基于SolidWorks的機(jī)械制造工藝學(xué)教學(xué)三維模型庫的建設(shè)

李 菲，王 紅

（安陽工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，河南安陽455000）

機(jī)械制造工藝學(xué)是機(jī)械制造及其自動化專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，通過課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生熟悉機(jī)械加工工藝規(guī)程涉及的各項(xiàng)內(nèi)容及工藝規(guī)程的編制，了解影響機(jī)械加工精度與質(zhì)量的因素，了解機(jī)械產(chǎn)品零件有關(guān)的機(jī)械加工工藝性，掌握裝配尺寸鏈、工藝尺寸鏈的建立與換算，掌握工件定位與機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的基本原理[1]。機(jī)械制造工藝學(xué)的教學(xué)分為課堂教學(xué)、課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)三個部分[2]。課堂教學(xué)部分大多為理論教學(xué)，本課程的實(shí)踐性非常強(qiáng)，僅通過口頭描述很難達(dá)到良好的效果，必須進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，在實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)用的實(shí)際模型價(jià)格較高也不方便搬運(yùn)，而三維模型能彌補(bǔ)兩者的缺陷，很好地適合實(shí)踐教學(xué)。因此，建立實(shí)踐教學(xué)三維模型庫勢在必行。

1 機(jī)械制造工藝學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀

機(jī)械制造工藝學(xué)的研究對象是貫穿于零件加工和產(chǎn)品裝配兩個階段的機(jī)械產(chǎn)品制造工藝。其指導(dǎo)思想是在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)高生產(chǎn)效率和獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。課程的重點(diǎn)是機(jī)械制造工藝過程分析和研究，并最終落實(shí)在由機(jī)床、刀具、夾具和工件組成的工藝系統(tǒng)中。機(jī)械制造工藝學(xué)包含和涉及的范圍很廣，需要多門學(xué)科的支持，同時又和生產(chǎn)實(shí)際緊密聯(lián)系。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步尤其是信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)械制造工藝學(xué)課程增加了一些新知識、新技術(shù)和新觀點(diǎn)，高校服務(wù)于地方經(jīng)濟(jì)的使命也給課程教學(xué)提出了更高的要求。

目前，機(jī)械制造工藝學(xué)教授理論知識依舊是使用填鴨式的教學(xué)方法，該課程的教材中，大部分為理論內(nèi)容。學(xué)生在實(shí)踐課程中有一定的學(xué)習(xí)欲望，在傳統(tǒng)的課堂中沒有學(xué)習(xí)的積極性。在教學(xué)上，老師資源貧乏，學(xué)生對學(xué)習(xí)提不起興趣，機(jī)械制造工藝學(xué)課程內(nèi)容理論較深，老師使用的傳統(tǒng)教授方法單一，這些現(xiàn)狀使該課程無法達(dá)到好的教學(xué)效果，沒能更好地熟悉機(jī)械加工的工藝知識。

2 建立機(jī)械制造工藝學(xué)實(shí)踐教學(xué)三維模型庫的意義

機(jī)床夾具是機(jī)械制造工藝學(xué)實(shí)踐教學(xué)的重要組成部分，在課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中均占有很大比例[2]，該部分夾具結(jié)構(gòu)較多，在課堂教學(xué)中也較多應(yīng)用二維圖，學(xué)生很少接觸到生產(chǎn)中真實(shí)的夾具，這使學(xué)生對夾具很難有一個感性的認(rèn)識，在實(shí)踐教學(xué)中如果能彌補(bǔ)這些欠缺，就一定能達(dá)到較好的效果。隨著科技的進(jìn)步，三維造型技術(shù)已逐漸融入機(jī)械教學(xué)中，原本實(shí)際中看不到的夾具可以很生動的展示在屏幕上，這給我們的實(shí)踐教學(xué)帶來了很大的便利。在我們的實(shí)踐教學(xué)中，如果可以把這些夾具的三維模型都搬上去，既達(dá)到學(xué)習(xí)的目的，也不消耗任何的物理資源，真是一舉兩得。

機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)部分的不足在于缺少一些課題參考模型庫，學(xué)生在做課程設(shè)計(jì)的時候盡管掌握了一些理論知識，但還是不知道如何下手，如果能在設(shè)計(jì)之前見到一個真正的零件及其夾具就很容易有感性的認(rèn)識了，而目前沒有足夠的條件讓學(xué)生去工廠學(xué)習(xí)，所以，如果有這個三維模型庫在課程設(shè)計(jì)期間供學(xué)生參考，可以起到很好的示范作用，方便學(xué)生做課程設(shè)計(jì)。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上，很多高校已建立了機(jī)床夾具實(shí)驗(yàn)室，里面有一些夾具或模型，這些模型只能供學(xué)生觀摩，數(shù)量也很有限。如果能建立一些三維模型庫供學(xué)生拆裝，同時也增加了夾具的數(shù)量，相信實(shí)驗(yàn)效果是有目共睹的。這樣，實(shí)驗(yàn)室還可以分為真實(shí)和虛擬實(shí)驗(yàn)兩部分，使實(shí)驗(yàn)室設(shè)備水平更上一個臺階，能開設(shè)實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目也增多了。

3 建立機(jī)械制造工藝學(xué)教學(xué)三維模型庫需完成的具體內(nèi)容

首先，集中實(shí)踐教學(xué)及課件中所用到的機(jī)床夾具圖片，選擇種類齊全和結(jié)構(gòu)典型的夾具作為工作對象；然后，查閱工具書補(bǔ)齊圖片中缺少的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)，例如一些夾具的構(gòu)件沒有詳細(xì)尺寸，需要從工藝手冊上查詢；最后，對選定機(jī)床夾具進(jìn)行三維造型，完成基于SolidWorks的實(shí)踐教學(xué)三維模型庫的建設(shè)。

4 建立機(jī)械制造工藝學(xué)教學(xué)三維模型庫的實(shí)施計(jì)劃

第一步完成資料收集并制定詳細(xì)的人員的分工計(jì)劃。

第二步對SolidWorks軟件進(jìn)行安裝和系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。

第三步搜集足夠的夾具圖片并進(jìn)行挑選。

第四步完成圖片的查漏補(bǔ)遺工作，對其中缺失的數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)補(bǔ)充完整。

第五步應(yīng)用SolidWorks對這些夾具進(jìn)行三維造型，完成實(shí)踐教學(xué)三維模型庫。

第六步將三維模型庫應(yīng)用到教學(xué)中，修改不合理的部分。

5 基于SolidWorks 的機(jī)械制造工藝學(xué)實(shí)踐教學(xué)三維模型庫

用SolidWorks對教學(xué)中常用到的十余個典型夾具進(jìn)行三維造型，夾具三維模型是一個裝配體，由若干個零件組成，每一個零件均是獨(dú)立的文件，可以實(shí)現(xiàn)零件的拆卸和調(diào)換，必要時，可以單獨(dú)演示任一零件的結(jié)構(gòu)和尺寸。以鉆床夾具為例，圖1為鉆床夾具的裝配模型，圖2和圖3為主要零件模型。

6 機(jī)械制造工藝學(xué)實(shí)踐教學(xué)三維模型庫的應(yīng)用

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，很多高校都開夾具相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，可以應(yīng)用三維模型庫開設(shè)這樣的實(shí)驗(yàn)：

1）對已有的夾具讓學(xué)生分組進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，找出夾具的定位元件、夾緊裝置、刀具導(dǎo)向裝置、連接元件、夾具體和其他元件，結(jié)合三維模型來說出各個構(gòu)件的作用及整個夾具的工作原理，并對夾具進(jìn)行自由度分析和定位誤差計(jì)算。通過這些生動的三維模型，使學(xué)生幾乎應(yīng)用了夾具設(shè)計(jì)部分的所有知識點(diǎn)，對知識進(jìn)行了強(qiáng)化訓(xùn)練。

2）組裝一個新夾具，先提出夾具的具體要求，讓學(xué)生根據(jù)要求在三維模型庫中選出一些元件，完成夾具組裝。在這個過程中，學(xué)生既對理論知識有了認(rèn)識，也鍛煉了自己的動手能力。

在課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，可以抽取一些模型庫中的零件作為設(shè)計(jì)題目，學(xué)生完成設(shè)計(jì)后還可與模型庫中的夾具進(jìn)行對比，找出自己設(shè)計(jì)的不足和優(yōu)勢。也可以讓學(xué)生在課程設(shè)計(jì)之前先觀摩一些三維模型，避免了學(xué)生課程設(shè)計(jì)無從下手的現(xiàn)象。

7 結(jié)論

基于SolidWorks 的機(jī)械制造工藝學(xué)實(shí)踐教學(xué)三維模型庫是結(jié)合現(xiàn)代造型技術(shù)與教學(xué)理論的產(chǎn)物，是現(xiàn)代教學(xué)發(fā)展的必然方向。建立一個系統(tǒng)的與理論教學(xué)結(jié)合良好的實(shí)踐教學(xué)三維模型庫，包含可以用在課程設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中的三維模型，至少可以為教學(xué)提供豐富的素材，在不斷的實(shí)踐和完善過程中，相信也一定能促進(jìn)專業(yè)教學(xué)水平的提高。

[1]王先逵.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].2 版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[2]李菲.機(jī)械制造工藝學(xué)教學(xué)手段多樣化的探討[J].中國教育技術(shù)裝備，2010（15）.