基于三維軟件Solidworks的機(jī)械專業(yè)課課程設(shè)計

章小紅

摘 要： 將三維軟件Solidworks引入機(jī)械專業(yè)課課程設(shè)計中，利用三維軟件的造型和出二維工程圖功能，在教學(xué)過程中，首先用三維軟件演示整個設(shè)計過程，讓學(xué)生對設(shè)計步驟了解更深刻。其次，在設(shè)計過程中，學(xué)生先用三維進(jìn)行方案設(shè)計，再通過SolidWorks軟件的出圖功能，轉(zhuǎn)成二維工程圖，再到CAD中進(jìn)行修改。

關(guān)鍵詞： Solidworks 課程設(shè)計 工程圖

1.概述

課程設(shè)計是非常重要的教學(xué)實踐環(huán)節(jié)，通過課程設(shè)計的鍛煉，學(xué)生可以綜合運用專業(yè)課知識。通過課程設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和工程意識，是啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維、開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新潛能的重要手段，并為以后專業(yè)課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計奠定基礎(chǔ)，在教學(xué)計劃中具有承上啟下的作用[1]。

根據(jù)學(xué)校機(jī)械專業(yè)的培養(yǎng)方案，可將專業(yè)課課程設(shè)計分為機(jī)械類課程設(shè)計和電類課程設(shè)計，機(jī)械類包括：機(jī)械原理課程設(shè)計，機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計，夾具設(shè)計課程設(shè)計等；電類的包括：PLC原理與應(yīng)用課程設(shè)計，控制工程基礎(chǔ)課程設(shè)計等。然而，對于機(jī)械類課程設(shè)計來講，主要是對機(jī)構(gòu)的原理設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝卡片設(shè)計等。然而不管是哪一個機(jī)械類的課程設(shè)計，都離不開三維模型的建立。本文主要針對機(jī)械類課程設(shè)計中的三維軟件的應(yīng)用做探討和研究。

2.目前課程設(shè)計中存在的問題

目前幾個機(jī)械類課程設(shè)計都還是在采用傳統(tǒng)手工繪圖或者二維CAD繪圖的方式進(jìn)行設(shè)計[2]，老師在前期講解的時候，也是用一些已經(jīng)做好的設(shè)計的動畫和基本原理講解的方式給學(xué)生講解。具體問題如下：

（1）《機(jī)械原理課程設(shè)計》基本都是采用手工原理圖的形式進(jìn)行設(shè)計，學(xué)生從手冊或課本中了解每種機(jī)構(gòu)的工作原理，然后根據(jù)老師布置的課題要求進(jìn)行原理設(shè)計，通過手工繪圖方式，繪出機(jī)構(gòu)原理圖。

（2）對于《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》來講，我們的題目還是使用傳統(tǒng)課題，設(shè)計一級或者二級減速器。設(shè)計步驟基本跟傳統(tǒng)設(shè)計步驟一樣，學(xué)生先觀察實際減速器模型的結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行拆裝，詳細(xì)了解減速器的結(jié)構(gòu)。在了解了減速器結(jié)構(gòu)后，學(xué)生再一步步進(jìn)行軸的設(shè)計、齒輪設(shè)計、軸肩、箱體等零件的設(shè)計。這種設(shè)計步驟看似非常合理，但是學(xué)生是觀察成品減速器，很難理解每個零件在整個產(chǎn)品中的作用。如果能將減速器是如何設(shè)計出來的，讓學(xué)生直接參與設(shè)計過程中，學(xué)生就會更有興趣，理解更容易。

（3）《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》是已知產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行設(shè)計，然而《夾具設(shè)計課程設(shè)計》只知道功能和設(shè)計要求，需要學(xué)生將所學(xué)《夾具設(shè)計》知識進(jìn)行綜合運用，設(shè)計一套完整的夾具。傳統(tǒng)設(shè)計步驟是學(xué)生通過實習(xí)，參觀實際的夾具結(jié)構(gòu)，然后老師給出跟參觀相似的課題，學(xué)生進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計過程中，主要采用手工或者二維CAD軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

以上幾種設(shè)計都采用二維設(shè)計，學(xué)生直觀上不便于掌握和理解。而且二維設(shè)計的后期修改工作非常繁瑣。

3.三維軟件Solidworks在課程設(shè)計中的應(yīng)用

（1）三維造型技術(shù)的優(yōu)點

三維設(shè)計是新一代數(shù)字化、虛擬化、智能化設(shè)計平臺的基礎(chǔ)。它是建立在平面和二維設(shè)計的基礎(chǔ)上，讓設(shè)計目標(biāo)更立體化、更形象化的一種新興設(shè)計方法。三維CAD系統(tǒng)有較好的造型工具，能應(yīng)用“自頂向下”和“自底向上”等設(shè)計方法，實現(xiàn)裝配等復(fù)雜設(shè)計的難度遠(yuǎn)比用二維圖形系統(tǒng)增加得快。

（2）三維軟件Solidworks在課程設(shè)計中的應(yīng)用實例

為了適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)4.0人才培養(yǎng)需要，學(xué)生應(yīng)該首先能使用現(xiàn)代化技術(shù)手段進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，然后具備能出一套標(biāo)準(zhǔn)的符合機(jī)械設(shè)計規(guī)范的工程圖的能力。學(xué)生需要掌握至少一款三維軟件的使用，并能熟練使用三維軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計和出工程圖。然而，將三維軟件應(yīng)用于課程設(shè)計中，一方面使學(xué)生充分理解所做課題的具體情況，另一方面學(xué)生的三維設(shè)計過程是對軟件使用的鍛煉。

2014年在修訂機(jī)械設(shè)計制造及自動化培養(yǎng)方案中，考慮到三維軟件在機(jī)械專業(yè)課中的重要地位，將三維軟件課程設(shè)置在第三學(xué)期，也就是在所有課程設(shè)計開設(shè)之前就已經(jīng)開設(shè)了三維軟件課程。

下面以Solidworks軟件在《夾具設(shè)計課程設(shè)計》中的使用為例，在基本確定定位元件和夾緊機(jī)構(gòu)以后，結(jié)構(gòu)設(shè)計步驟如下：

（1）夾具的三維結(jié)構(gòu)設(shè)計

夾具由定位元件、夾緊機(jī)構(gòu)和夾具體等一些輔助元件組成。Solidworks在裝配體設(shè)計中有一種自上而下的設(shè)計方法，這種方法可以在設(shè)計過程中，一邊設(shè)計一邊建模。只需要畫好第一個基礎(chǔ)零件，其他零件可以根據(jù)需要直接在裝配體中建模，可以非常方便地確定設(shè)計的零件的位置和大小。本實例就是采用這種自上而下的方式進(jìn)行裝配體的設(shè)計?，F(xiàn)將撥叉零件鉆孔專用夾具體三維結(jié)構(gòu)設(shè)計出來，然后設(shè)計心軸并將被加工零件撥叉裝配進(jìn)來，依此方法，將需要的零件都一一設(shè)計出來，最后成為一個完整的夾具。

老師在講解完理論知識以后，再以一個實例為例，一邊設(shè)計一邊繪圖，這樣學(xué)生對整個設(shè)計步驟就非常清楚，也容易理解。

（2）由三維結(jié)構(gòu)圖出工程圖

對于機(jī)械專業(yè)學(xué)生來講，出一套標(biāo)準(zhǔn)的工程圖是最基本的要求。很多學(xué)生做設(shè)計時更重視方案設(shè)計，不重視出圖。而且課程設(shè)計老師進(jìn)行課程設(shè)計指導(dǎo)時，主要對學(xué)生的設(shè)計方案進(jìn)行指導(dǎo)。然而，課程設(shè)計一方面是對專業(yè)課知識的綜合運用，設(shè)計正確的方案，另一方面是對學(xué)生出圖能力的加強(qiáng)和鍛煉。

三維Solidworks軟件具備零件和裝配體出工程圖的功能，學(xué)生可以利用Solidworks軟件進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)設(shè)計，在結(jié)構(gòu)設(shè)計方案最終確定以后，先用Solidworks軟件輸出工程圖，再到CAD中進(jìn)行修改。

4.總結(jié)和展望

課程設(shè)計是使學(xué)生具備綜合運用專業(yè)知識能力，學(xué)生通過課程設(shè)計，了解實際產(chǎn)品的設(shè)計過程，達(dá)到理論聯(lián)系實際的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李可楨，程光蘊，李仲生.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)（第五版）.高等教育出版社，2011.

[2]李喜秋.三維設(shè)計軟件在機(jī)械設(shè)計《課程設(shè)計》教學(xué)中的應(yīng)用.圖學(xué)學(xué)報，2013.

[3]孫麗媛.機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010.