Solidworks在機械制圖測繪教學中的應用

方清華

(江漢大學智能制造學院，湖北 武漢 430056)

機械制圖測繪是一門綜合實踐類課程，是學生接觸的第一次綜合性實踐教學過程。在開展此實踐環節之前，學生已經學過機械制圖課程及計算機繪圖課程，在教學過程中，教師可以選擇實驗班或者第二課堂，應用三維繪圖軟件Solidworks進行測繪訓練，讓同學能夠將所學理論與實際設計結合起來，激發學生探索工程設計的興趣，提高分析問題、解決問題及實踐動手能力。通過三維繪圖軟件Solidworks對測繪零件進行構型、裝配及生成工程圖等環節訓練，大大地激發了學生學習興趣和提高了測繪效率，同時也能夠提高教師的課堂教學管理效率及效果。

1 《機械制圖測繪》課程概述

《機械制圖測繪》是對機器或部件進行實物測量與繪制的課程，根據現有的機器和部件進行測量，畫出草圖，然后繪制裝配圖和零件圖的過程稱為測繪[2]。在生產實踐中，設計新產品，引進新技術，仿制某種產品、對原有設備進行技術改造或修配時，都會遇到測繪工作。在對現有機器或部件測繪前，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，甚至可以應用照相或錄像等手段記錄。接下來，要對零件的結構進行分析，使用工具對零件進行相關結構和數據的測量，可徒手繪制零件草圖，并注重零件與零件之間的尺寸關系和協調。然后可以應用尺規或計算機繪圖整理各零件圖，繪制部件的裝配圖。通過機械制圖測繪環節訓練，為以后的工程實際應用奠定基礎。機械制圖測繪課程一般在大一第二學期末或大二第一學期開始進行，既是工科學生的基本功，也為后續課程學習打下基礎。

2 機械制圖測繪傳統教學方法的不足

機械制圖測繪的傳統模式主要采用的是手工尺規繪圖為主，往往集中在一周之內完成，時間安排短，所選部件多為減速箱，工作量大，學生為了趕進度，匆忙畫圖，往往沒有經過細致的分析，總結零件的結構特點和表達方案，對一些標注的合理性，工藝結構的要求等等，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。時常會出現表達錯誤、布圖不合理，需要返工的現象，修改起來很麻煩，往往重新繪制的多，加大了學生工作量。由于手繪工作量大，學生會出現畏難情緒，遲遲不愿動筆。一些同學應付心理強，機械性的模仿多于思考。

同時，如果考慮到大多數同學進度，選用臺虎鉗或齒輪油泵，對于有些基礎知識扎實、繪圖速度快的同學，有吃不飽的現象，不便于個性化教學。傳統教學是注入式教學，學生處于被動性學習狀態，有些班級雖結合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構尺寸協調，但也會出現拷貝現象，增加老師批改查重的工作量。

3 將Solidworks應用到機械制圖測繪教學中

針對機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，將三維教學軟件Solidworks引入教學中，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動仿真。對于讀圖能力要求高的機械制圖測繪環節，測繪完成后，可以利用Solidworks構建三維模型，通過三維軟件的自身特點進行虛擬裝配，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方案對比，進行調整和修改工程圖，同樣的方法可以繪制裝配圖。

在教學過程中間可以引進二維三維繪圖軟件，通過測繪徒手繪制草圖，用二維繪圖軟件整理成正規的零件圖，用三維軟件構型立體，并進行裝配，圍繞強調過程、知識應用、工程能力3個方面進行考核，學生學習參與主動性提高，師生之間是互動性學習狀態。在整個環節過程中，強化徒手繪圖能力和計算機繪圖相結合的綜合能力，不僅能表達產品的幾何形狀，還可以對產品的性能進行優化。

3.1 在過程化教學中的應用

機械制圖測繪的改革，可以將機械制圖測繪環節分散到機械制圖教學過程中進行，對應于不同章節內容進行，而非集中一周內教學集中一周教學，時間節奏緊，學生并沒有弄清楚整個測繪過程，而只是忙于應付完成畫圖任務，依賴老師批改糾錯，效果差。

學生在機械制圖測繪分散過程化教學中，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，學生在過程化教學中用Solidworks繪制的非標螺紋，虎鉗零件方螺母。

圖1 非標螺紋方螺母

3.2 在分組式教學中的應用

機械制圖測繪課程的改革，若因為課程學時限制而無法采用分散的過程化教學時，在測繪周建議改革成分組式教學。雖然傳統教學也有分組，但大多內容相同，都忙于自己畫圖，沒有團隊合作意識。

分組式教學，可以加強學生的自主性、選擇性，也可以提高團隊隊員的創新意識。

采用分組式教學，讓學生自主地選擇傳統的測繪部件方式，還是選擇組合的測繪方式？學生可以自主地進行團隊組隊，自由選擇成員，每組可以根據不同同學的實力，分配不同的任務，各盡所能，共同完成一整套的測繪任務，團隊隊員之間無需做重復性勞動，不僅節約了時間，而且也避免了拷貝。如圖2所示，某組甲同學繪制的活動鉗口。

如圖3所示，某組乙同學繪制的固定鉗身，圖2及圖3是分組式教學過程中不同同學學習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 虛擬裝配的應用

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

圖4 臺虎鉗

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

將Solidworks三維設計軟件應用到機械制圖測繪教學中，不管是過程化教學還是分組式教學，既可以鍛煉學生獨立完成某項任務的能力，更能培養學生的協作能力和團隊精神，根據不同分工，學生可以完成零件建模，虛擬裝配以及后續的技術文檔撰寫，課程結業答辯的PPT制作等等，收到事半功倍的效果。

4 結語

將Solidworks應用到機械制圖測繪中，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”的閉環訓練，有利于培養學生的創新能力和實際工程能力，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練，引入二維三維繪圖實踐的基礎上，未來可以根據學校條件，加入3D打印技術，打印零部件，讓測繪更有趣。