Solidworks軟件在機械制圖教學中的應用

萬志華

【摘 要】闡述了運用Solidworks三維軟件解決機械制圖教學中的難點問題。實踐證明，利用Solidworks三維造型技術輔助機械制圖教學，能有效地降低教學難度，提高學生的空間思維能力，使教學過程變得直觀生動，取得了較好的教學效果。

【關鍵詞】Solidworks；機械制圖；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

《機械制圖》是高等學校理工科學生必須掌握的一門技術基礎課，多數高校都是在第一個學期就開設這門課程，其主要任務是培養學生繪制和閱讀各類工程圖樣的能力。[1]剛剛進入高校的學生，大都空間思維能力較弱，同時缺乏生產實踐經驗。傳統的機械制圖教學模式，一般采用實物模型、掛圖、幻燈片等輔助教學用具來幫助學生理解圖形，這些方式繁瑣、費時，實踐表明其效果也不佳。尤其講解求截交線、相貫線以及復雜組合體投影時，傳統的教學手段往往讓學生很難理解教學內容。最近的教學實踐表明，借助一些三維軟件的實體造型功能，通過對機械零件的實體模型演示，將抽象、靜止的內容轉換成形象、生動的立體模型圖，采用先三維、后二維、再三維的模式進行教學，可以有效地培養學生的空間想象能力，收到了較好的教學效果。

1 Solidworks在機械制圖教學中的應用

1.1 Solidworks三維軟件的功能和特點

Solidworks軟件是世界上第一個基于Windows開發的三維CAD系統，由于技術創新符合CAD技術的發展潮流和趨勢，成為CAD/CAM產業中應用最為廣泛的軟件之一。Solidworks基于特征進行參數化設計，能用數值參數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；再根據工程實際需要直接生成二維工程圖和各種標注，完成零件工程圖和裝配工程圖。[2]Solidworks三維設計中包括了產品完整的幾何結構，可以從三維模式中產生其他各種視圖，除基本標準的三視圖外，還可生成軸測圖、向視圖、各種剖視圖、局部視圖等，如圖1所示。由于Solidworks系統中三維和二維的相關性，在不同的設計環境中模型都是相互關聯的，可以在三維、二維或其他設計環境中直接修改模型的尺寸和結構，其他的模型就可以自動更新。三維二維的相關性可動生成二維尺寸，并可以靈活調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，在機械制圖教學中應用該軟件能激發學生的學習興趣，提高學習效率，下面運用幾個實例討論一下Solidworks三維軟件在制圖教學中應用，選用的實例為機械制圖的部分重點及難點。

1.2 Solidworks三維軟件在求解截交線時的應用

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

傳統的教學模式為：（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；（5）利用緯線圓求一般點；（6）光滑連接并整理加粗。其求解過程如圖3所示。

圖3 利用求特殊點和一般點的方法求截交線

利用Solidworks三維軟件輔助教學的過程如下：（1）建立頂尖三維模型；（2）旋轉模型讓學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

比較兩種教學模式，可以發現，利用Solidworks三維軟件進行輔助教學，可以讓學生建立平面與立體之間的雙向思維，更好地培養學生的空間想象能力。

1.3 Solidworks三維軟件在求復雜組合體三視圖時的應用

如圖5所示，根據組合體的主、俯視圖，繪制其左視圖。

圖5 求組合體的左視圖

這種練習的難點在于，學生需要在沒有立體圖的情況下進行形體分析。如果學生的空間思維能力較弱，那么想象起來就會比較困難。傳統教學模式采用的教學步驟為：（1）通過形體分析法將組合體分割成幾個基本部分；（2）利用三等關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，補全每個基本部分的左視圖；（4）將各基本部分綜合到一起，形成組合體的左視圖。這種模式的缺點在于自始至終沒有立體模型，學生必須憑空想象，造成的結果是，學生最后畫出的左視圖部分不完整或有錯誤。

利用Solidworks三維軟件輔助教學就可以有效的解決這個問題，其過程如下：（1）找到每個基本部分的投影；（2）對每個部分進行立體建模；（3）綜合得到組合體的立體模型；（4）旋轉模型，讓學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生想象立體困難的問題，生動直觀地進行形體分析，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 結論

實踐表明，在機械制圖教學中利用Solidworks三維軟件能將難點、重點內容或者口頭很難表達清楚的內容，以直觀、生動的形式展示在學生面前，從而提高教學質量。面向三維技術的機械制圖教學模式，有利于培養學生的空間思維能力、圖形表達能力和機械工程的素養，以適應當前科技、社會發展和知識經濟時代人才培養的需要。[4]

【參考文獻】

[1]李媛，易素君，廖士禮.Auto CAD三維功能在機械制圖教學中的應用[J].廣東交通指職業技術學院學報，2006，5（1）：103-105.

[2]李啟炎.Solidworks三維設計教程[M].同濟大學出版社，2005.

[3]吳志軍.機械制圖[M].西北工業大學出版社，2015.

[4]王鶯，施高萍.三維CAD 技術在機械制圖教學中的應用[J].浙江水利水電專科學校學報，2009，21（1）：88-90.

[責任編輯：楊玉潔]