并標(biāo)注工程符號(hào)，即可滿足工程圖紙的要求。在二維工程圖設(shè)計(jì)教學(xué)過程中，學(xué)生的練習(xí)采用兩種方式。一種方式是讓學(xué)生將前面零件設(shè)計(jì)練習(xí)中的三維模型利用CAD軟件自動(dòng)生成該零件的基本視圖，另外加上軸測(cè)圖。學(xué)生對(duì)生成的二維視圖參照前面已經(jīng)給出的零件圖紙進(jìn)行個(gè)別調(diào)整和工程標(biāo)注，形成標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙及軸測(cè)圖。第二種方式是教師提供做好的三維模型文件，學(xué)生根據(jù)需要生成二維圖紙。這種方式難度較第一種方式大，因?yàn)閷W(xué)生首先要看清零件結(jié)構(gòu)，然后分析確定要表達(dá)該零件的主視方向以及都需要哪些基本視圖、輔助視圖、剖視圖、工程標(biāo)注等。通過兩種方式的練習(xí)，學(xué)生不僅復(fù)習(xí)鞏固了工程制圖中零件表達(dá)的相關(guān)知識(shí)，還大大提高了繪圖能力和識(shí)圖能力。6.4 從實(shí)物到二維圖紙的生成，培養(yǎng)學(xué)生工程制圖綜合能力A、學(xué)生分組后，每組發(fā)一個(gè)機(jī)械零件實(shí)物及測(cè)量工具一套。B、組內(nèi)同學(xué)討論分析零件的特點(diǎn)，確定表達(dá)該零件的主視方向、所需視圖及尺寸等。C、測(cè)量零件的尺寸，并繪制草圖。D、利用三維CAD軟件根據(jù)草圖建立三維模型。E、對(duì)所建立三維模型與實(shí)物比較，并修改。F、生成零件視圖，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整、標(biāo)注技術(shù)要求等，最終生成標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙。7 本人完成的工作一我所做的工作：機(jī)械制圖練習(xí)冊(cè)：第5章：圖5-1-1 至 圖5-2-1 第6章：圖6-1-1 至 圖6-4-1 第7章：圖7-1-1 至 圖7-1-3共計(jì)28副三維實(shí)體造型圖和28副由三維實(shí)體造型圖生成的三視圖。二三維實(shí)體造型的過程首先有制圖練習(xí)冊(cè)上的三視圖或者立體圖，在計(jì)算機(jī)上用AUTOCAD 2004做出三維造型圖，如圖（A）所示。圖（A）下面以一個(gè)簡(jiǎn)單的例子來(lái)說明我所做的工作及過程：（1）.打開AUTOCAD2004，選中實(shí)體編輯（圖1）、實(shí)體（圖2）、USC（圖3）、三維動(dòng)態(tài)觀察器選項(xiàng)（圖4），激活工具窗口。圖1圖2圖3圖4(2).選擇視圖三維視圖西南等軸側(cè)，進(jìn)入西南等軸側(cè)模式，如圖5圖5（3）.點(diǎn)擊實(shí)體長(zhǎng)方體，指定長(zhǎng)方體的角點(diǎn)或 中心點(diǎn)(CE) :回車指定角點(diǎn)或 立方體(C)/長(zhǎng)度(L): 再輸入L指定長(zhǎng)度: 輸入21指定寬度: 輸入16指定高度: 輸入5做成立方體底座，如圖6圖6（4）.按照上述方法再做出2個(gè)立方體（5）.單擊實(shí)體編輯工具欄上的并集，同時(shí)選中已經(jīng)畫好的3個(gè)立方體，使其合并為一體，其三維線框效果如圖7圖7（6）.單擊實(shí)體圓柱體，以4MM為半徑，18MM為高做一個(gè)圓柱體（7）.移動(dòng)圓柱體到上面所做立方體的中心位置，在點(diǎn)擊實(shí)體編輯工具欄上的差集，得到一個(gè)新的圖形，如圖8圖8到這里簡(jiǎn)單的三維實(shí)體造型就完成了，下面我們開做由三維實(shí)體造型生成三視圖的準(zhǔn)備工作。三.由三維實(shí)體造型生成三視圖的過程首先我們先來(lái)看一下由三維實(shí)體造型生成三視圖的整體效果的圖片下面我們先了解一些有關(guān)AUTOCAD視圖的相關(guān)知識(shí)，這些在下面的工作中將會(huì)用到。模型空間與平鋪視區(qū)：1、模型空間的概念：缺省狀態(tài)下的繪圖空間即為模型空間，它是一個(gè)三維空間，可以造型。2、平鋪視區(qū)：模型空間的視區(qū)稱為平鋪視區(qū)。在不同的視區(qū)可以設(shè)置不同的視點(diǎn)、顯示比例和用戶坐標(biāo)系。激活視區(qū)稱為當(dāng)前視區(qū)。3、模型空間平鋪視區(qū)的開辟和合并在模型空間下，利用View下拉菜單的Viewports子菜單進(jìn)行模型空間平鋪視區(qū)的開辟和合并。圖紙空間與浮動(dòng)視區(qū)1、圖紙空間的概念：?jiǎn)螕粢粋€(gè)Layout標(biāo)簽即進(jìn)入圖紙空間，它是一個(gè)二維空間，用于布局視圖。2、浮動(dòng)視區(qū)圖紙空間的視區(qū)稱為浮動(dòng)視區(qū)，又稱為視圖。可以用Move、Copy、Erase等命令對(duì)視圖進(jìn)行操作。3、圖紙空間中浮動(dòng)視區(qū)的創(chuàng)建在圖紙空間下，利用View下拉菜單的Viewports子菜單可以建立多個(gè)浮動(dòng)視區(qū)。浮動(dòng)模型空間1、浮動(dòng)模型空間的概念：浮動(dòng)模型空間是布局圖環(huán)境下的模型空間，它將布局圖各視區(qū)直接轉(zhuǎn)換為模型空間，為調(diào)整布局圖中各視圖的方向、修改模型和為視圖標(biāo)注尺寸等提供了靈活的操作環(huán)境。在圖紙空間下單擊狀態(tài)欄的PAPER按鈕，使它變?yōu)镸ODEL，即進(jìn)入浮動(dòng)模型空間；再單擊此按鈕，使它變?yōu)镻APER，即返回圖紙空間。2、用Vplayer命令可以凍結(jié)或解凍單個(gè)視區(qū)中的圖層。好了，現(xiàn)在我們就開始進(jìn)行由三維實(shí)體造型生成三視圖的工作吧?。?）.用AUTO CAD 2004打開第一步我們已經(jīng)做好的三維實(shí)體造型圖，完成實(shí)體造型在0層，調(diào)整UCS使XY平面平行于俯視圖投影面。（2）.提取三視圖選擇工具欄上的視圖著色二維線框，使三維實(shí)體造型圖以二維線框的形式顯示。 （3）.再點(diǎn)擊視圖窗口左下方的布局1按紐，彈出如圖10的對(duì)話框圖10單擊布局設(shè)置，在圖紙尺寸的下拉框中選擇：ISO A4（210.00X297.00毫米）這一選項(xiàng)，之后單擊確定。（4）.選中中間已經(jīng)顯示的三維實(shí)體造型圖以二維線框的視口，刪除。（5）.選擇視圖視口新建視口，彈出一個(gè)對(duì)話框，如圖11圖11在標(biāo)準(zhǔn)視口中選擇： 四個(gè)：相等視口間距：5設(shè)置：三維預(yù)覽中的設(shè)置按照按國(guó)標(biāo)三視圖位置配置，如圖11點(diǎn)擊確定（6）.最下方對(duì)話框的提示：指定第一個(gè)角點(diǎn)或 布滿(F) :按回車鍵，出現(xiàn)如圖12的四個(gè)視口。在這里，我們用AUTOCAD 2004 的內(nèi)置指令：MVSETUP對(duì)新視口進(jìn)行縮放鍵入：MVSETUP系統(tǒng)提示：輸入選項(xiàng) 對(duì)齊(A)/創(chuàng)建(C)/縮放視口(S)/選項(xiàng)(O)/標(biāo)題欄(T)/放棄(U):圖12在這里我們輸入S，起用縮放視口功能系統(tǒng)提示：選擇對(duì)象將四個(gè)視口全部選中，確定系統(tǒng)提示：設(shè)置視口縮放比例因子。 交互(I)/:我們用統(tǒng)一選項(xiàng)，直接回車，開始設(shè)置圖紙空間單位與模型空間單位的比例系統(tǒng)提示：輸入圖紙空間單位的數(shù)目 :我們是為了縮小圖紙，所以這里鍵入2，回車系統(tǒng)提示：輸入模型空間單位的數(shù)目 :這里我們就用默認(rèn)值1.0，直接輸入回車確定這時(shí)，四個(gè)視口內(nèi)的圖形全部縮小為我們想要的大小了，如圖13圖17（7）.提取三面投影圖在圖層設(shè)置中對(duì)于0圖層加載虛線線型(Hidden)。單擊，進(jìn)入空間激活主視圖，鍵入Solprof命令， 選擇對(duì)象:選擇主視圖中的圖形，是否在單獨(dú)的圖層中顯示隱藏的輪廓線？是(Y)/否(N) :是否將輪廓線投影到平面？是(Y)/否(N) :是否刪除相切的邊? 是(Y)/否(N) :以上全部選擇默認(rèn)是，鍵入回車打開圖層特性編輯器：彈出圖層特性管理器對(duì)話框，如圖18圖18將圖層PH-A0、PV-A0，重命名為PHFRONT，PVFRONT。重復(fù)Solprof命令，提取俯視圖、左視圖、軸測(cè)圖平面投影圖，并將其各自的圖層名稱修改為圖層PHTOP，PVTOP，PHLEFT，PVLEFT，PHISO，PVISO。效果如圖19顯示圖19（8）.凍結(jié)0層和PHISO層新建圖層，命名為哦bkx，顏色設(shè)置為綠色。單擊，進(jìn)入空間鍵入Properties指令，彈出一個(gè)屬性對(duì)話框（如圖20），選中四個(gè)視口，將所在圖層其修改為bkx圖層。圖20在圖層管理器中將所有PH圖層顏色改為洋紅，凍結(jié)0層、PHISO層。全部視口顯示出現(xiàn)了一些變化，如下面兩幅圖，可以做下比較凍結(jié)0層、PHISO層前凍結(jié)0層、PHISO層前后（9）.設(shè)置中心線層和尺寸線層在圖層管理器添加以下圖層：Dim-front層：顏色：Green，線型：Continuous（主視圖標(biāo)注圖層）Dim-top層：顏色：Green，線型：Continuous （俯視圖標(biāo)注圖層）Dim-left層：顏色：Green，線型：Continuous （左視圖標(biāo)注圖層）Cen-front層：顏色：Red，線型：Center （主視圖中心線圖層）Cen-top層：顏色：Red，線型：Center （俯視圖中心線圖層）Cen-left層：顏色：Red，線型：Center （左視圖中心線圖層）（10）.繪制中心線和標(biāo)注尺寸先按按紐，切換到浮動(dòng)模型空間， 激活主視圖，調(diào)整UCS（圖21），使XY平面平行于投影面。圖21在圖層管理菜單中設(shè)置當(dāng)前層為Cen-front，在主視圖區(qū)域繪制主視圖中心線。在圖層管理菜單中設(shè)置當(dāng)前層為Dim-front，在主視圖區(qū)域標(biāo)注主視圖尺寸。鍵入Vplayer指令將圖層Cen-front和Dim-front在其它視區(qū)凍結(jié)，具體操作方法入下：命令: vplayer系統(tǒng)提示：輸入選項(xiàng) ?/凍結(jié)(F)/解凍(T)/重置(R)/新建凍結(jié)(N)/視口默認(rèn)可見性(V): 、操作：鍵入F，選擇凍結(jié)選項(xiàng)系統(tǒng)提示：輸入要凍結(jié)的圖層名或 : 操作：鍵入你所要凍結(jié)圖層的名稱，在這我們輸入dim-front,cen-front系統(tǒng)提示：輸入選項(xiàng) 全部(A)/選擇(S)/當(dāng)前(C) : 操作：鍵入S 系統(tǒng)提示：切換到圖紙空間。選擇對(duì)象:操作：選擇要凍結(jié)的視口系統(tǒng)提示：切換到模型空間。輸入選項(xiàng) ?/凍結(jié)(F)/解凍(T)/重置(R)/新建凍結(jié)(N)/視口默認(rèn)可見性(V):操作：鍵入回車，選擇默認(rèn)的選項(xiàng)。以上簡(jiǎn)單介紹了如何繪制中心線、標(biāo)注尺寸和凍結(jié)圖層，再用上面介紹的方法依次的標(biāo)注俯、左視圖尺寸，繪制俯、左視圖中心線，這樣由三維實(shí)體造型生成三視圖的工作就基本完成了,整體的效果圖如下：下面附上我所做的部分由三維實(shí)體造型生成三視圖的圖紙供大家參考！8 結(jié) 論我認(rèn)為機(jī)械制圖與CAD技術(shù)的結(jié)合雖然是一種趨勢(shì)，但是我們應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：在這種情況下，在“手工”與“交互”繪圖兩者之間的關(guān)系中，手工繪圖是基礎(chǔ)，交互繪圖是應(yīng)用。只有在學(xué)生具備了一定的手工訓(xùn)練之后，計(jì)算機(jī)繪圖的應(yīng)用才能達(dá)到較高水平，否則軟件操作無(wú)論多么熟練也畫不出符合機(jī)械技術(shù)要求的圖紙。手工繪圖訓(xùn)練的潛在功能以及對(duì)學(xué)生空間思維的培養(yǎng)是計(jì)算機(jī)所無(wú)法替代的?？傊SCAD代表了先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)，將它應(yīng)用到課堂是一種趨勢(shì)。相信通過這這樣的一種聯(lián)系，會(huì)大大提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力、機(jī)械制圖能力、CAD軟件應(yīng)用能力。致 謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中我們的的確確的遇到了不少的麻煩，首先是電腦的問題，我們大家基本上都沒有自己的電腦，是我們的指導(dǎo)老師趙軍經(jīng)過多方聯(lián)系，給我們找到了電腦，我們才能順利的把畢業(yè)設(shè)計(jì)做完，另外，在三維實(shí)體造型生成三視圖的技術(shù)方面也是趙軍老師給我們找了大量的資料，在我們看資料不明白的情況下，他耐心的給我們講解相關(guān)的操作，可以說，沒有趙軍老師，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)不能完成的這么好，所以，在這里我們特別要感謝趙軍老師！還要感謝數(shù)控機(jī)房的李秀副老師和董偉偉老師，在他們的幫助下我們才完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1李世國(guó)等譯.三維造型M. 機(jī)械工業(yè)出版社, 20032李富根.AutoCAD 2004基礎(chǔ)與實(shí)例教程M.北京希望電子出版社, 20053學(xué)院內(nèi)部參考資料等