Solidworks在機(jī)械制圖測繪教學(xué)中的應(yīng)用

方清華

(江漢大學(xué)智能制造學(xué)院，湖北 武漢 430056)

機(jī)械制圖測繪是一門綜合實(shí)踐類課程，是學(xué)生接觸的第一次綜合性實(shí)踐教學(xué)過程。在開展此實(shí)踐環(huán)節(jié)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)過機(jī)械制圖課程及計算機(jī)繪圖課程，在教學(xué)過程中，教師可以選擇實(shí)驗(yàn)班或者第二課堂，應(yīng)用三維繪圖軟件Solidworks進(jìn)行測繪訓(xùn)練，讓同學(xué)能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論與實(shí)際設(shè)計結(jié)合起來，激發(fā)學(xué)生探索工程設(shè)計的興趣，提高分析問題、解決問題及實(shí)踐動手能力。通過三維繪圖軟件Solidworks對測繪零件進(jìn)行構(gòu)型、裝配及生成工程圖等環(huán)節(jié)訓(xùn)練，大大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提高了測繪效率，同時也能夠提高教師的課堂教學(xué)管理效率及效果。

1 《機(jī)械制圖測繪》課程概述

《機(jī)械制圖測繪》是對機(jī)器或部件進(jìn)行實(shí)物測量與繪制的課程，根據(jù)現(xiàn)有的機(jī)器和部件進(jìn)行測量，畫出草圖，然后繪制裝配圖和零件圖的過程稱為測繪[2]。在生產(chǎn)實(shí)踐中，設(shè)計新產(chǎn)品，引進(jìn)新技術(shù)，仿制某種產(chǎn)品、對原有設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造或修配時，都會遇到測繪工作。在對現(xiàn)有機(jī)器或部件測繪前，要初步了解測量工具的使用和測量方法，分析部件的用途、性能、工作原理、裝配關(guān)系、安裝過程及拆卸順序等等。在拆卸零件時，注意裝拆順序，要先用簡單的圖線和符號繪制裝配示意圖，甚至可以應(yīng)用照相或錄像等手段記錄。接下來，要對零件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，使用工具對零件進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的測量，可徒手繪制零件草圖，并注重零件與零件之間的尺寸關(guān)系和協(xié)調(diào)。然后可以應(yīng)用尺規(guī)或計算機(jī)繪圖整理各零件圖，繪制部件的裝配圖。通過機(jī)械制圖測繪環(huán)節(jié)訓(xùn)練，為以后的工程實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。機(jī)械制圖測繪課程一般在大一第二學(xué)期末或大二第一學(xué)期開始進(jìn)行，既是工科學(xué)生的基本功，也為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2 機(jī)械制圖測繪傳統(tǒng)教學(xué)方法的不足

機(jī)械制圖測繪的傳統(tǒng)模式主要采用的是手工尺規(guī)繪圖為主，往往集中在一周之內(nèi)完成，時間安排短，所選部件多為減速箱，工作量大，學(xué)生為了趕進(jìn)度，匆忙畫圖，往往沒有經(jīng)過細(xì)致的分析，總結(jié)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和表達(dá)方案，對一些標(biāo)注的合理性，工藝結(jié)構(gòu)的要求等等，以及裝配圖的布圖，工作原理，編號排序等等，各方面考慮會有不足。時常會出現(xiàn)表達(dá)錯誤、布圖不合理，需要返工的現(xiàn)象，修改起來很麻煩，往往重新繪制的多，加大了學(xué)生工作量。由于手繪工作量大，學(xué)生會出現(xiàn)畏難情緒，遲遲不愿動筆。一些同學(xué)應(yīng)付心理強(qiáng)，機(jī)械性的模仿多于思考。

同時，如果考慮到大多數(shù)同學(xué)進(jìn)度，選用臺虎鉗或齒輪油泵，對于有些基礎(chǔ)知識扎實(shí)、繪圖速度快的同學(xué)，有吃不飽的現(xiàn)象，不便于個性化教學(xué)。傳統(tǒng)教學(xué)是注入式教學(xué)，學(xué)生處于被動性學(xué)習(xí)狀態(tài)，有些班級雖結(jié)合CAD二維繪圖軟件，繪制零件圖及裝配圖，方便修改各零件間的結(jié)構(gòu)尺寸協(xié)調(diào)，但也會出現(xiàn)拷貝現(xiàn)象，增加老師批改查重的工作量。

3 將Solidworks應(yīng)用到機(jī)械制圖測繪教學(xué)中

針對機(jī)械制圖測繪所選部件多為臺虎鉗或齒輪油泵或減速箱，下面以臺虎鉗為例，將三維教學(xué)軟件Solidworks引入教學(xué)中，Solidworks三維軟件可以生成爆炸圖、渲染圖，甚至可以模擬動畫和運(yùn)動仿真。對于讀圖能力要求高的機(jī)械制圖測繪環(huán)節(jié)，測繪完成后，可以利用Solidworks構(gòu)建三維模型，通過三維軟件的自身特點(diǎn)進(jìn)行虛擬裝配，生成爆炸圖，反映零件的裝配干線，生成工程圖，并與自己的草圖表達(dá)方案對比，進(jìn)行調(diào)整和修改工程圖，同樣的方法可以繪制裝配圖。

在教學(xué)過程中間可以引進(jìn)二維三維繪圖軟件，通過測繪徒手繪制草圖，用二維繪圖軟件整理成正規(guī)的零件圖，用三維軟件構(gòu)型立體，并進(jìn)行裝配，圍繞強(qiáng)調(diào)過程、知識應(yīng)用、工程能力3個方面進(jìn)行考核，學(xué)生學(xué)習(xí)參與主動性提高，師生之間是互動性學(xué)習(xí)狀態(tài)。在整個環(huán)節(jié)過程中，強(qiáng)化徒手繪圖能力和計算機(jī)繪圖相結(jié)合的綜合能力，不僅能表達(dá)產(chǎn)品的幾何形狀，還可以對產(chǎn)品的性能進(jìn)行優(yōu)化。

3.1 在過程化教學(xué)中的應(yīng)用

機(jī)械制圖測繪的改革，可以將機(jī)械制圖測繪環(huán)節(jié)分散到機(jī)械制圖教學(xué)過程中進(jìn)行，對應(yīng)于不同章節(jié)內(nèi)容進(jìn)行，而非集中一周內(nèi)教學(xué)集中一周教學(xué)，時間節(jié)奏緊，學(xué)生并沒有弄清楚整個測繪過程，而只是忙于應(yīng)付完成畫圖任務(wù)，依賴?yán)蠋熍募m錯，效果差。

學(xué)生在機(jī)械制圖測繪分散過程化教學(xué)中，在每周完成不同的零件測繪，包括徒手繪制草圖，CAD繪制零件圖，Solidworks繪制三維立體圖。如圖1所示，學(xué)生在過程化教學(xué)中用Solidworks繪制的非標(biāo)螺紋，虎鉗零件方螺母。

圖1 非標(biāo)螺紋方螺母

3.2 在分組式教學(xué)中的應(yīng)用

機(jī)械制圖測繪課程的改革，若因?yàn)檎n程學(xué)時限制而無法采用分散的過程化教學(xué)時，在測繪周建議改革成分組式教學(xué)。雖然傳統(tǒng)教學(xué)也有分組，但大多內(nèi)容相同，都忙于自己畫圖，沒有團(tuán)隊(duì)合作意識。

分組式教學(xué)，可以加強(qiáng)學(xué)生的自主性、選擇性，也可以提高團(tuán)隊(duì)隊(duì)員的創(chuàng)新意識。

采用分組式教學(xué)，讓學(xué)生自主地選擇傳統(tǒng)的測繪部件方式，還是選擇組合的測繪方式？學(xué)生可以自主地進(jìn)行團(tuán)隊(duì)組隊(duì)，自由選擇成員，每組可以根據(jù)不同同學(xué)的實(shí)力，分配不同的任務(wù)，各盡所能，共同完成一整套的測繪任務(wù)，團(tuán)隊(duì)隊(duì)員之間無需做重復(fù)性勞動，不僅節(jié)約了時間，而且也避免了拷貝。如圖2所示，某組甲同學(xué)繪制的活動鉗口。

如圖3所示，某組乙同學(xué)繪制的固定鉗身，圖2及圖3是分組式教學(xué)過程中不同同學(xué)學(xué)習(xí)Solidworks之后繪制的臺虎鉗不同零件的三維立體圖。

圖2 活動鉗口

圖3 固定鉗身

3.3 虛擬裝配的應(yīng)用

Solidworks三維設(shè)計包括草圖繪制、零件建模、虛擬裝配等[3]，在分組式教學(xué)中，完成零件建模后，可以匯總到組長或某一個同學(xué)進(jìn)行裝配，如圖4所示，臺虎鉗。還可以進(jìn)行干涉檢查，生成并按照國標(biāo)修改調(diào)整工程圖等。

圖4 臺虎鉗

同時，測繪工程引入Solidworks三維設(shè)計軟件后，針對不同同學(xué)，可以開展個性化教學(xué)，比如可以對本組測繪內(nèi)容進(jìn)行延伸，同學(xué)可以自選渲染圖、爆炸圖，也可以選擇動畫演示及運(yùn)動仿真等。

將Solidworks三維設(shè)計軟件應(yīng)用到機(jī)械制圖測繪教學(xué)中，不管是過程化教學(xué)還是分組式教學(xué)，既可以鍛煉學(xué)生獨(dú)立完成某項(xiàng)任務(wù)的能力，更能培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力和團(tuán)隊(duì)精神，根據(jù)不同分工，學(xué)生可以完成零件建模，虛擬裝配以及后續(xù)的技術(shù)文檔撰寫，課程結(jié)業(yè)答辯的PPT制作等等，收到事半功倍的效果。

4 結(jié)語

將Solidworks應(yīng)用到機(jī)械制圖測繪中，將抽象的視圖變得更為簡單和直觀，解決了由“立體到視圖再到立體”的閉環(huán)訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)際工程能力，提升了三維空間的想象力，提高了測繪的工作效率。在重視徒手繪圖能力訓(xùn)練，引入二維三維繪圖實(shí)踐的基礎(chǔ)上，未來可以根據(jù)學(xué)校條件，加入3D打印技術(shù)，打印零部件，讓測繪更有趣。