三维焊接工装造型（一）基本信息中文课程名称：三维焊接工装造型英文课程名称：DesignforThreeDimensionalWeldingFixture课程编号：0304207学分：1.5学时：32课程性质：专业任选课适用专业：焊接技术与工程先修课程：画法几何与机械制图、机械设计基础等开课系（教研部）：焊接工程系执笔：牛鹏亮审核：黄永德课程简介：《三维焊接工装造型》是焊接技术与工程、焊接技术与工程（卓越计划）专业的一门重要专业选修课，它是在专业基础课之后开设的一门提升自身技能的课程。本课程主要任务是介绍三维设计的基础知识、标准件库的设计、装配、工程绘图等几部分知识，通过本课程的学习使学生掌握焊接工装零件的三维造型、虚拟装配及创成式工程绘图，为后续的焊接工装课程设计、相关课题的毕业设计的提供支持，以及为未来从事焊接装备的设计与开发，虚拟焊接等方向的工作打下一个良好的基础。（二）课程目标本课程的主要目标是通过CATIA三维软件功能教学和上机教学，了解和掌握CATIA软件在三维焊接工装造型中的作用和优化设计方法，使学生能够从焊缝、焊接产品的特征等角度分析，设计结构合适的焊接工装和选择合理的装配方案，为学生今后从事焊接结构优化设计，焊接工装设计、研发和可靠性评估等方面奠定基础，培养学生解决复杂焊接工程问题的能力，同时，支撑专业毕业要求中相应指标点的达成。课程目标对学生的知识、能力要求如下：1、掌握运用计算机造型三维零件、参数化设计、数字化装配，建立数学模型并求解三维造型2.掌握三维零件或装配件绘制工程图，且能将复杂焊接工程问题用三维软件正确表达。3.培养学生的形象思维和创造性思维，能根据焊接装备的需求设计合理的三维零件及装配方案。课程目标对毕业要求的支撑关系如表1所示：
三维焊接工装造型 （一）基本信息 中文课程名称：三维焊接工装造型 英文课程名称：Design for Three Dimensional Welding Fixture 课程编号：0304207 学分：1.5 学时：32 课程性质：专业任选课 适用专业：焊接技术与工程 先修课程：画法几何与机械制图、机械设计基础等 开课系（教研部）：焊接工程系 执笔：牛鹏亮 审核：黄永德 课程简介： 《三维焊接工装造型》是焊接技术与工程、焊接技术与工程（卓越计划）专业的一门重要专业 选修课，它是在专业基础课之后开设的一门提升自身技能的课程。本课程主要任务是介绍三维设计 的基础知识、标准件库的设计、装配、工程绘图等几部分知识，通过本课程的学习使学生掌握焊接 工装零件的三维造型、虚拟装配及创成式工程绘图，为后续的焊接工装课程设计、相关课题的毕业 设计的提供支持，以及为未来从事焊接装备的设计与开发，虚拟焊接等方向的工作打下一个良好的 基础。 （二）课程目标 本课程的主要目标是通过 CATIA 三维软件功能教学和上机教学，了解和掌握 CATIA 软件在三 维焊接工装造型中的作用和优化设计方法，使学生能够从焊缝、焊接产品的特征等角度分析，设计 结构合适的焊接工装和选择合理的装配方案，为学生今后从事焊接结构优化设计，焊接工装设计、 研发和可靠性评估等方面奠定基础，培养学生解决复杂焊接工程问题的能力，同时，支撑专业毕业 要求中相应指标点的达成。 课程目标对学生的知识、能力要求如下： 1. 掌握运用计算机造型三维零件、参数化设计、数字化装配，建立数学模型并求解三维造型。 2. 掌握三维零件或装配件绘制工程图，且能将复杂焊接工程问题用三维软件正确表达。 3. 培养学生的形象思维和创造性思维，能根据焊接装备的需求设计合理的三维零件及装配方 案。 课程目标对毕业要求的支撑关系如表 1 所示：
表1课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求课程目标毕业要求指标点指标点1.2：能够运用工程制图、机械设计、电工电子、工程力学等毕业要求1课程目标1工程基础知识和数学模型方法分析具体的工程对象，建立数学模型并求解。指标点2.2：根据焊接结构特征与材料特性，能基于焊接相关科学原毕业要求2课程目标2理和数学模型方法正确表达复杂焊接工程问题，指标点4.2：能够根据航空航天、石油化工、机械制造等行业焊接产毕业要求4课程目标3品的特征，分析焊接工艺、材料焊接性、结构适应性等工程问题，选择研究路线，设计可行的实验方案。（三）教学内容教学内容及其安排如表2所示。表2教学内容对课程目标的支撑对应的序号教学要求教学内容课程目标1.CATIA简介（1）发展概况知识方面：掌握CATIA软件（2）CATIA的运行环境况运行环境和用户界面。（3）CATIA的主要功能模块能力和素质方面：了解课程目标11（4）CATIA学习内容、方法与参考CATIA软件辅助焊接设计制书目造在焊接工程中的作用，建立焊接设计、制造强国信心。（5）CATIAV5用户界面（6）CATIAV5体系结构2.CATIA的基本操作方法及草图绘制知识方面：掌握CATIA软件（1）文件的基本操作基本操作方法和草图绘制技（2）CATIAV5通用操作巧（3）视图基本操作能力和素质方面：（1）在掌（4）工作环境设置课程目标12握绘制点、圆弧、轮廓线和（5）定制菜单创建约束的基础上绘制简单（6）定制工具栏的焊接结构零件图：（2）能（7）定制选项够对绘制的零件图草图进行（8）绘图准备（草图绘制平台、草修饰、优化。图绘制工具）（9）绘制草图（绘制点、绘制直线
表 1 课程目标对毕业要求的支撑关系 毕业要求 毕业要求指标点 课程目标 毕业要求 1 指标点 1.2：能够运用工程制图、机械设计、电工电子、工程力学等 工程基础知识和数学模型方法分析具体的工程对象，建立数学模型并 求解。 课程目标 1 毕业要求 2 指标点 2.2：根据焊接结构特征与材料特性，能基于焊接相关科学原 理和数学模型方法正确表达复杂焊接工程问题。 课程目标 2 毕业要求 4 指标点 4.2：能够根据航空航天、石油化工、机械制造等行业焊接产 品的特征，分析焊接工艺、材料焊接性、结构适应性等工程问题，选 择研究路线，设计可行的实验方案。 课程目标 3 （三）教学内容 教学内容及其安排如表 2 所示。 表 2 教学内容对课程目标的支撑 序号 教学内容 教学要求 对应的 课程目标 1 1．CATIA 简介 （1）发展概况 （2）CATIA 的运行环境况 （3）CATIA 的主要功能模块 （4）CATIA 学习内容、方法与参考 书目 （5）CATIA V5 用户界面 （6）CATIA V5 体系结构 知识方面：掌握 CATIA 软件 运行环境和用户界面。 能力和素质方面：了解 CATIA 软件辅助焊接设计制 造在焊接工程中的作用，建 立焊接设计、制造强国信心。 课程目标 1 2 2．CATIA 的基本操作方法及草图绘 制 （1）文件的基本操作 （2）CATIA V5 通用操作 （3）视图基本操作 （4）工作环境设置 （5）定制菜单 （6）定制工具栏 （7）定制选项 （8）绘图准备（草图绘制平台、草 图绘制工具） （9）绘制草图（绘制点、绘制直线、 知识方面：掌握 CATIA 软件 基本操作方法和草图绘制技 巧 能力和素质方面：（1）在掌 握绘制点、圆弧、轮廓线和 创建约束的基础上绘制简单 的焊接结构零件图；（2）能 够对绘制的零件图草图进行 修饰、优化。 课程目标 1
绘制中心线、绘制圆、绘制圆弧、绘制预定义轮廓线、绘制样条曲线、绘制二次曲线、绘制轮廓线）（10）草图约束（创建一般约束、创建自动约束、创建动画约束、通过对话框创建约束、编辑多重约束）（11）修饰草图（绘制圆角、绘制倒角、创建图形修剪、创建图形转换、创建三维元素投影）（12）实例3.三维零件建模设计（1）创建基于草图的零件特征（零知识方面：掌握具有特征实体的三维零件图绘制方法、件设计平台的启动、零件设计常用工具栏、创建拉伸凸台、创建拉伸凹槽、成形特点和技巧创建旋转实体、创建旋转凹槽、创建能力和素质方面：（1）能够孔特征、创建扫略肋、创建开槽、创画出包含凸台、凹槽、旋转课程目标13建实体混合、多截面实体、创建多截体等复杂结构的焊接零件三面凹槽、创建螺孔（标准孔）、螺纹维图：（2）基于实际需求，修饰、加强肋）能够给三维零件图添加材质。（2）创建参考元素（3）添加材质（4）实例4.零件特征转换（1）特征的重新排序及插入操作（2）知识方面：掌握零件特征重重新排序的操作方法新排序方法、分析特征生成失败原因，获得解决特征生（3）特征的插入操作（4）特征生成失败及其解决方法（5）|成失败的方法。特征生成失败的出现能力和素质方面：（1）能够（6）特征生成失败的解决方法（7）通过特征排序、特征插入和课程目标14模型变换（模型的平移、旋转、对称解决特征生成失败等操作完及缩放）成具体焊接零件三维图的绘制；（8）特征的变换、镜像特征（9）阵列（矩形阵列、圆形阵列、（2）能够对画好的三维焊接用户阵列、删除阵列、分解阵列）（10）零件进行模型转化。实例5.创成式曲面设计知识方面：掌握具有曲面特课程目标25（1）生成线框元素的工具（创建点、征的零件画法课程目标3线、面的方法）能力和素质方面：（1）能够
绘制中心线、绘制圆、绘制圆弧、绘 制预定义轮廓线、绘制样条曲线、绘 制二次曲线、绘制轮廓线） （10）草图约束（创建一般约束、创 建自动约束、创建动画约束、通过对 话框创建约束、编辑多重约束） （11）修饰草图（绘制圆角、绘制倒 角、创建图形修剪、创建图形转换、 创建三维元素投影） （12）实例 3 3．三维零件建模设计 （1）创建基于草图的零件特征（零 件设计平台的启动、零件设计常用工 具栏、创建拉伸凸台、创建拉伸凹槽、 创建旋转实体、创建旋转凹槽、创建 孔特征、创建扫略肋、创建开槽、创 建实体混合、多截面实体、创建多截 面凹槽、创建螺孔（标准孔）、螺纹 修饰、加强肋） （2）创建参考元素 （3）添加材质 （4）实例 知识方面：掌握具有特征实 体的三维零件图绘制方法、 成形特点和技巧 能力和素质方面：（1）能够 画出包含凸台、凹槽、旋转 体等复杂结构的焊接零件三 维图；（2）基于实际需求， 能够给三维零件图添加材 质。 课程目标 1 4 4．零件特征转换 （1）特征的重新排序及插入操作（2） 重新排序的操作方法 （3）特征的插入操作 （4）特征生成失败及其解决方法（5） 特征生成失败的出现 （6）特征生成失败的解决方法（7） 模型变换（模型的平移、旋转、对称 及缩放） （8）特征的变换、镜像特征 （9）阵列（矩形阵列、圆形阵列、 用户阵列、删除阵列、分解阵列）（10） 实例 知识方面：掌握零件特征重 新排序方法、分析特征生成 失败原因，获得解决特征生 成失败的方法。 能力和素质方面：（1）能够 通过特征排序、特征插入和 解决特征生成失败等操作完 成具体焊接零件三维图的绘 制； （2）能够对画好的三维焊接 零件进行模型转化。 课程目标 1 5 5．创成式曲面设计 （1）生成线框元素的工具（创建点、 线、面的方法） 知识方面：掌握具有曲面特 征的零件画法 能力和素质方面：（1）能够 课程目标 2 课程目标 3
（2）生成曲面（拉伸、旋转、扫描、熟练画出具有曲面特征的三填补)维零件图；（3）曲面的编辑和修改（合并、修（2）能够通过曲面和混合设复、平滑曲线、分解、剪切、提取、计并耦合材料特性对焊接结倒角、平移、对称等）构零件进行优化设计（4）曲线曲面设计和混合设计（添加材质、曲面和形体混合设计、从曲面到形体设计、从形体到曲面）（5）实例知识方面：掌握机械零件中6．标准件库建的建立和应用标准件库的建立方法；了解（1）标准件库的建立标准件参数化模型的导入过（2）建立标准件的参数化模型程课程目标16（3）标准件参数化模型的导入（4）能力和素质方面：能够建立标准件库的应用焊接工程中典型标准件库，（5）实例强化标准对制造业的影响7.装配设计（1）装配零部件管理（装配设计中的工具条、创建新零部件、加载已经知识方面：掌握焊装装配体的装配方法存在的零部件、轴承体装配）（2）装配约束（相合约束、接触约能力和素质方面：能够分析1课程目标2束、偏移约束、角度约束、固定约束、7焊接装配体的装配特征，选课程目标3固联约束、快速约束、更改约束、重择合理的装配方案：用复使用阵列）CATIA软件实现焊接装配体（3）装配分析（材料清单、约束分的合理装配。析、自由度分析）（4）实例8.工程图设计方法（1）工程视图设计（基本设置、创建投影视图、创建截面视图、创建局知识方面：掌握工程图视图、部放大视图）尺寸标注、尺寸设置和修改（2）尺寸标注（标注尺寸工具栏、方法。课程目标18自动生成标注、单步自动生成标注、能力和素质方面：能够将三交互标注尺寸、标注累积型尺寸、标维的焊接结构零件图转化成注基线型尺寸、专门用于标注长形的工程图纸并进行正确的标注。尺寸、专门用于标注角度型的尺寸、标注半径型尺寸、标注直径型尺寸、标注倒角型的尺寸、标注螺纹的尺
（2）生成曲面（拉伸、旋转、扫描、 填补） （3）曲面的编辑和修改（合并、修 复、平滑曲线、分解、剪切、提取、 倒角、平移、对称等） （4）曲线曲面设计和混合设计（添 加材质、曲面和形体混合设计、从曲 面到形体设计、从形体到曲面） （5）实例 熟练画出具有曲面特征的三 维零件图； （2）能够通过曲面和混合设 计并耦合材料特性对焊接结 构零件进行优化设计 6 6．标准件库建的建立和应用 （1）标准件库的建立 （2）建立标准件的参数化模型 （3）标准件参数化模型的导入（4） 标准件库的应用 （5）实例 知识方面：掌握机械零件中 标准件库的建立方法；了解 标准件参数化模型的导入过 程 能力和素质方面：能够建立 焊接工程中典型标准件库， 强化标准对制造业的影响 课程目标 1 7 7．装配设计 （1）装配零部件管理（装配设计中 的工具条、创建新零部件、加载已经 存在的零部件、轴承体装配） （2）装配约束（相合约束、接触约 束、偏移约束、角度约束、固定约束、 固联约束、快速约束、更改约束、重 复使用阵列） （3）装配分析（材料清单、约束分 析、自由度分析） （4）实例 知识方面：掌握焊装装配体 的装配方法 能力和素质方面：能够分析 焊接装配体的装配特征，选 择合理的装配方案；用 CATIA 软件实现焊接装配体 的合理装配。 课程目标 2 课程目标 3 8 8．工程图设计方法 （1）工程视图设计（基本设置、创 建投影视图、创建截面视图、创建局 部放大视图） （2）尺寸标注（标注尺寸工具栏、 自动生成标注、单步自动生成标注、 交互标注尺寸、标注累积型尺寸、标 注基线型尺寸、专门用于标注长形的 尺寸、专门用于标注角度型的尺寸、 标注半径型尺寸、标注直径型尺寸、 标注倒角型的尺寸、标注螺纹的尺 知识方面：掌握工程图视图、 尺寸标注、尺寸设置和修改 方法。 能力和素质方面：能够将三 维的焊接结构零件图转化成 工程图纸并进行正确的标 注。 课程目标 1
寸、标注坐标型的尺寸、建立孔的尺寸表）（3）设置或修改尺寸的特性（通过工具栏设计或修改尺寸的特性、通过对话框设置或修改尺寸的特性、利用尺寸操纵器编辑尺寸、断开或修补尺寸界线、形位公差、标注形位公差基准、标注符号、标注粗糙度符号和参数、绘制焊缝、标注焊接符号）（4）打印工程图（5）实例（四）实践教学安排上机教学内容及其安排如表3所示。表3上机教学安排项目上机上机每组人上机项目上机类型课程目标学时数编号要求CATIAVS的基本操作及草图2验证性必修11绘制22必修三维零件建模设计性132零件特征转换设计性必修12必修4创成式曲面设计设计性152必修标准件库的设计综合性1课程目标162选修固定V型块的标准库设计综合性课程目标2172必修装配设计综合性课程目标3182选修快速夹钳装配设计综合性192设计性必修1工程图纸绘制小型焊接夹具设计及工程图绘2110综合性必修制综合性选修1121环焊缝夹具设计及工程图绘制必修学时：1622合计选修学时：6（五）教学方法与习题要求本课程教学采用课堂讲授、作业、上机等方式。利用启发式、探究式、讨论式和参与式的教学方法，推动课堂教学的主体从“以教为主”向“以学为主”转变。重要章节布置1-4个习题，要求学生用CATIA造型。老师及时检查批改作业，批改后采用“学生讲评式”的“翻转课堂”教学法对
寸、标注坐标型的尺寸、建立孔的尺 寸表） （3）设置或修改尺寸的特性（通过 工具栏设计或修改尺寸的特性、通过 对话框设置或修改尺寸的特性、利用 尺寸操纵器编辑尺寸、断开或修补尺 寸界线、形位公差、标注形位公差基 准、标注符号、标注粗糙度符号和参 数、绘制焊缝、标注焊接符号） （4）打印工程图 （5）实例 （四）实践教学安排 上机教学内容及其安排如表 3 所示。 表 3 上机教学安排 项目 编号 上 机 项 目 上机 学时 上机类型 上机 要求 每组人 数 课程目标 1 CATIA V5 的基本操作及草图 绘制 2 验证性 必修 1 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 2 三维零件建模 2 设计性 必修 1 3 零件特征转换 2 设计性 必修 1 4 创成式曲面设计 2 设计性 必修 1 5 标准件库的设计 2 综合性 必修 1 6 固定 V 型块的标准库设计 2 综合性 选修 1 7 装配设计 2 综合性 必修 1 8 快速夹钳装配设计 2 综合性 选修 1 9 工程图纸绘制 2 设计性 必修 1 10 小型焊接夹具设计及工程图绘 制 2 综合性 必修 1 11 环焊缝夹具设计及工程图绘制 2 综合性 选修 1 合 计 22 必修学时：16 选修学时：6 （五）教学方法与习题要求 本课程教学采用课堂讲授、作业、上机等方式。利用启发式、探究式、讨论式和参与式的教学 方法，推动课堂教学的主体从“以教为主”向“以学为主”转变。重要章节布置 1-4 个习题，要求 学生用 CATIA 造型。老师及时检查批改作业，批改后采用“学生讲评式”的“翻转课堂”教学法对