Solidworks在“機械制圖”裝配圖教學中的應用研究

余志偉

(江漢大學智能制造學院，湖北 武漢 430056)

0 引言

“機械制圖”是探討繪制機械圖樣的理論、方法和技術的一門技術基礎課[1]。本課程從點、線、面的空間投影規律入手，逐步拓展至三維實體的空間投影，培養學生的空間想象力、構型思維能力和抽象思維能力，并初步形成分析工程問題的基本思維方法和解決實際問題的基本能力。

在傳統的教學方法中，講授裝配圖的繪制與識讀知識時，主要是通過PPT里的圖片、視頻和模型來講解知識點。由于裝配圖內容復雜，一般圖紙尺寸大，圖線密集，限于投影儀的分辨率和投影幅面的限制，難以清楚地展示其中的細節問題。而視頻都是提前錄制好的，只能按照固定的順序播放，當學生提出不同的想法時，就無法根據需要及時作出調整。由于裝配體一般比較復雜，實物模型一般為金屬制造，成本高，重量大，移動展示不方便。而且由于教室空間的限制，前排的學生看得清楚，后面得學生看不清楚。同樣也無法根據實際需要來做臨時修改，因此使裝配圖的講堂教學過程變得比較單一、枯燥和難以對實時變化作出及時反饋，無法生動、直觀和靈活地表達需要講解的內容，因而需要尋找一種更加有效的教學方法，解決以上問題。

1 Solidworks軟件簡介

Solidworks軟件是法國達索公司的一款基于Windows操作系統開發的三維CAD集成設計軟件。該軟件以參數化特征造型為基礎，具有功能強大、易學易用以及創新性等特點，能夠提供不同的設計方案，減少設計工作中的錯誤，幫助廣大的工程設計人員極大地提高設計效率[2]。

在零件模塊中利用曲面或者實體方式，完成零件的三維建模。然后在裝配模塊中進行調用，再進行虛擬裝配，最后形成裝配體。裝配模塊中的爆炸視圖，可以沿著機器的裝配干線分解各個零件，從而能夠直觀地表示出各零件間的相對位置和裝配關系。由于以上功能特點，將Solidworks軟件應用到“機械制圖”裝配圖教學當中，主要具備了以下幾點優勢[3]：

1.1 軟件使用界面簡潔、友好，操作簡單

能夠讓使用者快速掌握軟件的基本操作方法，降低使用難度，提高使用效率，適合在課堂上教學過程中根據學生提出的問題快速做出反應，具有實時建模和反映靈活的優勢。

1.2 三維建模功能強大、高效

Solidworks軟件采用的是基于特征的三維建模方式，零件的造型通過不同的特征一步步表達出來。通過Solidworks軟件自帶的繪制草圖、拉伸、旋轉、抽殼等命令[4]，建立零件的實體模型，建模過程清晰、簡潔。當零件的尺寸或者結構發生改變時，只需要通過修改零件的草圖，即可實時生成新的立體，非常方便高效。還可以對三維模型賦予密度、質量等屬性，還可以添加各種材質，渲染出不同的效果圖，使模型看上去更加形象和真實。

1.3 二維繪圖能力快捷、實用

Solidworks軟件自帶工程圖模塊，通過三維模型直接生成其二維圖形。可以根據零件的種類不同，生成不同的視圖表達方案。比如生成三視圖、剖視圖、斷面圖和軸測圖等，還可以對生成的視圖進行編輯、標注尺寸等操作。

2 Solidworks軟件在裝配圖教學中的應用實例

裝配圖是表達機器或部件整體結構的一種圖樣。主要內容包括一組圖形、尺寸標注、技術要求、標題欄和明細欄。在教學工作中，重點和難點有兩個地方。一個是讀裝配圖分析裝配過程和工作原理。另一個是讀裝配圖拆畫零件圖。傳統教學中，在這2個地方花費大量的時間和精力，而教學效果卻差強人意。下面分別從這兩方面舉例，分析說明如何結合SolidWorks的三維建模和虛擬裝配功能，解決其中存在的問題。

讀裝配圖分析裝配過程和工作原理是裝配圖教學過程中很重要的一個知識點，也是學生學習的時候感覺比較困難的地方。裝配體的教學模型一般由金屬制造，成本高，重量大。為了教師攜帶方便，都會做得比較小。在教室里演示的時候，不利于后面學生的觀察。除此以外，裝配體模型還有一個實際問題，就是小零件比較容易丟失。常常是用了一段時間以后，部分機器由于小零件的丟失變得殘缺不全，重新購買也會增加不少的教學成本。

我們利用Solidworks軟件的三維建模和虛擬裝配功能，就能很好地解決這些問題。在Solidworks軟件中，教師可以對教學模型進行三維建模和虛擬裝配。在講課的時候，教師可以在軟件中對裝配體的細節部分進行實時放大，方便學生觀察每一處細節。在講解裝配體的內部結構的時候，可以利用Solidworks的剖切、顯示和隱藏零件等功能，將裝配體按照講解的需要進行相應的剖切，對于某些零件進行隱藏或者顯示，這樣更方便、直觀地讓學生觀察裝配體的內部結構，了解零件之間的相關位置、連接方式和裝配關系，了解其工作原理，使教學過程變得更加直觀、形象和高效。

下面以虎鉗為例，展示Solidworks在裝配圖教學中的實際應用。虎鉗的3D裝配圖和爆炸圖如圖1和圖2所示。在軟件中，教師可以任意角度旋轉模型，方便學生從各種角度觀察。

圖1 虎鉗3D裝配圖

圖2是虎鉗的爆炸圖，方便學生觀察零件之間的相對位置、連接方式和裝配關系，了解其工作原理。

圖2 虎鉗爆炸圖

讀懂了裝配圖的裝配過程和工作原理以后，就要開始學習讀裝配圖拆畫零件圖了。拆畫零件圖的時候，需要學生根據裝配圖中零件的投影，來想象零件的空間形狀。虎鉗由11種零件裝配而成，結構比較復雜。在投影的過程中，零件的投影難免有重疊和遮擋的情況出現，要想象出零件的空間結構和形狀是比較困難的。

利用Solidworks軟件強大的建模功能，先將裝配圖中的零件進行三維建模。上課的時候，教師對零件進行任意角度的旋轉和實時放大，方便學生觀察零件的空間形狀和細節。還可以將模型按照6個基本視圖和軸測圖方向進行擺放，方便學生從空間不同視角來觀察零件的投影，建立空間和平面之間的對應關系，培養學生的空間感。對于內部結構比較復雜的零件，根據零件的結構特點，選擇全剖、半剖、局部剖等剖切方式，方便學生觀察零件的內部結構，降低學生的學習難度。建好零件的三維模型以后，教學過程中還可以根據學生的想法，現場調整相關參數，改變零件的形狀和結構，實時生成新的立體，豐富教學內容的同時，還可以培養學生的空間構型能力。部分主要零件三維建模如圖3、圖4所示。

圖3 方螺母

圖4 螺桿

3 結語

通過教學實踐表明，將Solidworks的三維建模和虛擬裝配技術應用到“機械制圖”裝配圖課堂教學過程中，使得原來比較抽象、難講的理論知識變得生動、直觀，提高了課堂教學效率，降低了學生學習難度。在促進師生互動交流的同時，也激發了學生的學習積極性和主動性，并為后續的專業課程學習打下堅實的基礎。