基于Solidworks的機械CAD教學探討

摘要 本文介紹了以Solidworks為工具進行CAD技術教學的實踐，著重介紹了學生興趣的培養、上機活動的安排、考核形式等內容，以起到拋磚引玉的作用。

關鍵詞 Solidworks的機械CAD 教學研究

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

Exploration on Mechanical CAD Teaching Based on Solidworks

WANG Fang

(Electromechanical Engineering Deparment of Huaxia College，

Wuhan University of Technology， Wuhan， Hubei 430223)

AbstractThis paper introduces the Solidworks CAD technology as a tool for teaching practice， focuses on students' interest in training， activities for the machine， assessment forms， etc.， to play a role in casting a brick to attract jade.

Key wordsmechanical CAD teaching based on Solidworks; teaching research

0 引言

機械CAD技術作為三本院校機自專業一門實踐性很強的專業課，涉及到了工程制圖、機械設計、計算機圖形學等多方面知識。該課程主要培養學生的空間想象能力以及繪制和閱讀機械工程資料等能力。和其他理論基礎課相比，其教學實踐有其獨到之處：學生需要進行大量的讀圖和繪圖演練，才能牢固掌握技能。課題教學如何利用這一特點，使學生能積極主動地參與到教學互動的環節中，筆者在這方面進行了一些探究。

1 教學軟件選取

隨著計算機圖形學相關的軟件技術和電子顯示屏相關的硬件技術的蓬勃發展，電子計算機的應用逐漸滲透到了機械設計領域。以AutoCAD為代表的二維CAD軟件逐漸改變了傳統的以繪圖板、丁字尺、圖紙、橡皮、鉛筆和直尺等為工具的繪圖方式，極大地方便了工程師表達自己的設計思路，使得工程師能把更多的精力投入到設計創新的環節中。隨后，三維CAD技術日趨成熟并逐漸占據了CAD技術的主流地位，使CAD的應用超越了“甩圖板”階段，使得工程師能完全地表達自己的設計方案、理念。另外三維CAD模型也為后續的CAE/CAM/PDM/ERP提供了原始數據，是企業中實現人員、工具、方法和資源真正集成的基礎。

根據本校培養應用型人才的目標，為培養學生的動手能力，應用所學知識解決實際問題的能力，培養適應設計趨勢發展的合格工程師，在機自專業課程中引入三維CAD教學環節很有必要。當前三維CAD軟件種類繁多，如CATIA、NX/UG、Solidworks等，筆者在長期的CAD教學實踐中，發現以Solidworks作為教學軟件能收到較好的教學效果，主要有以下原因：（1）Solidworks價格低廉，在中小型企業中得到了廣泛應用，學生如果學會Solidworks對將來就業有很大幫助。（2）和CATIA、NX/UG等高端CAD軟件相比，Solidworks更加簡便易學，這樣教學時就可以把更多精力放在CAD基本原理和操作上，而不是繁瑣的操作技巧和選項說明上面。（3）Solidworks功能全面，包含了主流三維CAD軟件的大部分模塊，如實體建模、曲面造型、裝配、工程圖生成、鈑金設計、模具設計等模塊，熟練掌握這些模塊為學生進一步學習高端CAD軟件奠定了基礎。

2 教學內容安排

本專業課程教學體系改革及實踐，對主要的專業基礎課和專業課應適當增加實驗學時和實驗內容；對各實踐教學環節應提出具體的應知、應會要求和實施意見。針對機械CAD技術這門課程，總共安排32學時，包含16個學時上機練習。即教師每授課一次，上機練習一次，使學生能將課堂上所學到的知識點及時加以應用。而Solidworks軟件包含的功能非常地豐富，在有限的學時內要把所有的功能全部講授是不可能的，因此，筆者挑選了一些最基本，最常用，最有代表性的內容講授。

（1）Solidworks介紹和界面熟悉。這一部分教學內容主要是讓學生對Solidworks的界面和強大功能有一個感性認識，激發學生的學習興趣。所教授的內容包括文件的新建、打開、保持和關閉，如何進行平移、縮放、旋轉等操作。這一部分安排1個學時。

（2）草圖。草圖是進行三維建模的必備技能，也是Solidworks實現參數化設計的基礎。這一部分教學內容主要是讓學生掌握草圖的繪制，添加約束，和修改。這一部分安排3個學時。

（3）實體建模。在這一部分，主要介紹實體零件的設計思路。首先介紹如何建立基于草圖的特征，如拉伸、旋轉、掃描，放樣等。然后介紹如何建立修飾特征，如倒圓角、倒角、拔模等。最后介紹特征轉換，如平移、鏡像、對稱等，以及陣列操作。這一部分教學內容重點是給學生樹立參數化建模的思想。此外，由于相同的幾何體可以通過不同的特征來實現，因此通過這一部分的學習，能夠訓練學生的發散性思維，以及讓學生理解特征的內涵。這一部分安排6個學時。

（4）綜合實例講解。在這一部分，教師將引導學生進行零件的實際建模。零件外形不一定要很復雜，但要包含盡可能多的幾何特征。學生在教師的帶領下，將溫習以前學過的草圖，實體建模等知識。這一部分安排2個學時。

（5）零件裝配。裝配設計是機械設計的一個重要環節。零件設計完成后，可以通過Solidworks提供的裝配模塊在零件與零件、零件與組件之間進行裝配，從而組成裝配體。這一部分主要教學內容有裝配零部件的管理，裝配約束的創建，以及裝配中干涉和零件自由度的分析。教師將引導學生進行多個零件的實際裝配。這一部分安排2個學時。

（6）工程圖。工程圖是Solidworks軟件的重要組成模塊。雖然無紙設計是當今機械設計的發展方向，但在短期內是無法普及這種設計方式，所以工程圖仍是工程師和生產部門交流的工具。生產部門也可以從工程圖中了解工程師對零件的所有要求。因此，掌握工程圖設計是一名工程師的必備技能，也是學生必須學習掌握的重點內容之一。工程圖的教學主要包括以下內容：投影視圖、截面視圖、局部放大視圖、以及斷開視圖的生成方法，尺寸與公差標注的方法。這一部分安排2個學時。

雖然Solidworks還有很多功能，例如曲面設計、鈑金設計，動畫制作等，但由于學時所限，只能講授這些功能，剩下的功能學生日后有需要可以進一步學習。

3 教學形式安排

3.1 作品觀摩

為了激發學生的學習興趣，在課程的開始階段，筆者都會給學生演示往屆學生的優秀作品，例如復雜閥體、流線型汽車車身曲面、直升機裝配件等。通過展示這些作品，學生對Solidworks強大功能有一個直觀的認識。然后再鼓勵學生：“只要認真學習，不出數月，你們也能做出更多更好的作品”，從而增加學生掌握Solidworks的信心。

3.2 平時上機

傳統的教學過分重理論，輕實踐，沒有足夠的工程實踐機會，這種工程教育的“學術化”傾向使得培養出來的學生面對工程實際問題力不從心。CAD軟件作為當代工程師必備的工具，其教學過程必須克服傳統工程教育的弊端，遵循以學生為主體，教師為引導的思路，充分調動學生的主動性，讓學生在實戰中領會CAD基本原理和Solidworks基本操作。

教師如何在課題上引發學生積極主動地投身到Solidworks實際操作中？筆者的經驗是推廣問題式教學，讓學生帶著解決問題的目的來參與教學互動。筆者通常會把工程中經常用到的CAD使用方法抽象成問題，讓學生在解決這個問題的過程中不知不覺地掌握這個方法。例如在講授參數化設計這一知識點時，刻意安排讓學生繪制傳動軸和其配合的鍵，并要求學生將二者裝配在一起。然后，再應用Solidworks力學仿真，經過校核，發現傳動軸強度不夠，需要加粗。這時提出問題，應該怎么辦？有的同學可能會打算另起爐灶，按照之前的流程重新畫一根更粗的傳動軸并裝配。這時，再提出參數化設計概念，引導學生，直接在草圖上修改尺寸約束就可以了，其余的改動，例如鍵槽大小，鍵的大小，CAD軟件會自動完成。通過這種問題驅動的教學模式，學生能夠更好地體會到參數化設計的優點，并在將來的工作中應用這一思想。

每次上機的內容分為兩部分：基本上機和自由發揮。基本上機是指完成教師安排的隨堂作業，目的是鞏固剛學到的知識。自由發揮是指學生運用剛學到的知識繪制規定范圍以外的物體，可以是典型的機械結構，也可以使學生想象中的事物，目的是為了讓學生觸類旁通。

通過Solidworks的上機，到課程結束的時候很多學生都能非常自如地運用Solidworks解決三維設計方面的問題。

3.3 最終考核

本課程主要目的是培養學生熟練運用CAD軟件的能力和素質，而并不是學習相關的機械或計算機理論，因此，如果采用傳統考試的形式來評分不能真正衡量出學生的掌握情況。本課程的最終給分是通過結合學生平時課堂表現和最后的大作業來看的，前者占總分的30%，后者占總分的70%。學生平時課堂表現主要是根據學生出勤率、上課回答問題情況、平時上機作業完成情況等綜合給出的，具體每項如何給分各個教師可以在自己的教學實踐中斟酌。最后的大作業是在規定的時間內，學生根據教師所提供的二維圖紙獨立完成一個三維裝配模型，通過多媒體教學系統在時間結束時提交作業。為了防止學生相互抄襲，每個學生獲取二維圖紙均不相同。

大作業的評分標準主要考慮以下幾個方面：（1）作業的完成程度。（2）模型的復雜程度。（3）模型的精煉程度。一個特征可能有好幾種建立方式，學生是否使用最簡潔、最符合工程需求的建立方式。

4 結束語

Solidworks是一款功能強大，簡便易學的三維CAD軟件，非常適合應用型本科教學。本文主要介紹了筆者在利用Solidworks軟件進行CAD教學方面的一些探索。當前CAD軟件仍處于快速發展階段，各種新概念和方法層出不窮，筆者希望通過不斷探索和學習，為學生提供最新的技術和方法。

參考文獻

[1]李梅.如何在CAD 教學中培養學生的創新能力[J].職業教育研究，2007.1:106-107.

[2]賈策，李漢明編著.Solidworks2001實踐與提高.重慶大學出版社.

[3]王運巧.工業設計專業CAD課程設置[J].工程圖學學報，2005.1:113-116.