基于Solidworks的机械制图教学改革研究

1、基于solidworks的机械制图教学改革 研究张玲玲曾祥光西南交通大学机械工程学院摘要:针对机械制图课程教学屮，普遍存在的因课程特点及学生空间想象力与空间逻 辑思维能力不够导致的教学效果欠佳问题，提出将三维建模软件solidworks与 机械制图进行整合，采用并行教学模式，即在机械制图教学过程中引入 solidworks三维建模，将机械制图和三维cad结合起来并行教学。实践证明，这 种教学模式弥补了学生在机械零件方面感性认识的不足，可帮助学生培养较强 的空间思维能力、构型设计能力，从而大大提高了教学的效率和效果。关键词：机械制图; 教学改革;sol idwoi'ks; 并行教学模式;

2、作者简介：张玲玲（1973-），女，江苏涟水人，讲师，硕士，主要从事机械制 图及计算机辅助设计的教学与科研工作。收稿日期：2017-01-12research on teaching reform ofmechanical drawing based onsolidworkszhang lingling zeng xiangguanginstitute of mechanical engineering, southwestjiaotong university;abstract：because the course characteristics and students' spac

3、e imagination and space logical thinking abilities are not enough to result in the inefficiency of the teaching during the teaching of mechanical drawing course, this paper proposes to integrate the three dimensional modeling software solidworks with mochanical drawing and use parallel tcaching mode

4、, namely, in the process of mechanical drawing teaching, the software solid works introduced into it is combined with mechanical drawing. during the mechanical drawing teaching process, the introduction of 3 d soft ware and use of the 3 d model ing can simpl ify complicated problem, improve the stud

5、cnts，intcrest in lcarning emd solve the clifficultics in the tcaching. the practice result proves that the parallel teaching is a kind of effective teaching mode. using the parallel teaching model, students can be familiar with the process and the internal structure of 3 d modeling. tt can make up f

6、or the lack of students' perceptual knowledge of mechanical parts, help studcnts develop strong abilities of space thinking and configuration design, thus greatly improving the efficiency and effect of the teaching.keyword：mecho nical drawing; teaching reform; sol i dworks; parallel teaching mod

7、e;received： 2017-01-120引言机械制图是工科院校机械专业学牛必修的一门重要技术基础课程，主要研究如 何运用正投影的基本原理绘制和阅读机械图样，对培养学生绘图、读图以及构型 设计的能力具有十分重要的意义。作为一门技术基础课，机械制图也是学习机械 原理、机械设计等后续课程的基础课程。但是，由于该课程对学生的空间想象力 与空间逻辑思维能力有一定的要求，难度较高。按照传统的教学模式，从制图基 木知识与技能、机械制图国家标准、画法几何、点、线、面的投影，到基木体、 组合体、形体的综合表达、零件图、装配图的绘制和阅读，人部分学生会产生畏 难情绪，对机械制图课程感觉困难而枯燥，缺乏学习的

8、兴趣，导致教学的效果 不是很好。随着三维cad软件的广泛应用，机械制图课的教学重点和目标不应局 限于单纯的读图和绘图，而是要结合运用三维cad软件进行机械零件的三维建 模设计，教学中不仅仅要关注零件的表达，还要关注如何进行零件的三维造型。 这样既可以提高学生对机械制图课程的学习兴趣，提高教学效果，还可以培养 学生的创新思维，激发学生的创新能力1。1 cad软件的选择 目前，三维建模软件有很多，如cat1a、pro/e、ugnx、solidworks等，选择适 宜学生容易上手的工程建模软件至关重要。solidworks软件是世界上第一个基 于windows开发的三维cad系统，由于技术创新符合c

9、ad技术的发展潮流和趋势, 成为cad/cam产业中应用最为广泛的软件之一。solidworks也是全球公认的最 容易学习和最方便使用的三维cad软件良1。solidworks易学易用的特点使得学 生学习三维cad软件的难度下降，因而可以增加学生的学习兴趣，从而使得学 生对三维建模技术的理解更加深刻。solid works是基于特征的参数化实体建模 程序，有3个优势：1）参数化建模功能。solid works采用的是参数化尺寸驱动 建模技术，当尺寸改变吋，相对应的模型、相关联的工程图的形状和尺寸等都随 z改变，对于需要反复修改的新产品的设计非常有利。2）基于特征的建模功能。 solid wor

10、ks建模过程是利用各种特征生成零件模型的过程。模型不仅具有按一 定拓扑关系组成的特定形状，且反映特定的工程定义，适宜在设计、分析和制造 中使用。3）实体建模功能。solid works可以通过拉伸、切除、放样等操作建 立一个仿真的3d实体模型，模型中包含类似于真实实体的几何、质量等特性信 息，还可以通过渲染将物体赋予一定的材质，将物体更加真实地模拟出來，给 学生以很逼真的感觉。另外，solid works具有很好的通用性和可移植性，学生 熟悉了 solidworks的使用后，对将来学习其他三维建模软件也有很大的帮助。2课程改革后的教学模式教学过程屮有关三维cad设计部分应更注重于设计方法的思考

11、，而不只是了解 软件中的各按钮和选项的细节。在运用solidworks进行教学时，重点应该集中 于教学目标而不单纯是软件的使用。2. 1机械制图课程教学结构改革传统的教学模式中，机械制图与cad为两个独立的课程教学部分。两部分的教学 在不同的学期完成，先学习机械制图，再学习cad。前期学习屮由于缺乏实际模 型，缺乏直接的感官认识，学生的想象力和创造力得不到发挥，也缺乏实际动 手的机会和学习成就感，往往会导致学生觉得课程学习枯燥乏味，学习积极性 不高，学习效果不佳。后期cad学习中乂经常会忘记有关机械制图的基木知识、 国家标准等，不能很好地把两部分的知识点结合起来用以正确、规范地绘制工程 图样。

12、这样的分段式传统教学模式，显然达不到预期的教学效果。改革后，将机 械制图与cad教学结合起来，实现新的一体化并行教学宜。也就是在机械制图 教学过程中，引入solidworks三维建模，将机械制图和三维cad结合起来并行 教学。机械制图教学过程中，引入三维建模并利用内置动画演示，能使复杂的问 题简单化，提高学生的学习兴趣，解决教学中的难点。如基本体的截切、相贯中, 截交线、相贯线的求解，一直是教学屮的难点，教学过程屮，运用solidworks 创建基本体进行截切、相贯，能够让学生直观地了解截切体、相贯体形成、定位 的过程，并可以通过动态旋转观察截交线、相贯线的形状，从而降低了教学难 度、提高了教

13、学效果。另外零件的视图表达、视图分析也是教学中的难点，教学 过程中引入三维工程设计思想的方法和途径，教师运用sol idworks软件创建零 件，通过创建零件的过程学生可以更好地了解零件的结构特点，然后运用软件 生成几种工程图的表达方案，加以讨论分析，会收到很好的教学效果。通过改革 既能够解决学生在学习过程中缺乏空间想象能力和空间思维能力差、绘图和读图 时缺乏直接的感官认识，以及教具模型在教学演示中存在的缺陷等问题，也可 以解决cad绘图过程屮缺乏机械制图基本知识和遵守国家标准意识的问题包1。2. 2教学改革实施步骤简介将传统的机械制图课程的各部分理论内容与solidworks的软件操作结合起

14、来进 行并行教学的实施步骤如下:首先按照传统教学模式讲解机械制图中制图基 木知识与技能。接着讲解solidworks软件2d/3d草图绘制的基木操作。然后讲 解机械制图中点、线、面的投影，到基本体截交线和相贯线i寸候，结合sol id works三维绘图软件三维造型的讲解，让学生了解创建形体的基本方法和各种 建模方法的优缺点;接着运用solid works软件进行各基本体截交线和相贯线的 演示操作。借助solid works软件将原本抽象、枯燥的教学内容形象、生动地展 现在学牛面前，能够激发学牛的学习兴趣，取得较好教学效果。组合体部分同样 结合solid works软件进行各种典型组合体三维建

15、模，边建模边讲解组合体的构 型、表面结合关系以及组合体画图、读图、尺寸标注等，让学生有空间的概念，有 直观的认识，可以取得更好的教学效果5。对于零件常用表达方法部分，仍然结合solidworks软件的生成标准三视图、模 型视图、断面图、剖视图、局部放大图等功能进行讲解，边讲解表达方法边进行 solid works的实例表达操作学习。机械制图课程中典型零件有:轴套类、 轮盘类、端盖类、叉架类、箱体类，学习零件的基本表达方法后，可以针对典型 零件一一举例进行理论讲解。零件图与装配图部分除了按照表达方法的讲解模式 以外，述可以以某一真实的装配体为模型，对学生进行一次零件图与装配图、手 工绘图和sol

16、id works三维软件操作的综合训练。2. 3教学策划实例 a）平面立体的截切 基本体的截切即求解基本体的截交线是机械制图教学的重点和难点，结合 solidworks三维软件操作演示与练习，可以降低学习难度，提高教学效果。如 图1所示，求解横放八棱柱被截切后的截交线。图1求解八棱柱的截交线下载原图先让学生思考截交线可能的形状和解决方法，然后运用solid works软件绘制出 八棱柱的三维模型并生成三视图，再在八棱柱的合适位置创建基准面，绘制合 适的草图轮廓，使用拉伸切除特征命令即可得到图2所示的截断体。这样很容易 直观地观察岀截交线的形状特点。接着再详细讲解求解平面体截交线的步骤。通 过这

17、种方式，能更好地理解求解截交线的解题步骤，并且可以很容易观察到， 当改变基准面的位置时会得到不同的截交线。通过观察不同基准面的位置得到不 同的截交线，让学生更深地领会截交线是截平面与截断体表面的共有线，截交 线的形状受到基本体形状和截平面相对位置的影响。b）曲面立体的截切讲解曲面体的截切时，可以正圆锥被平面截切为例，运用solid works的放样命 令创建正圆锥，然后通过设定不同位置的基准面，运用拉仲切除特征命令，得 出不同位置平面截切正圆锥的截交线。图3所示为截交线为椭圆的圆锥截断体， 图4所示为截交线为双曲线的圆锥截断体。通过这样的展示及建模过程有助于学 生对于曲面立体截交线形状和求解曲

18、面体截交线解题步骤的理解。图2八棱柱截切后的立体及视图下载原图图3截交线为椭圆的圆锥截断体卜载原图图4截交线为双曲线的圆锥截断体下载原图c）相贯线的求解问题在讲解相贯线的内容时，除了采用类似于上述的并行辅助教学外，还可以运用 solid works参数化设计特性，更改驱动尺寸，观察尺寸变化时，相贯线的变化 情况。讲解轴线正交表而性质相同而尺寸不同情况下相贯线形状的变化时，安排 分组讨论3个问题：1）相贯线的性质。2）影响相贯线形状的因素。3）相贯线的 画法。求解相贯线是机械制图教学的难点，通过这样的并行教学和建模讨论可以 降低学生学习这部分内容的难度。如在求解图5所示的圆柱与圆锥相贯线时。先让

19、学生思考这样的圆柱与圆锥相贯, 相贯线的可能形状是什么样，用怎样的求解方法。然后运用solid works软件， 按照正确的相对位置，创建圆柱和圆锥的模型，相贯线便自动产生，如图6所 示。通过肓观地创建并观察相贯线的形状，能够更好地理解求解相贯线的解题步 骤，并口能够更好地领会相贯线的实质是两立体表面的共有线、是两立体表面的 分界线。然后再通过更改圆柱的直径，观察圆柱直径和圆锥相对形状的变化对相贯线形 状的影响，特别是特殊情况，当圆柱与圆锥具有公共内切球时相贯线的形状。d）组合体的读图教学前，可以先运用solid works创建好组合体的三维模型，讲课时，再用 solid works的退回命令

20、，直观形象地讲解形体分析法。再运用solid works的 工程图功能生成形体的三视图。通过展示组合体模型和生成工程图的过程，学生可以体会三视图和立体图内在 的联系，理解整体和部分之间的关系。在教师直观演示组合体建模和生成三视图 过程后，可以给出一组组合体三视图，让学生亲身经历动手操作建模。教学过程 中，可以逐渐增加题目的难度，从给出形体三视图和立体图到只给出三视图， 再到只给组合体的两个视图来建模。这样的模式既可以强化组合体的基本知识， 又可以帮助学生学生快速地建立从三维到二维再到三维的思维模式的转换，以 及对二维平面与三维立体的空间想象能力。e）零件图、装配图结合三维软件操作相关基木对学牛进行零件图与装配图的手工绘图和solid works三维软件操作的综合训练。准备好装配体实物模型，布置如下任务：1）徒 手绘制该装配体屮所有非标准件零件的二维草图;2）运用solid works软件创建 所有零件（包括标准件）的三维实体模型;3）运用sol id works软件直接生成对 应零件的二维工程图，并符合机械制图国家标准