于曉丹，姚芳萍，陳鴻飛

機(jī)械制圖實(shí)踐性教學(xué)改革的新模式

于曉丹，姚芳萍，陳鴻飛

(遼寧工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 錦州 121001)

機(jī)械制圖課程實(shí)踐性教學(xué)，是把傳統(tǒng)的理論教學(xué)與實(shí)踐相結(jié)合，它充分利用三維造型軟件形象逼真的特點(diǎn)，建立電子模型庫，同時(shí)引入實(shí)體模型，直接繪制三視圖，并從實(shí)際出發(fā)，測繪零部件，形成完整的零件圖，從而能快速培養(yǎng)學(xué)生的空間想象力，有效地提高學(xué)生繪圖、讀圖的綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力。

機(jī)械制圖；立體模型；零件；實(shí)踐性

機(jī)械制圖是工科院校開設(shè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，需要學(xué)生有豐富的空間想象力、邏輯思維能力和創(chuàng)新能力，也是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。它直接為設(shè)計(jì)和生產(chǎn)服務(wù)。傳統(tǒng)的機(jī)械制圖教學(xué)主要以授課為主，采用黑板，借助模型授課，信息量小效率低，直觀性弱，無法提高學(xué)生的思維能力與繪圖效率。這種傳統(tǒng)教學(xué)模式不能滿足高標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)學(xué)生的要求，存在著許多問題與缺陷。隨著對高素質(zhì)、高能力、高技術(shù)人才培養(yǎng)的需求，在授課方面，增加了多種形式的實(shí)踐性教學(xué)創(chuàng)新環(huán)節(jié)，進(jìn)行了大膽的嘗試，把理論課的知識穿插于實(shí)踐，并在實(shí)踐中得到應(yīng)用，已成為一種新的教學(xué)模式。

一、繪制實(shí)物模型

根據(jù)教學(xué)需要，把習(xí)題中的模型和教材中的模型，做成學(xué)生看得見摸得著的實(shí)物模型，然后把各種模型分成平面立體、曲面立體、組合體等。模型材質(zhì)可以是金屬，也可以是硬質(zhì)塑料。再把這些模型按照不同分類，發(fā)放到學(xué)生手中。學(xué)生拿到模型以后，非常開心，反復(fù)觀察，認(rèn)真研究，根據(jù)理論課學(xué)到的知識，對照模型，畫出立體相交的相貫線和立體被截切后形成的截交線。組合體部分，是學(xué)生以后學(xué)習(xí)零件圖和裝配圖的重要過渡階段，直接影響零件圖和裝配圖的讀圖和畫圖能力。

圖1是兩個(gè)圓柱體垂直相交，交線即相貫線，可以用重影性法，也可以用輔助平面法繪制[1]。具體畫法是要在兩個(gè)立體表面上先取公共點(diǎn)，做出公共點(diǎn)的三個(gè)投影，再把各點(diǎn)的同面投影連線，就形成圖1所示的相貫線。

圖1 立體相貫線

圖2是四棱柱被一個(gè)正垂面和一個(gè)側(cè)平面截切，該交線即截交線，必須用重影性法作出。

圖2 立體截交線

從圖2中可以看出，四棱柱的四個(gè)側(cè)棱面均為鉛垂面，其水平投影分別重影為直線，截交線的水平投影也重影在線上。截四棱柱的兩個(gè)平面分別是正垂面和側(cè)平面，它們的正面投影，各重影為一條線，截交線的正面投影與這兩條線重合。由此可知，截交線上的點(diǎn)，既在截平面上，又在四棱柱立體表面上，其上的點(diǎn)是共有點(diǎn)，截交線是二者的公有線。利用在四棱柱表面取點(diǎn)的方法，做出截交線的投影，再把截平面之間交線的投影畫出即可。

圖3是一個(gè)組合體，要求由主、左視圖，補(bǔ)畫俯視圖。這道題需要學(xué)生有豐富的空間想象力，才能想象出空間形狀。該立體前后面各切除一槽口，這兩個(gè)槽口與立體形成多個(gè)交線，有的交線是可見的，有的交線被立體遮住，俯視圖上是看不見的。如果在課堂上，讓學(xué)生完成這道題，絕大多數(shù)同學(xué)容易畫錯(cuò)。有了實(shí)物模型以后，學(xué)生們不僅可以看到切口形成的交線，還可以看到截切后，各立體表面發(fā)生的變化。把實(shí)物模型分別向三個(gè)投影面作投影，就可以畫出主視圖、左視圖和俯視圖，便于學(xué)生掌握組合體被切割，形成交線的作圖方法，同時(shí)加深學(xué)生了解畫組合體視圖所用的形體分析法和線面分析法。形體分析法就是假想把組合體分成若干個(gè)簡單的基本形體，然后按其組合方式畫到一起，形成視圖。線面分析法是分析組合體中各條線和面所在的位置，從而了解各交線的投影，達(dá)到看懂圖或者畫三視圖的目的。

圖3 組合體交線

實(shí)物模型繪圖形象直觀，學(xué)生們可以開動(dòng)腦筋，選用不同的方法來繪制交線，把二維繪圖形和三維立體模型聯(lián)系起來，促使他們的空間想象力和繪圖能力得到迅速提高。

二、建立電子模型庫

SolidWorks是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)軟件，用SolidWorks針對學(xué)生作業(yè)和教材中的習(xí)題，制作立體模型，再用eDrawings軟件，制作可控的動(dòng)畫播放，對學(xué)生的學(xué)習(xí)發(fā)揮了重要的作用。

模型庫里有機(jī)械制圖涉及到的立體、組合體、標(biāo)準(zhǔn)件和常用件以及零件圖和裝配圖等所有部分的三維模型。針對不同模型，該軟件可以連續(xù)播放動(dòng)畫，可以對零件生成不同的視圖。學(xué)生對模型可以平移、旋轉(zhuǎn)、剖切、放大、分解等操作，尤其是機(jī)械制圖表達(dá)方法中的剖視圖部分，由于零件是完整的，學(xué)生對零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)看不到，此時(shí)用eDrawings軟件特有的剖切功能，就可以按照自己想要的方式把零件剖開，展示不同方位的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讓內(nèi)部結(jié)構(gòu)外部化，所有問題就迎刃而解了。

圖4(a)模型是一個(gè)前后對稱件，直接畫主視圖，會出現(xiàn)許多虛線，如圖4(c)[2,3]。機(jī)械制圖表達(dá)方法中，要求虛線越少越好。為了消除虛線，必須將機(jī)件沿著前后對稱面剖開，把前部分拿走，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)展示出來，見圖4(b)。這樣就能看到里面的兩個(gè)孔是通孔，中間挖槽的深度，也一目了然。把剖切平面后的結(jié)構(gòu)留下，再向正投影面作投影，如圖4(d)，畫出的主視圖，就沒有虛線了。此時(shí)要在主視圖中，畫剖視圖規(guī)定的符號——剖面線。

圖4 剖開模型

機(jī)械制圖最終的目的，是繪制零件圖和裝配圖，這兩部分對于學(xué)生來說都是非常難畫的圖形，尤其是裝配圖部分。學(xué)生對機(jī)器的結(jié)構(gòu)、工作原理、傳動(dòng)路線和裝拆順序不夠了解。電子模型庫中有減速箱、機(jī)油泵、洗刀頭、回油閥、機(jī)用平口虎鉗等模型，對每個(gè)模型，系統(tǒng)都可以自動(dòng)運(yùn)行，模擬仿真其工作原理和傳動(dòng)路線，并能展示其裝配關(guān)系，甚至可以把各零件進(jìn)行分解。

圖5(a)是機(jī)用平口虎鉗，鉗身安裝在機(jī)床的工作臺上，起固定作用。功能是用于夾緊工件，以便進(jìn)行切削加工。為了了解其工作原理和傳動(dòng)路線，用電子模型庫中的播放功能，可以看出：用扳手轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿，帶動(dòng)螺母左右移動(dòng)。因?yàn)槁菪€有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)：沿軸線轉(zhuǎn)動(dòng)和軸向移動(dòng)，螺桿被軸向固定，所以只能轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)螺母左右移動(dòng)時(shí)，螺母帶著螺釘（自制螺釘）、固定鉗身、鉗口板做左右移動(dòng)，開口處被打開或者關(guān)閉，就能夾緊或松開工件。用電子模型庫中的分解功能，可以把各零件分解出來，見圖5(b)，每個(gè)零件的結(jié)構(gòu)和外形一目了然。如此，我們可以對每個(gè)零件，具有清晰地了解，還可以對其工作過程、拆裝過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，自動(dòng)運(yùn)行，達(dá)到形象逼真的效果。

圖5 機(jī)用平口虎鉗

三、零件測繪

測繪是實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的一個(gè)重要部分，也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)際工作能力的重要手段。針對軸套類、盤蓋類、叉架類、箱體類這四種典型零件的工藝結(jié)構(gòu)分析，選擇恰當(dāng)?shù)囊晥D和表達(dá)方法。先繪制零件圖，然后確定各類零件尺寸標(biāo)注的主要基準(zhǔn)和輔助基準(zhǔn)。主要基準(zhǔn)只能有一個(gè)，輔助基準(zhǔn)根據(jù)要求可以設(shè)置多個(gè)，各基準(zhǔn)之間是有尺寸聯(lián)系的。

圖6是減速箱上的從動(dòng)軸零件，測繪時(shí)首先要了解該零件的工藝結(jié)構(gòu)，有退刀槽和倒角，再確定該零件的尺寸基準(zhǔn)。

軸類零件尺寸基準(zhǔn)分為軸向尺寸基準(zhǔn)和徑向尺寸基準(zhǔn)：軸向的尺寸基準(zhǔn)一般是重要的軸肩或者端面，徑向的主要尺寸基準(zhǔn)一般是軸線。該件軸向的主要尺寸基準(zhǔn)是中間部分的軸肩，輔助基準(zhǔn)是左端面，如圖7所示。主要基準(zhǔn)和輔助基準(zhǔn)之間的尺寸是56mm。該件徑向的尺寸基準(zhǔn)是軸線。找到基準(zhǔn)以后，從這些基準(zhǔn)出發(fā)，測量和標(biāo)注各部分結(jié)構(gòu)的尺寸。先標(biāo)注每個(gè)結(jié)構(gòu)的定形尺寸，然后標(biāo)定位尺寸，最后要標(biāo)注總體尺寸。標(biāo)尺寸的同時(shí)要考慮到零件加工測量和檢驗(yàn)的要求，不能標(biāo)注封閉的尺寸鏈。尺寸標(biāo)注是零件圖的難點(diǎn)，只有多做測繪件練習(xí)，才能掌握它的要領(lǐng)。

圖6 從動(dòng)軸零件

軸類零件常見的表達(dá)方法：畫圖時(shí)一般按加工位置將軸線水平橫放，并將小直徑一端放在右面，平鍵鍵槽朝前，采用垂直于軸線的方向作為主視圖的投影方向。對于圖7從動(dòng)軸零件，先畫一個(gè)主視圖，表達(dá)零件各部分結(jié)構(gòu)和位置關(guān)系，此件各部分都是同軸回轉(zhuǎn)體。主視圖基本能表達(dá)出各部分的直徑和長度，對于圖中的兩個(gè)鍵槽，須用移出斷面圖，表達(dá)其深度等結(jié)構(gòu)，如圖7所示。

圖7 從動(dòng)軸零件圖

零件圖還有一個(gè)重要的組成部分是零件的表面結(jié)構(gòu)即零件表面粗糙度，它是評定零件表面質(zhì)量的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。該件表面結(jié)構(gòu)一共采用四種不同的取值，按照國家標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確地標(biāo)注在零件圖上，見圖7。通過選用和標(biāo)注粗糙度，學(xué)生對不同的加工方法，有了更深地了解。經(jīng)過測量數(shù)據(jù)，繪制零件草圖，到最終形成零件圖，學(xué)生需經(jīng)過反復(fù)修改和查閱資料，付出很大的辛苦。通過這樣的測繪過程，他們學(xué)到了課堂上學(xué)不到的知識，設(shè)計(jì)能力有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

四、結(jié)論

通過加大機(jī)械制圖課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)師生互動(dòng)，學(xué)生能夠從實(shí)際出發(fā)，認(rèn)識到機(jī)械制圖的重要性，化抽象為具體，從而在讀圖和繪圖方面的水平有了明顯的提高。在后續(xù)的專業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中，他們能把創(chuàng)新與設(shè)計(jì)相結(jié)合，理論與實(shí)踐相結(jié)合，取得良好的效果。

[1] 朱輝, 曹桄. 畫法幾何及工程制圖[M]. 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2009: 178-181.

[2] 張慧云, 范競芳. 機(jī)械制圖[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2012: 192-198.

[3] 曾紅. 畫法幾何及機(jī)械制圖學(xué)習(xí)指導(dǎo)[M]. 沈陽: 東北大學(xué)出版社, 2007: 99.

TH 126

B

1674-327X (2021)02-0118-03

10.15916/j.issn1674-327x.2021.02.032

2020-09-28

于曉丹(1963-)，女，遼寧錦州人，副教授。

(責(zé)任編校：付春玲)