机械设计课程设计引入CAD技术的教学实践.docx

机械设计课程设计引入CAD技术的教学实践 摘 要 针对传统教学模式的不足，提出将CAD技术引入机械设计课程设计的教改思路。在教学过程中将程序设计、Pro/E和AutoCAD等相关教学内容有机地融入课程设计。实践表明，有助于强化学生的计算机应用实力，提高学生的综合设计实力。 关键词 课程设计；教学改革；CAD技术 中图分类号：G642 文献标识码：B 文章编号：1673-489X02-0047-02 Teaching Practice of Introducing CAD Technology into Course Design of Machinery Design/Xu Jing， Dong Yan Abstract Aiming at the shortcomings of machinery designs traditional teaching mode， the teaching reform of introducing CAD technology into course design of machinery design was proposed. The relevant teaching content of program design， Pro/E software and AutoCAD software organically integrated into course design. Practice shows that it helps to strengthen students computer application ability and comprehensive design ability. Key words course design； teaching reform； CAD technology 1 引言 机械设计是机械类学生必修的一门专业基础课，是机械类教学安排中的一门主要核心课程。机械设计课程设计是协作机械设计课程理论教学的一个重要实践教学环节，传统的教学方法是选择由机械设计课程所学过的大部分零部件所组成的机械传动装置或结构较为简洁的机械作为课程设计题目。对课程设计的要求还停留在人工计算、手工绘图阶段，由于设计过程繁琐、重复工作量大，教学效果始终不够志向。 随着计算机技术的广泛应用，如何利用先进的设计方法和技术手段改进传统的教学方法，已为同行们所关注和追求。本文将依据机械设计课程设计教学大纲的要求，探讨并实践如何利用CAD技术将学生从枯燥、重复的手工设计计算中解脱出来，集中时间和精力用于方案设计、结构设计等创建性思维训练上，这样不仅可以提高学生对课程设计的学习爱好，而且有助于培育学生先进的设计理念，驾驭现代的设计技术，以适应计算机技术飞速发展的时代需求。 2 引入CAD技术的教改思路 机械设计课程设计的教学目的在于综合运用机械设计以及其他相关已修课程的理论和生产实际学问进行机械设计训练，通过学习和驾驭通用机械零部件、机械传动及一般机械设计的基本方法和步骤，培育学生工程设计实力和分析问题、解决问题的实力。通常传统的课程设计教学支配是集中在理论教学结束后23周内进行，由于时间紧、任务重，学生依样画虎，大部分时间和精力都用于计算和画图上，没有足够的时间进行方案分析和结构设计，许多问题来不及思索就在匆忙中结束了课程设计。 针对这些问题，采纳先分散后集中的教学模式，在理论教学的过程中，将C语言程序设计学问融合机械设计的教学内容，引导学生利用课余时间逐步完成常用零部件的协助设计；再在期末23周集中时间内，利用零部件协助设计程序和Pro/E软件完成方案设计和结构设计；最终应用AutoCAD软件完成零件图和装配图绘制，Word文档完成设计说明书编写。 合理支配CAD教学内容 减速器设计是机械设计课程设计最常用的设计题目，涉及螺纹联接、键联接、齿轮传动、蜗杆传动、轴以及滚动轴承等各种零部件的设计计算，设计过程往往比较困难，而且简单出错。为此，在理论教学过程中，在讲授常用零部件的设计准则和计算方法的基础上，有机地穿插计算机协助设计教学内容，启发学生利用先修的C语言程序设计学问解决工程实际问题。 要娴熟驾驭零部件的设计过程和设计方法，必需正确理解设计公式和合理选择设计参数。所以，设计参数的计算机处理是实现零部件计算机协助设计的关键。在理论教学中，结合C语言程序设计课程有关数组等相关学问，重点补充设计参数计算机处理的教学内容。以“齿轮传动”一章为例，如齿轮传动设计中涉及的设计参数有十几个之多，但可以分为两大类：一类是数表类，如齿向载荷分布系数KH；另一类是线图类，如弯曲疲惫强度极限FE。对于数表，可以通过编程转化为数组，并按肯定的查找法和插值法获得所需设计参数值；对于线图，可以求出直线方程或多项式拟合成曲线方程干脆编入程序，通过计算得到所需设计参数，也可以先等分坐标取值转化为数表再进行数组处理。由于数表和线图的程序处理在C语言程序设计中是常见的基本训练，所以学生在练习过程中一点就通，感到得心应手。 当然，合理的教学支配是实施教学目的的必要手段。为了激发学生的学习爱好，提倡团队的协作精神，对课程设计的先期分散教学内容进行周密合理的支配。在完成“数表和线图的计算机处理”教学单元后，要求学生共同编制某一个零部件的协助设计程序。为了不增加负担，又不人浮于事，将设计任务细化，责任落实到人，明确考核要求。通过实践，学生不仅能够运用C语言编制出仅输出设计结果的简洁程序，而且部分计算机应用实力较强的学生还能够运用Visual Basic和Visual C+语言编制出具有人机交互功能的协助计算软件。 充分运用CAD技术手段 随着CAD技术的突飞猛进，计算机协助设计已经成为现代企业必不行少的设计手段。为了适应现代企业对机械CAD人才的需求，在机械专业的课程体系中设置了不少计算机应用课程，如计算机绘图、C语言程序设计和三维实体建模技术等，但不同的老师担当不同的课程，由于课时有限，往往只着眼于本课程学问点的驾驭，无暇顾及课程间的联系及应用。因此，在机械设计课程设计中引导学生充分利用CAD技术解决工程设计问题，将成为帮助学生驾驭现代设计方法和先进技术手段的有效途径。鉴于学生已先修计算机绘图和三维实体建模技术课程，对AutoCAD和Pro/E软件的主要特性和基本功能的驾驭已有肯定的基础，因此，在课程设计集中的23周内要求学生充分利用该两软件完成减速器的设计。 1）零部件的三维实体建模。Pro/E是CAD/CAM/CAE等领域广泛运用的三维设计软件。创建三维实体模型是利用Pro/E进行机械结构设计的首要任务，三维实体是创建零件工作图、总体装配图及机械运动仿真等后续工作的基础。因此，要求学生先由零部件协助设计程序得到零件的结构尺寸，再利用Pro/E的实体建模和特征造型功能创建出齿轮、轴、箱座、箱盖、轴承、端盖等零部件的三维实体模型。对于减速器中结构相像、尺寸不同的零件，可利用Pro/E参数化的模型修改功能，通过修改设计模型的参数值来变更设计意图，实现三维实体的自动更新。 2）减速器的虚拟装配。装配是依照肯定的依次把满意特定关系的元件装配成组件的过程。装配件中各个元件的空间定位关系是进行装配设计的关键。完成减速器全部零部件的三维实体建模后，要求学生利用Pro/E的装配功能模块和应用程序模块，通过【组件】和【装配】吩咐，设置基础零件，添加装配约束和连接定义，完成减速器组件的装配。由于Pro/E运用全相关的单一数据库，因此，在组件装配后可以在零件模块和组件模块中反复修改设计结果，从而实现方案设计和结构设计的优化。再通过【应用程序】/【机构】吩咐，定义齿轮副连接，定义伺服电动机，对减速器进行运动分析及仿真。 3）二维工程图的创建。工程上通常运用一组二维视图来表达一个困难零件或组件，而Pro/E的绘图功能模块供应了强大的工程图设计功能。因此，要求学生利用Pro/E完成零件的三维造型和减速器的装配后，运用绘图模块将三维造型图转换成二维工程图，主要步骤如下。 设置绘图环境。单击【工具】【选项】吩咐，打开【选项】对话框，取消对【仅显示从文件加载的选项】复选框的选择，在“当前会话”中找到“drawing_setup_file”选项更改其值为“*.dtl”，单击【添加/更改】按钮，单击【确定】按钮完成配置，并保存该配置留用。 进入绘图环境。单击【新建】【绘图】吩咐，去掉【运用缺省模版】选项的小勾，单击【确定】按钮，出现的【新制图】对话框中，再单击【阅读】按钮，将须要创建二维视图的三维模型文件打开调入，指定模版，单击【确定】按钮进入绘图环境。 创建基本视图。由步骤得到Pro/E绘图环境下的三视图，打开菜单栏【视图移动锁定】，调整视图布局和投影关系。在主视图上双击鼠标，出现“绘图视图”界面，在【类别】选项上选择【比例】，确定【定制比例】的数值。 转换成AutoCAD工程图。将利用Pro/E绘图环境下创建的二维工程图，单击【文件】，选择【保存副本】，选择文件类型“*.dwg”，单击【确定】，生成AutoCAD文件。 最终，要求学生运用比较熟识的二维绘图软件AutoCAD， 通过其编辑、修改和标注等吩咐，完成减速器的装配图和零件图。 3 结论 CAD技术的产生和发展使机械产品设计的传统模式发生了深刻改变，同样对机械专业的课程教学带来新的挑战与机遇。将CAD技术引入机械设计课程设计的教学实践，不仅有助于培育学生的综合设计实力、创新实力和运用学问解决工程实际问题的实力，有助于提高课程设计的技术含量和教学质量，而且彻底变更了传统的教学模式和设计方法，促进了机械设计课程教学目标、教学内容、教学手段和教学方法的改革和创新，促进了机械学科的发展。 参考文献 1何秋梅.Pro/E软件在机械设计基础课程教学与课程设计中的应用J.装备制造技术，2022：1101-200. 2袁野.Pro/E在小型电机减速器设计中的应用J.机械探讨与应用，2022：101-101. 3郑汉波.基于Pro/Engineer零件的三维建模和二维工程图创建方法J.咸宁学院学报，2022：73-73. 4凌丹.CAD技术在机械设计课程设计中的应用J.试验科学与技术，2022：51-52. 5咸斌.与现代CAD技术相结合的机械设计基础教学方法探讨J.盐城工学院学报，2022：73-75. 6濮良贵，纪名刚.机械设计M.8版.北京：高等教化出版社，2022. 7吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.3版.北京：高等教化出版社，2022. 第8页 共8页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页