三維造型軟件Solidworks在機械制圖教學(xué)中的運用

張燏

（廣東省國防高級技工學(xué)校 廣東 廣州 510515）

三維造型軟件Solidworks在機械制圖教學(xué)中的運用

張燏

（廣東省國防高級技工學(xué)校 廣東 廣州 510515）

當前的三維造型軟件發(fā)展很快，用它來提高《機械制圖》教學(xué)質(zhì)量，能取得良好效果。本文從三維造型軟件Solidworks的特點出發(fā)，通過建立教學(xué)模型，就如何運用該造型軟件來提高《機械制圖》課程的教學(xué)效果,提出一些建議。

三維造型軟件（Solidworks）；機械制圖；教學(xué)模型

隨著科技和經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，社會對人才的需求正在發(fā)生著深刻的變化。對以培養(yǎng)工程、生產(chǎn)第一線的應(yīng)用型人才為目標的技工學(xué)校提出了新的要求和挑戰(zhàn)——要求學(xué)生在綜合職業(yè)能力方面具有實用性、技能性及職業(yè)性的特點?！稒C械制圖》是工程界的語言，同時也是工科類專業(yè)的基礎(chǔ)課程，是機械專業(yè)學(xué)生必須具有的基本能力?！稒C械制圖》以“實用”、“夠用”為準繩，教學(xué)重點已由“制圖、識圖并重”向“識圖”方向傾斜。怎樣才能快速提高學(xué)生的空間想象能力和機械識圖能力，筆者結(jié)合多年的教學(xué)實踐經(jīng)驗，把三維CAD建模軟件Solidworks運用到制圖教學(xué)環(huán)節(jié)，采用計算機輔助教學(xué)手段，取得了很好的教學(xué)效果。

三維造型軟件Solidworks的特點

Solidworks是一個基于Windows操作平臺的三維設(shè)計軟件，是一個全參數(shù)化特征造型軟件，可以十分方便地實現(xiàn)復(fù)雜的三維零件實體造型、復(fù)雜裝配及生成工程圖。圖形界面友好，易學(xué)易用，用戶上手快，因此在世界范圍得到了廣泛應(yīng)用。利用Solidworks的拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣、倒角、抽殼、倒圓等基于特征的三維實體造型工具，能夠方便、快捷地創(chuàng)建任何復(fù)雜形狀的實體。通過草圖的幾何約束和尺寸約束功能，能構(gòu)造出尺寸十分精確的三維模型。Solidworks的三維模型可以自動生成精確的二維工程圖紙，包括基本視圖、斜視圖、剖視圖及軸測圖等，并可以在二維視圖中顯示尺寸和技術(shù)要求。在Solidworks中，同一產(chǎn)品的零件、裝配體及工程圖是互相鏈接的文件，對零件或裝配體所作的任何更改都會導(dǎo)致工程圖文件的相應(yīng)變更，因此，二維視圖和三維模型之間的雙向關(guān)聯(lián)功能使模型形狀和尺寸的編輯更加容易，在設(shè)計過程中更改三維模型或任何一個二維視圖的尺寸，會導(dǎo)致三維實體和所有的二維視圖自動更新。對于數(shù)控專業(yè)、模具專業(yè)及汽修專業(yè)的學(xué)生來講，專業(yè)課中將學(xué)到Solidworks或其他的三維造型軟件，將有助于他們以后的學(xué)習(xí)。

用Solidworks軟件建立教學(xué)模型

在講授機械制圖時，教師必須要借助模型、掛圖等工具以及繪制大量的立體圖和三視圖，學(xué)生也需要進行大量的練習(xí)，經(jīng)過不斷練習(xí)并反復(fù)對比立體圖與三視圖才能達到較好的教學(xué)效果。教師要想把一個立體結(jié)構(gòu)講解清楚是很困難的事情。教學(xué)模型作為教學(xué)手段的重要組成部分，在幫助學(xué)生形象地理解教學(xué)內(nèi)容的過程中，發(fā)揮著積極的輔助教學(xué)的作用。但教學(xué)模型具有局限性、靜態(tài)性，學(xué)生在學(xué)習(xí)中仍感到困難；而且同時上課的教師較多，教學(xué)模型也不夠用。

應(yīng)用三維的Solidworks建模軟件可以創(chuàng)建機械制圖虛擬模型庫，利用計算機存儲數(shù)量眾多的模型，在使用中可以完全取代實物模型。根據(jù)《機械制圖》教材及Solidworks教學(xué)大綱的要求，要規(guī)劃Solidworks虛擬模型庫的結(jié)構(gòu)。虛擬模型庫構(gòu)成如下：基本幾何體約占10%：棱柱、棱錐、棱臺、圓柱、圓錐、圓臺、圓球和圓環(huán)；組合體約占50%：切割式、疊加式及綜合式；各類典型零件約占20%：軸類零件、盤類零件、箱體類零件；裝配體約占10%；標準件和常用件占10%。典型零件與裝配體中的零件共用，不僅提高了模型庫的利用率，也可以講解裝配過程及有可能產(chǎn)生的干涉等實際問題。

三維造型軟件在制圖教學(xué)中的應(yīng)用

利用先進的三維Solidworks技術(shù)創(chuàng)建的計算機虛擬模型不僅精度高、質(zhì)感好、形象逼真、色彩豐富，還能將復(fù)雜形體的外形與內(nèi)腔、相貫體中相貫線的變化趨勢、裝配體中零件之間的連接關(guān)系充分地展示出來，使知識更加清晰、生動、形象。利用Solidworks軟件還可以方便地進行教學(xué)模型修改與新建，這樣不僅能夠及時補充符合新教學(xué)內(nèi)容的模型，還可以針對不同的教學(xué)對象、教學(xué)要求調(diào)整現(xiàn)有的模型，充分滿足教學(xué)中對模型種類及數(shù)量的需要，可達到教學(xué)成本低、教學(xué)質(zhì)量高的目的。還可以讓學(xué)生充分發(fā)揮想象，把自己喜愛的圖形用Solidworks中的二維視圖表達出來，讓其他學(xué)生猜想、試畫立體圖。這樣可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和想象力。

應(yīng)用Solidworks分析平面圖形的尺寸標注 學(xué)生剛剛學(xué)習(xí)尺寸標注時，很容易多標尺寸，采用Solidworks畫圖，就不會出現(xiàn)這種情況，如果尺寸標注多余的話，在Solidworks中會顯示出來。如圖1：學(xué)生都認為尺寸12.88應(yīng)該標上，但實際上這個尺寸可能通過其他尺寸計算出來，這時候告訴學(xué)生答案，學(xué)生非常容易理解，對以后尺寸鏈章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)更容易接受。

圖1 尺寸標注分析圖

圖2 立體表面交線圖

應(yīng)用Solidworks分析立體表面交截線 立體表面的交截線是本教材的一個難點，學(xué)生學(xué)習(xí)時會有一些困難。采用Solidworks畫圖，學(xué)生能直觀地看出交截線及其在各個面上的投影。如圖2（a），補畫左視圖。很多學(xué)生不知從何下手，兩圓柱的交線具體是向哪個方向彎。把圓孔一個一個地添上，這樣將難點分解，每一步都解釋一下，學(xué)生能理解，也知道如何去思考這類的題型。

應(yīng)用Solidworks分析組合體 根據(jù)已知視圖想象立體形狀，并補畫圖中的漏線。這類題可能有多種答案，利用Solidworks將學(xué)生所想到的答案都表達出來，有利于發(fā)揮學(xué)生的想象力，如圖3（a）。組合體是多個基本體切割或組合而成的，利用Solidworks將基本體先畫出來，然后組合，每個學(xué)生的拆裝方法不一樣，上課時將每種方法都表達出來，有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力。

圖3 組合體圖

應(yīng)用Solidworks分析剖視圖 各種剖視圖是表達零件的關(guān)鍵方式之一，而學(xué)生對剖視圖難以理解，很多的內(nèi)部結(jié)構(gòu)想象不出來。利用Solidworks可以采用各種各樣的剖視，從不同的角度來了解零件，如圖4所示。

圖4 剖視圖

應(yīng)用Solidworks分析裝配圖 裝配圖拆、畫零件圖又是一個教學(xué)難點，學(xué)生往往弄不懂零件的具體樣子，很容易把零件混在一起。利用Solidworks，用不同顏色的零件組合成裝配體，再將裝配體拆分成各個零件，還可以模擬它們之間的相互運動。對學(xué)生來講，懂得各零件的配合形式和運動，再拆畫零件圖會更容易一些。如圖5是一個泵，活塞可在泵體內(nèi)移動。

教師利用Solidworks，能制作完成《機械制圖》教材及習(xí)題集上的所有三維模型和與其對應(yīng)的二維基本視圖，如向視圖、剖面圖等；完成《機械制圖》教材及習(xí)題集上的裝置圖，再配合多媒體制作軟件做成課件，刻錄成光盤或者保存在電腦上。當學(xué)生在課后練習(xí)中遇到困難，可以進入模型庫，在庫中找到所需要的模型，進行仔細觀察，增強對實物的感官認識，輔助完成課后練習(xí)。在模型庫中，學(xué)生可以通過與所繪圖形對比，來檢驗自己的讀圖能力和對零件的表達能力。計算機模型庫可以改變傳統(tǒng)教學(xué)的單調(diào)的形式，有助于學(xué)生從被動學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)，從而提高學(xué)習(xí)效率。

圖5 裝配圖拆、畫零件圖

實踐證明，通過利用Solidworks進行《機械制圖》課程教學(xué)，一方面，在授課中的一些重點問題，如截交體、相貫體、組合體、剖視圖等內(nèi)容，可以清晰、生動、形象地展示在學(xué)生面前，難點變得容易理解，學(xué)生的感性認識增強了，所獲得的信息量也增大了；另一方面，減輕了教師的輔導(dǎo)工作量，學(xué)生可以根據(jù)自己的需要，在計算機上重復(fù)多次地進行有關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。雖然現(xiàn)在機械制圖計算機輔助教學(xué)仍存在一些問題，如不同班級的制圖教材不統(tǒng)一、素材不夠理想、上機條件不夠等，但是機械制圖計算機輔助教學(xué)的應(yīng)用前景是非常廣闊的，它將有利于推動教學(xué)方法改革，使學(xué)生能愉快地學(xué)習(xí)制圖知識，增強實踐能力，從而提高制圖教學(xué)的效果。

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[4]江洪，汪棟，李仲興.SolidWorks中二維工程圖的標準化實施[J].工程圖學(xué)學(xué)報，2007，(5)：34-37.

G712

A

1672-5727（2010）07-0152-02

張燏（1973—），女，湖南株洲人，碩士，廣東省國防科技高級技工學(xué)校講師，維修電工高級技師，主要從事職業(yè)教育研究。

（本文責(zé)任編輯：尚傳梅）