萬志華

【摘 要】闡述了運(yùn)用Solidworks三維軟件解決機(jī)械制圖教學(xué)中的難點(diǎn)問題。實(shí)踐證明，利用Solidworks三維造型技術(shù)輔助機(jī)械制圖教學(xué)，能有效地降低教學(xué)難度，提高學(xué)生的空間思維能力，使教學(xué)過程變得直觀生動(dòng)，取得了較好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】Solidworks；機(jī)械制圖；空間思維能力

Application of Solidworks software in Mechanical Drawing Teaching

WAN Zhi-hua

（Wuhan Polytechnic University， Wuhan Hubei 430023， China）

【Abstract】This paper expounds the difficulties in the teaching of mechanical drawing by using Solidworks software. The practice proves that the teaching of mechanical drawing with Solidworks 3D modeling technology can effectively reduce the difficulty of teaching， improve students' ability of space thinking， make the teaching process more intuitive and vivid， and achieve better teaching effect.

【Key words】Solidworks； Mechanical Drawing； Space thinking ability

0 前言

《機(jī)械制圖》是高等學(xué)校理工科學(xué)生必須掌握的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，多數(shù)高校都是在第一個(gè)學(xué)期就開設(shè)這門課程，其主要任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生繪制和閱讀各類工程圖樣的能力。[1]剛剛進(jìn)入高校的學(xué)生，大都空間思維能力較弱，同時(shí)缺乏生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教學(xué)模式，一般采用實(shí)物模型、掛圖、幻燈片等輔助教學(xué)用具來幫助學(xué)生理解圖形，這些方式繁瑣、費(fèi)時(shí)，實(shí)踐表明其效果也不佳。尤其講解求截交線、相貫線以及復(fù)雜組合體投影時(shí)，傳統(tǒng)的教學(xué)手段往往讓學(xué)生很難理解教學(xué)內(nèi)容。最近的教學(xué)實(shí)踐表明，借助一些三維軟件的實(shí)體造型功能，通過對(duì)機(jī)械零件的實(shí)體模型演示，將抽象、靜止的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成形象、生動(dòng)的立體模型圖，采用先三維、后二維、再三維的模式進(jìn)行教學(xué)，可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，收到了較好的教學(xué)效果。

1 Solidworks在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用

1.1 Solidworks三維軟件的功能和特點(diǎn)

Solidworks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢(shì)，成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的軟件之一。Solidworks基于特征進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，能用數(shù)值參數(shù)和幾何約束來控制三維幾何體建模過程，生成三維零件和裝配模型；再根據(jù)工程實(shí)際需要直接生成二維工程圖和各種標(biāo)注，完成零件工程圖和裝配工程圖。[2]Solidworks三維設(shè)計(jì)中包括了產(chǎn)品完整的幾何結(jié)構(gòu)，可以從三維模式中產(chǎn)生其他各種視圖，除基本標(biāo)準(zhǔn)的三視圖外，還可生成軸測(cè)圖、向視圖、各種剖視圖、局部視圖等，如圖1所示。由于Solidworks系統(tǒng)中三維和二維的相關(guān)性，在不同的設(shè)計(jì)環(huán)境中模型都是相互關(guān)聯(lián)的，可以在三維、二維或其他設(shè)計(jì)環(huán)境中直接修改模型的尺寸和結(jié)構(gòu)，其他的模型就可以自動(dòng)更新。三維二維的相關(guān)性可動(dòng)生成二維尺寸，并可以靈活調(diào)整尺寸的種類和位置。

圖1 Solidworks建立立體模型并生成工程圖

Solidworks三維軟件具有直觀快捷的特點(diǎn)，在機(jī)械制圖教學(xué)中應(yīng)用該軟件能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率，下面運(yùn)用幾個(gè)實(shí)例討論一下Solidworks三維軟件在制圖教學(xué)中應(yīng)用，選用的實(shí)例為機(jī)械制圖的部分重點(diǎn)及難點(diǎn)。

1.2 Solidworks三維軟件在求解截交線時(shí)的應(yīng)用

如圖2所示，頂尖被水平面P和正垂面Q切割，完成其俯視圖。[3]

圖2 求頂尖的俯視圖

傳統(tǒng)的教學(xué)模式為：（1）展示頂尖模型；（2）分析截切面的位置及截交線的形狀；（3）畫出完整的俯視圖；（4）利用積聚性求一些特殊點(diǎn)；（5）利用緯線圓求一般點(diǎn)；（6）光滑連接并整理加粗。其求解過程如圖3所示。

圖3 利用求特殊點(diǎn)和一般點(diǎn)的方法求截交線

利用Solidworks三維軟件輔助教學(xué)的過程如下：（1）建立頂尖三維模型；（2）旋轉(zhuǎn)模型讓學(xué)生觀察截交線的形狀；（3）直接生成二維工程圖；（4）參照生成的三視圖完成俯視圖。其求解過程如圖4所示。

圖4 利用Solidworks三維軟件求截交線

比較兩種教學(xué)模式，可以發(fā)現(xiàn)，利用Solidworks三維軟件進(jìn)行輔助教學(xué)，可以讓學(xué)生建立平面與立體之間的雙向思維，更好地培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力。

1.3 Solidworks三維軟件在求復(fù)雜組合體三視圖時(shí)的應(yīng)用

如圖5所示，根據(jù)組合體的主、俯視圖，繪制其左視圖。

圖5 求組合體的左視圖

這種練習(xí)的難點(diǎn)在于，學(xué)生需要在沒有立體圖的情況下進(jìn)行形體分析。如果學(xué)生的空間思維能力較弱，那么想象起來就會(huì)比較困難。傳統(tǒng)教學(xué)模式采用的教學(xué)步驟為：（1）通過形體分析法將組合體分割成幾個(gè)基本部分；（2）利用三等關(guān)系將基本部分的主俯投影找到；（3）想象基本部分的立體形狀，補(bǔ)全每個(gè)基本部分的左視圖；（4）將各基本部分綜合到一起，形成組合體的左視圖。這種模式的缺點(diǎn)在于自始至終沒有立體模型，學(xué)生必須憑空想象，造成的結(jié)果是，學(xué)生最后畫出的左視圖部分不完整或有錯(cuò)誤。

利用Solidworks三維軟件輔助教學(xué)就可以有效的解決這個(gè)問題，其過程如下：（1）找到每個(gè)基本部分的投影；（2）對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行立體建模；（3）綜合得到組合體的立體模型；（4）旋轉(zhuǎn)模型，讓學(xué)生直觀地看到組合體的形成過程；（5）直接生成組合體的三視圖；（6）繪制左視圖。這種模式很好地解決了學(xué)生想象立體困難的問題，生動(dòng)直觀地進(jìn)行形體分析，降低了解題難度。其求解過程如圖6所示。

圖6 利用Solidworks三維軟件求組合體的三視圖

2 結(jié)論

實(shí)踐表明，在機(jī)械制圖教學(xué)中利用Solidworks三維軟件能將難點(diǎn)、重點(diǎn)內(nèi)容或者口頭很難表達(dá)清楚的內(nèi)容，以直觀、生動(dòng)的形式展示在學(xué)生面前，從而提高教學(xué)質(zhì)量。面向三維技術(shù)的機(jī)械制圖教學(xué)模式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力、圖形表達(dá)能力和機(jī)械工程的素養(yǎng)，以適應(yīng)當(dāng)前科技、社會(huì)發(fā)展和知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代人才培養(yǎng)的需要。[4]

【參考文獻(xiàn)】

[1]李媛，易素君，廖士禮.Auto CAD三維功能在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用[J].廣東交通指職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，5（1）：103-105.

[2]李啟炎.Solidworks三維設(shè)計(jì)教程[M].同濟(jì)大學(xué)出版社，2005.

[3]吳志軍.機(jī)械制圖[M].西北工業(yè)大學(xué)出版社，2015.

[4]王鶯，施高萍.三維CAD 技術(shù)在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用[J].浙江水利水電專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2009，21（1）：88-90.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]