SolidWorks軟件在機械制圖課程教學中的輔助應用

朱曉楓

[摘 要] 簡述了機械制圖在專業課中的重要性，分析了學生在學習機械制圖過程中遇到的困難，著重突出利用SolidWorks軟件的三維造型等功能，有效地幫助學生讀圖、繪圖，從而培養學生的空間想象能力。

[關 鍵 詞] SolidWorks；機械制圖；三維建模；課堂教學

[中圖分類號] G712 [文獻標志碼] A [文章編號] 2096-0603（2016）28-0072-02

機械制圖是一門研究繪制和識讀機械圖樣的技術基礎課程。在現代化工業生產中，機械、化工或建筑工程等都是根據圖樣進行制造和施工的。它是設計者表達設計意圖、制造者指導生產、使用者了解結構性能的重要載體，是交流傳遞技術信息、思想的媒介和工具。因此，被稱為工程界通用的技術語言。

由于機械制圖對學生的空間思維能力要求較高，致使理解能力較差的學生感覺非常難學，產生厭學、畏學的想法。為了增強學生學習制圖的興趣，激發學習熱情，提高繪圖和讀圖的能力，采用有效的教學方法尤為重要。本文結合機械制圖與三維造型軟件 SolidWorks 的教學實踐，提出一種利用三維SolidWorks軟件輔助機械制圖教學的方法。

一、機械制圖課程教學中存在的問題

在高職教育中，機械制圖是工科專業學生必須掌握的一門課程，一般開設在一年級，它對后續專業課程學習有直接的影響。對于剛步入大學的幾何基礎較差的高職學生而言，學習這樣一門課程，要求具有豐富的空間想象能力，很多學生在學習中感覺很吃力。為了增強學生的空間想象和形象思維能力，傳統的教學方法是向學生展示簡單的實物模型以表達機械零件的結構和形狀。但是在施教過程中，由于實物模型形式比較單一，始終是靜態展示，不利于學生接受。因此，傳統的教學方法和教學手段已經不適應當今學校培養學生綜合能力和創新精神的要求。本文將SolidWorks三維造型軟件運用到機械制圖課堂進行輔助教學研究，以期有效地幫助學生讀圖、繪圖，激發學生的學習興趣，提高學生的空間想象能力，提高教學效果。

二、SolidWorks軟件輔助教學的意義

SolidWorks軟件為達索系統（Dassault Systemes S.A）開發的一款高端設計軟件，是世界上第一套專門基于Windows系統開發的三維CAD軟件，也是一套完整的三維CAD產品設計解決方案，具有強大的計算機輔助設計與分析功能，廣泛應用在機械、汽車、飛機等設計領域。該軟件以參數化特征造型為基礎，具有功能強大、易學、易用等特點。將SolidWorks軟件用于機械制圖課程的教學，主要有以下優點：

（一）SolidWorks軟件具有強大的三維建模和參數化設計功能，使用簡單且方便

建立的模型形象，應用鼠標的放大與縮小、旋轉、平移功能，可以對模型進行實時動態的觀察，而且參數化設計，修改非常方便，彌補了傳統教學方式存在的直觀性差、模型不能修改的缺點。

（二）可以在教學過程中繪制模型

學生可以清楚地認識產品的形成過程，可以學習到必要的結構設計與工藝知識，為后續機械設計課程和機械加工工藝課程等打下堅實的基礎。同時，學生觀察教師繪制三維模型，能激發學生學習的積極性。

（三）SolidWorks軟件的工程圖模塊，可以自動地將三維圖形轉換成二維工程圖

如基本視圖、剖視圖、展開圖、向視圖等都能得到很好的表達，提高了學生的識圖能力，教學效果良好。SolidWorks軟件輔助教學，生成模型的時間比較短，在時間有限的課堂中，可以有更多的時間讓學生練習，達到更好的教學效果。

三、SolidWorks軟件在機械制圖教學中的輔助應用

（一）在畫法幾何教學中的應用

利用SolidWorks軟件的特征建模功能可以充分表達零件各組合形體之間的位置和連接關系。在識讀零件圖時，通過二維圖形想象出零件的結構形狀是學習過程中的重點和難點。目前，學校在零件圖的圖形結構表達上基本都是采用多媒體課件，集文字、圖形、動畫等于一體，教法生動、形象、直觀，學生不僅容易理解，而且提高了課堂教學效率。但是也存在致命的弱點，就是課件修改性差，不能根據教學對象、教學內容的變化而隨意變化。在教學過程中采用SolidWorks軟件進行輔助教學，克服了多媒體課件的不足。

在SolidWorks軟件中，無論零件的結構有多復雜，都能在教學現場生成，將零件結構的各部分體現出來，學生很容易就能清楚零件是由哪些基本體構成的，以及它們之間的位置關系。在SolidWorks軟件的工程圖模塊中，還能自動地將三維圖形轉換為二維工程圖。適當地控制圖的生成可以形成基本視圖、剖視圖、向視圖、局部視圖等。

1.基本體的投影

基本體的投影是學生學習機械制圖、培養空間思維的基礎。學好這個知識點，能夠很好地調動學生學習機械制圖的積極性，為后續的組合體學習打好基礎。在講解基本體的投影時，將SolidWorks軟件引入課堂，演示基本體的建模過程，學生通過觀摩，很容易建立三維空間概念，課堂效果非常不錯。具體操作過程：運用特征成型的各種命令建立所要講解的基本立體，而后進入制圖模塊，將基本體投影成主視圖、俯視圖、左視圖、軸測圖等。當學生直觀、形象地觀察模型生成過程時，就很容易輕松地理解概念。通過這樣的方法，依次做其他基本體的投影，從而直觀、高效地讓學生了解投影的過程，提高學生的學習興趣，變被動學習為主動學習，增強學習機械制圖課程的積極性。

2.截交線

截交線是指用一個或幾個切割平面切割立體，在切割平面和立體表面上形成的交線。切割是由基本體過渡到組合體的重要臺階，求切割體的投影關鍵是截交線。截交線往往比較抽象，對于初學者來說，抽象思維能力較差，很難想象切割體截交線的形狀特征。如，截平面切割圓錐產生的截交線，作圖的難點在于平時學生缺乏這類形體結構的直觀感受，當截平面的位置發生變化時，截交線的形式會是雙曲線或者兩相交直線。引入SolidWorks軟件很好地解決了這個問題，通過特征建模功能進行基本立體造型的繪制，使用切除命令切除基本立體，切割后的三維實體可以很明顯地體現形成的截交線。

3.相貫線

相貫線是立體與立體相交產生的交線。它是機械制圖課程中比較難的一個教學章節，是機械行業工作人員在零件的設計、生產過程中經常會碰到的現象，如圓柱與圓柱、圓錐與圓柱之間的相貫線、圓柱或圓錐與復雜曲面之間的相貫線。相貫線作圖的過程十分繁瑣，很不方便，而且精度也會隨著圖形的復雜程度而降低。對于初學者來說，復雜的相貫線很難理解，增加了學習的難度。

運用SolidWorks軟件畫復雜的相貫線就顯得非常簡單，首先根據實體在軟件中建模，形成立體圖形，再由立體圖形轉化為工程圖形，這樣視圖中的相貫線就可以很清晰地表達在工程圖形中。對于實體內部看不見的孔相貫，可以利用SolidWorks軟件中的剖視圖功能給以展示。相貫線的形成過程非常簡單，且形象、直觀，可以很好地激發學生的學習興趣，提高學生的空間想象能力。更重要的是，將三維軟件運用到課堂上，可以讓學生了解建模的過程，增強學習機械制圖課程的興趣，提高教學質量。

（二）在組合體講解中的應用

由若干個基本體的疊加或切割而形成的新的較為復雜的形體，稱為組合體。畫組合體的基本方法是形體分析法，即將復雜的組合體假想地分解成若干個基本形體，然后按其組合規律，逐個畫出各形體的投影。講解組合體的三視圖時，已知兩個視圖求解第三個視圖是該教學環節中的重點和難點，它考查學生對三視圖知識點的掌握程度，同時檢查學生三維空間想象能力。對于一些有疊加又有切割的復雜形體，求作第三個視圖時，學生往往無從下手或完全想象不出形狀。任課教師也費盡了心思，除了教給學生必須掌握的作圖技巧外，還要借助不同的模型給他們看。采用SolidWorks軟件授課后，學生在學習過程中就輕松了許多，我們可以用SolidWorks軟件中的特征建模功能生成基本體，在基本體的基礎上作切割，或者另外生成基本體作疊加操作。建模過程清晰、直觀，形成組合體的過程一目了然。

（三）在剖視圖講解中的應用

當機件的內部結構比較復雜時，在視圖中就會出現許多虛線，這些虛線與其他圖線重疊往往會影響圖形的清晰度，給讀圖和標注尺寸帶來不便。為了清晰地表達機件的內部結構，常采用剖視圖的畫法。在剖視圖教學中，由于機件內部結構看不見，學生在理解上就會有一定的難度，同時對于機件剖切方式和剖切位置的選擇更加困難。在教學中運用SolidWorks軟件進行建模，使用其剖切功能進行演示，這個問題就會很輕松地解決。

（四）在裝配圖教學中的應用

裝配圖是機械制圖中的重要教學內容，主要用于表現組成零件和部件之間的裝配關系，學生在學習過程中反映難度較大，特別是復雜結構的圖形。采用多媒體課件也可動畫顯示，但是不容易修改，不能隨意地動態觀察和掌握裝配的順序以及禁忌。而教師利用SolidWorks軟件進行裝配，學生不僅能夠多角度觀察零件的形狀和相互的位置關系，而且可以清楚地感知裝配過程。甚至可以將裝配圖做成運動模擬并進行干涉檢查，便于學生理解裝配件的工作原理，增強主動學習的興趣。

總之，SolidWorks軟件可以快速地構建三維立體模型，非常直觀且便于修改。將其用于輔助教學，可以有效地與教學內容融合，同時可以克服傳統教學方式的缺陷，如，多媒體課件靈活性不夠等。因此，在機械制圖教學過程中正確使用SolidWorks軟件，一方面有助于幫助教師豐富教學內容，將更多的時間交給學生練習；另一方面，學生可以更加透徹地理解教學內容，空間概念更容易形成，可以提高學生的學習興趣，培養學生的形體構思能力和空間想象能力。將SolidWorks軟件引入機械制圖課程教學中，學生提前學習了三維軟件，可以為后續專業課程的學習打好基礎。

參考文獻：

[1]湯海武.基于三維建模的機械制圖教學改革實踐探析[J]. 天津職業大學學報，2016，25（1）：41-43.

[2]魏芳波.機械制圖中相貫線的求解研究[J].高教學刊， 2016（5）：122-123.

[3]張偉華.SolidWorks工程圖中復雜剖視圖的創建方法[J]. 自動化與儀器儀表，2016（7）：93-95.

[4]吳翠琴.基于SolidWorks軟件輔助機械制圖教學研究[J].實驗室科學，2016，19（2）：81-83.