Solidworks在“機(jī)械制圖”裝配圖教學(xué)中的應(yīng)用研究

余志偉

(江漢大學(xué)智能制造學(xué)院，湖北 武漢 430056)

0 引言

“機(jī)械制圖”是探討繪制機(jī)械圖樣的理論、方法和技術(shù)的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課[1]。本課程從點(diǎn)、線、面的空間投影規(guī)律入手，逐步拓展至三維實(shí)體的空間投影，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力、構(gòu)型思維能力和抽象思維能力，并初步形成分析工程問(wèn)題的基本思維方法和解決實(shí)際問(wèn)題的基本能力。

在傳統(tǒng)的教學(xué)方法中，講授裝配圖的繪制與識(shí)讀知識(shí)時(shí)，主要是通過(guò)PPT里的圖片、視頻和模型來(lái)講解知識(shí)點(diǎn)。由于裝配圖內(nèi)容復(fù)雜，一般圖紙尺寸大，圖線密集，限于投影儀的分辨率和投影幅面的限制，難以清楚地展示其中的細(xì)節(jié)問(wèn)題。而視頻都是提前錄制好的，只能按照固定的順序播放，當(dāng)學(xué)生提出不同的想法時(shí)，就無(wú)法根據(jù)需要及時(shí)作出調(diào)整。由于裝配體一般比較復(fù)雜，實(shí)物模型一般為金屬制造，成本高，重量大，移動(dòng)展示不方便。而且由于教室空間的限制，前排的學(xué)生看得清楚，后面得學(xué)生看不清楚。同樣也無(wú)法根據(jù)實(shí)際需要來(lái)做臨時(shí)修改，因此使裝配圖的講堂教學(xué)過(guò)程變得比較單一、枯燥和難以對(duì)實(shí)時(shí)變化作出及時(shí)反饋，無(wú)法生動(dòng)、直觀和靈活地表達(dá)需要講解的內(nèi)容，因而需要尋找一種更加有效的教學(xué)方法，解決以上問(wèn)題。

1 Solidworks軟件簡(jiǎn)介

Solidworks軟件是法國(guó)達(dá)索公司的一款基于Windows操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的三維CAD集成設(shè)計(jì)軟件。該軟件以參數(shù)化特征造型為基礎(chǔ)，具有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用以及創(chuàng)新性等特點(diǎn)，能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案，減少設(shè)計(jì)工作中的錯(cuò)誤，幫助廣大的工程設(shè)計(jì)人員極大地提高設(shè)計(jì)效率[2]。

在零件模塊中利用曲面或者實(shí)體方式，完成零件的三維建模。然后在裝配模塊中進(jìn)行調(diào)用，再進(jìn)行虛擬裝配，最后形成裝配體。裝配模塊中的爆炸視圖，可以沿著機(jī)器的裝配干線分解各個(gè)零件，從而能夠直觀地表示出各零件間的相對(duì)位置和裝配關(guān)系。由于以上功能特點(diǎn)，將Solidworks軟件應(yīng)用到“機(jī)械制圖”裝配圖教學(xué)當(dāng)中，主要具備了以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)[3]：

1.1 軟件使用界面簡(jiǎn)潔、友好，操作簡(jiǎn)單

能夠讓使用者快速掌握軟件的基本操作方法，降低使用難度，提高使用效率，適合在課堂上教學(xué)過(guò)程中根據(jù)學(xué)生提出的問(wèn)題快速做出反應(yīng)，具有實(shí)時(shí)建模和反映靈活的優(yōu)勢(shì)。

1.2 三維建模功能強(qiáng)大、高效

Solidworks軟件采用的是基于特征的三維建模方式，零件的造型通過(guò)不同的特征一步步表達(dá)出來(lái)。通過(guò)Solidworks軟件自帶的繪制草圖、拉伸、旋轉(zhuǎn)、抽殼等命令[4]，建立零件的實(shí)體模型，建模過(guò)程清晰、簡(jiǎn)潔。當(dāng)零件的尺寸或者結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時(shí)，只需要通過(guò)修改零件的草圖，即可實(shí)時(shí)生成新的立體，非常方便高效。還可以對(duì)三維模型賦予密度、質(zhì)量等屬性，還可以添加各種材質(zhì)，渲染出不同的效果圖，使模型看上去更加形象和真實(shí)。

1.3 二維繪圖能力快捷、實(shí)用

Solidworks軟件自帶工程圖模塊，通過(guò)三維模型直接生成其二維圖形。可以根據(jù)零件的種類不同，生成不同的視圖表達(dá)方案。比如生成三視圖、剖視圖、斷面圖和軸測(cè)圖等，還可以對(duì)生成的視圖進(jìn)行編輯、標(biāo)注尺寸等操作。

2 Solidworks軟件在裝配圖教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

裝配圖是表達(dá)機(jī)器或部件整體結(jié)構(gòu)的一種圖樣。主要內(nèi)容包括一組圖形、尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求、標(biāo)題欄和明細(xì)欄。在教學(xué)工作中，重點(diǎn)和難點(diǎn)有兩個(gè)地方。一個(gè)是讀裝配圖分析裝配過(guò)程和工作原理。另一個(gè)是讀裝配圖拆畫(huà)零件圖。傳統(tǒng)教學(xué)中，在這2個(gè)地方花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，而教學(xué)效果卻差強(qiáng)人意。下面分別從這兩方面舉例，分析說(shuō)明如何結(jié)合SolidWorks的三維建模和虛擬裝配功能，解決其中存在的問(wèn)題。

讀裝配圖分析裝配過(guò)程和工作原理是裝配圖教學(xué)過(guò)程中很重要的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)候感覺(jué)比較困難的地方。裝配體的教學(xué)模型一般由金屬制造，成本高，重量大。為了教師攜帶方便，都會(huì)做得比較小。在教室里演示的時(shí)候，不利于后面學(xué)生的觀察。除此以外，裝配體模型還有一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，就是小零件比較容易丟失。常常是用了一段時(shí)間以后，部分機(jī)器由于小零件的丟失變得殘缺不全，重新購(gòu)買也會(huì)增加不少的教學(xué)成本。

我們利用Solidworks軟件的三維建模和虛擬裝配功能，就能很好地解決這些問(wèn)題。在Solidworks軟件中，教師可以對(duì)教學(xué)模型進(jìn)行三維建模和虛擬裝配。在講課的時(shí)候，教師可以在軟件中對(duì)裝配體的細(xì)節(jié)部分進(jìn)行實(shí)時(shí)放大，方便學(xué)生觀察每一處細(xì)節(jié)。在講解裝配體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的時(shí)候，可以利用Solidworks的剖切、顯示和隱藏零件等功能，將裝配體按照講解的需要進(jìn)行相應(yīng)的剖切，對(duì)于某些零件進(jìn)行隱藏或者顯示，這樣更方便、直觀地讓學(xué)生觀察裝配體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解零件之間的相關(guān)位置、連接方式和裝配關(guān)系，了解其工作原理，使教學(xué)過(guò)程變得更加直觀、形象和高效。

下面以虎鉗為例，展示Solidworks在裝配圖教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用?；Q的3D裝配圖和爆炸圖如圖1和圖2所示。在軟件中，教師可以任意角度旋轉(zhuǎn)模型，方便學(xué)生從各種角度觀察。

圖1 虎鉗3D裝配圖

圖2是虎鉗的爆炸圖，方便學(xué)生觀察零件之間的相對(duì)位置、連接方式和裝配關(guān)系，了解其工作原理。

圖2 虎鉗爆炸圖

讀懂了裝配圖的裝配過(guò)程和工作原理以后，就要開(kāi)始學(xué)習(xí)讀裝配圖拆畫(huà)零件圖了。拆畫(huà)零件圖的時(shí)候，需要學(xué)生根據(jù)裝配圖中零件的投影，來(lái)想象零件的空間形狀?；Q由11種零件裝配而成，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。在投影的過(guò)程中，零件的投影難免有重疊和遮擋的情況出現(xiàn)，要想象出零件的空間結(jié)構(gòu)和形狀是比較困難的。

利用Solidworks軟件強(qiáng)大的建模功能，先將裝配圖中的零件進(jìn)行三維建模。上課的時(shí)候，教師對(duì)零件進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)和實(shí)時(shí)放大，方便學(xué)生觀察零件的空間形狀和細(xì)節(jié)。還可以將模型按照6個(gè)基本視圖和軸測(cè)圖方向進(jìn)行擺放，方便學(xué)生從空間不同視角來(lái)觀察零件的投影，建立空間和平面之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的空間感。對(duì)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件，根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇全剖、半剖、局部剖等剖切方式，方便學(xué)生觀察零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。建好零件的三維模型以后，教學(xué)過(guò)程中還可以根據(jù)學(xué)生的想法，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，改變零件的形狀和結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)生成新的立體，豐富教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的空間構(gòu)型能力。部分主要零件三維建模如圖3、圖4所示。

圖3 方螺母

圖4 螺桿

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐表明，將Solidworks的三維建模和虛擬裝配技術(shù)應(yīng)用到“機(jī)械制圖”裝配圖課堂教學(xué)過(guò)程中，使得原來(lái)比較抽象、難講的理論知識(shí)變得生動(dòng)、直觀，提高了課堂教學(xué)效率，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)難度。在促進(jìn)師生互動(dòng)交流的同時(shí)，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，并為后續(xù)的專業(yè)課程學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。