三維設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類課程，提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力

顧 鋒，支前鋒

（淮陰工學(xué)院，江蘇 淮安 223001）

淮陰工學(xué)院是一所培養(yǎng)應(yīng)用型人才的普通高等學(xué)校，“機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化”本科專業(yè)被江蘇省教育廳授予“江蘇省品牌專業(yè)”，被教育部遴選為“第二批高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)”。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類課程包括《工程制圖》、《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》及其課程設(shè)計(jì)等，是該專業(yè)主要的專業(yè)基礎(chǔ)課。本文根據(jù)專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和課程的特點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段方面進(jìn)行了探索，引入三維設(shè)計(jì)軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)中應(yīng)用，提高學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)適應(yīng)企業(yè)需要的應(yīng)用型人才。

一、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程傳統(tǒng)教學(xué)方法的弊端

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類課程主要研究機(jī)械中常用機(jī)構(gòu)和通用零件的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、基本設(shè)計(jì)原理和計(jì)算方法，是學(xué)習(xí)進(jìn)程上從理論性課程過(guò)渡到結(jié)合工程實(shí)際的設(shè)計(jì)性課程。本課程在教學(xué)方法和教學(xué)手段上常利用多媒體、教學(xué)模型和掛圖，再輔以教具在黑板上繪制結(jié)構(gòu)圖形。而多數(shù)學(xué)生沒(méi)有太多的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，且零部件設(shè)計(jì)都是二維圖設(shè)計(jì)，多以設(shè)計(jì)計(jì)算為主，因而學(xué)生學(xué)習(xí)感到比較枯燥，設(shè)計(jì)零部件時(shí)缺乏全面考慮，繪制工程圖錯(cuò)誤較多且自己很難查出問(wèn)題。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課教學(xué)實(shí)踐

隨著機(jī)械CAD技術(shù)的成熟，眾多三維設(shè)計(jì)軟件廣泛應(yīng)用于社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，極大地提高了設(shè)計(jì)、繪圖的質(zhì)量與效率。為此，高校的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程急需進(jìn)行教學(xué)體系改革，建立以三維設(shè)計(jì)為主線的機(jī)械設(shè)計(jì)模式。

1.整合教學(xué)內(nèi)容，制定教學(xué)計(jì)劃

要使學(xué)生具備較強(qiáng)的三維設(shè)計(jì)能力，根據(jù)本院教學(xué)條件和學(xué)生情況，必須整合課程的教學(xué)內(nèi)容、修改教學(xué)計(jì)劃、提高師資質(zhì)量，建立符合本院實(shí)際情況的應(yīng)用型機(jī)械類本科人才的培養(yǎng)體系。在學(xué)生接觸機(jī)械設(shè)計(jì)初期引入三維設(shè)計(jì)的概念，在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)各環(huán)節(jié)應(yīng)用，并在四年學(xué)習(xí)過(guò)程中，不斷地應(yīng)用，提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力。三維設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)體系如圖1所示。

圖1 三維設(shè)計(jì)能力培養(yǎng)體系

2.三維設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用于教學(xué)

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)類課程大多在低年級(jí)開(kāi)設(shè)，學(xué)生剛接觸機(jī)械專業(yè)知識(shí)，缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的一些零件及結(jié)構(gòu)不太了解，因此對(duì)教學(xué)內(nèi)容難以掌握。用SolidWorks軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法和手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

《工程制圖》課程難點(diǎn)和重點(diǎn)就是正確繪制工程圖，以往教學(xué)要用許多學(xué)時(shí)使學(xué)生掌握機(jī)件的投影關(guān)系，學(xué)生要有很強(qiáng)的空間想象力，而用SolidWorks軟件的零件模塊可以方便直觀地進(jìn)行零件的三維造型，在工程圖模塊中自動(dòng)生成二維工程圖，并隨三維模型的尺寸變化而變化，這樣能使教學(xué)的重點(diǎn)放到工程圖的表達(dá)和零件的技術(shù)要求標(biāo)注，提高繪圖質(zhì)量?！稒C(jī)械原理》主要講解各種常用機(jī)構(gòu)，運(yùn)用SolidWorks軟件的運(yùn)動(dòng)仿真功能，可以把各種復(fù)雜的機(jī)構(gòu)以三維的形式，通過(guò)形象、生動(dòng)、逼真的動(dòng)畫(huà)演示直觀地展示給學(xué)生；利用其參數(shù)化設(shè)計(jì)，將修改自動(dòng)反映到所有的相關(guān)對(duì)象。例如講解平面四連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，利用模型仿真不僅可以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是否滿足要求，同時(shí)還可以改變相應(yīng)的參數(shù)，或以不同的構(gòu)件為機(jī)架或調(diào)用不同長(zhǎng)度的連桿進(jìn)行裝配，讓學(xué)生參與設(shè)計(jì)并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)演示加以驗(yàn)證?！稒C(jī)械設(shè)計(jì)》中在講軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)軸上零件的定位和固定，可預(yù)先繪制出各類軸上零件固定件，利用SolidWorks軟件裝配模塊對(duì)軸系各個(gè)零件進(jìn)行裝配，演示如何進(jìn)行齒輪的周向和軸向固定，軸的支承與固定，軸承如何裝配如何調(diào)整間隙，各零件之間的相互位置關(guān)系、零件的裝拆順序及零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)注意的問(wèn)題等，使學(xué)生掌握軸結(jié)構(gòu)和軸上零件的固定結(jié)構(gòu)，改變了以往單純的教學(xué)方式，在課堂上真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)的互動(dòng)。

3.三維設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用于課程設(shè)計(jì)

齒輪減速器是最常見(jiàn)的一種典型傳動(dòng)裝置，由許多零件組成，如軸上傳動(dòng)零件、軸承、聯(lián)軸器、軸承蓋和箱體等。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的課程設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是根據(jù)減速器的主參數(shù)（如輸入功率與轉(zhuǎn)速、輸出功率與轉(zhuǎn)速等）對(duì)每個(gè)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、繪圖。首先根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，利用零件模塊繪制減速器各個(gè)零件的三維建模，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件和齒輪，可以利用Solidworks中的插件直接生成。利用裝配模塊對(duì)繪制好的零件進(jìn)行裝配，裝配過(guò)程中可以直觀地發(fā)現(xiàn)零件的尺寸是否有誤，各部分的結(jié)構(gòu)是否合理，各零件的固定是否準(zhǔn)確，裝配好的結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行干涉檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可適時(shí)修改零件模型，在裝配結(jié)構(gòu)中重新生成即可。裝配正確的裝配結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，檢查減速器的運(yùn)動(dòng)狀況，對(duì)重要的零件進(jìn)行受力分析等等。利用三維軟件設(shè)計(jì)，有限的在2周時(shí)間內(nèi)，使學(xué)生將重點(diǎn)放在減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，可以較全面地考慮整體結(jié)構(gòu)（包括油溝結(jié)構(gòu)，油杯的選擇等），使設(shè)計(jì)貼近實(shí)際的工程設(shè)計(jì)，掌握正確的工程設(shè)計(jì)基本理念，而不是把時(shí)間用在繪制圖紙上，從而提高機(jī)械設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力。

三、結(jié) 論

通過(guò)以三維設(shè)計(jì)為主線的機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)，使學(xué)生初步具有用三維設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品的能力。在后續(xù)的機(jī)械加工等專業(yè)課學(xué)習(xí)中，可以利用三維設(shè)計(jì)軟件的加工模塊生成NC程序進(jìn)行模擬或機(jī)床加工，可對(duì)三維軟件開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的全過(guò)程有較深刻的了解；在大學(xué)生課外創(chuàng)新設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)中可以靈活利用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，做到大學(xué)四年不間斷，提高學(xué)生的工程設(shè)計(jì)能力，適應(yīng)企業(yè)對(duì)人才的需求。

［1］ 曹巖，趙汝嘉.Solidworks2007基礎(chǔ)篇［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

［2］ 李蘇紅，等.三維CAD技術(shù)課程的教學(xué)研究與實(shí)踐［J］.高等理科教育，2005，（4）.