Solidworks在机械制图测绘教学中的应用
时间：2023-01-24 15:40:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
方清华
(江汉大学智能制造学院，湖北 武汉 430056)
机械制图测绘是一门综合实践类课程，是学生接触的第一次综合性实践教学过程。在开展此实践环节之前，学生已经学过机械制图课程及计算机绘图课程，在教学过程中，教师可以选择实验班或者第二课堂，应用三维绘图软件Solidworks进行测绘训练，让同学能够将所学理论与实际设计结合起来，激发学生探索工程设计的兴趣，提高分析问题、解决问题及实践动手能力。通过三维绘图软件Solidworks对测绘零件进行构型、装配及生成工程图等环节训练，大大地激发了学生学习兴趣和提高了测绘效率，同时也能够提高教师的课堂教学管理效率及效果。
《机械制图测绘》是对机器或部件进行实物测量与绘制的课程，根据现有的机器和部件进行测量，画出草图，然后绘制装配图和零件图的过程称为测绘[2]。在生产实践中，设计新产品，引进新技术，仿制某种产品、对原有设备进行技术改造或修配时，都会遇到测绘工作。在对现有机器或部件测绘前，要初步了解测量工具的使用和测量方法，分析部件的用途、性能、工作原理、装配关系、安装过程及拆卸顺序等等。在拆卸零件时，注意装拆顺序，要先用简单的图线和符号绘制装配示意图，甚至可以应用照相或录像等手段记录。接下来，要对零件的结构进行分析，使用工具对零件进行相关结构和数据的测量，可徒手绘制零件草图，并注重零件与零件之间的尺寸关系和协调。然后可以应用尺规或计算机绘图整理各零件图，绘制部件的装配图。通过机械制图测绘环节训练，为以后的工程实际应用奠定基础。机械制图测绘课程一般在大一第二学期末或大二第一学期开始进行，既是工科学生的基本功，也为后续课程学习打下基础。
机械制图测绘的传统模式主要采用的是手工尺规绘图为主，往往集中在一周之内完成，时间安排短，所选部件多为减速箱，工作量大，学生为了赶进度，匆忙画图，往往没有经过细致的分析，总结零件的结构特点和表达方案，对一些标注的合理性，工艺结构的要求等等，以及装配图的布图，工作原理，编号排序等等，各方面考虑会有不足。时常会出现表达错误、布图不合理，需要返工的现象，修改起来很麻烦，往往重新绘制的多，加大了学生工作量。由于手绘工作量大，学生会出现畏难情绪，迟迟不愿动笔。一些同学应付心理强，机械性的模仿多于思考。
同时，如果考虑到大多数同学进度，选用台虎钳或齿轮油泵，对于有些基础知识扎实、绘图速度快的同学，有吃不饱的现象，不便于个性化教学。传统教学是注入式教学，学生处于被动性学习状态，有些班级虽结合CAD二维绘图软件，绘制零件图及装配图，方便修改各零件间的结构尺寸协调，但也会出现拷贝现象，增加老师批改查重的工作量。
针对机械制图测绘所选部件多为台虎钳或齿轮油泵或减速箱，下面以台虎钳为例，将三维教学软件Solidworks引入教学中，Solidworks三维软件可以生成爆炸图、渲染图，甚至可以模拟动画和运动仿真。对于读图能力要求高的机械制图测绘环节，测绘完成后，可以利用Solidworks构建三维模型，通过三维软件的自身特点进行虚拟装配，生成爆炸图，反映零件的装配干线，生成工程图，并与自己的草图表达方案对比，进行调整和修改工程图，同样的方法可以绘制装配图。
在教学过程中间可以引进二维三维绘图软件，通过测绘徒手绘制草图，用二维绘图软件整理成正规的零件图，用三维软件构型立体，并进行装配，围绕强调过程、知识应用、工程能力3个方面进行考核，学生学习参与主动性提高，师生之间是互动性学习状态。在整个环节过程中，强化徒手绘图能力和计算机绘图相结合的综合能力，不仅能表达产品的几何形状，还可以对产品的性能进行优化。
3.1 在过程化教学中的应用
机械制图测绘的改革，可以将机械制图测绘环节分散到机械制图教学过程中进行，对应于不同章节内容进行，而非集中一周内教学集中一周教学，时间节奏紧，学生并没有弄清楚整个测绘过程，而只是忙于应付完成画图任务，依赖老师批改纠错，效果差。
学生在机械制图测绘分散过程化教学中，在每周完成不同的零件测绘，包括徒手绘制草图，CAD绘制零件图，Solidworks绘制三维立体图。如图1所示，学生在过程化教学中用Solidworks绘制的非标螺纹，虎钳零件方螺母。
图1 非标螺纹方螺母
3.2 在分组式教学中的应用
机械制图测绘课程的改革，若因为课程学时限制而无法采用分散的过程化教学时，在测绘周建议改革成分组式教学。虽然传统教学也有分组，但大多内容相同，都忙于自己画图，没有团队合作意识。
分组式教学，可以加强学生的自主性、选择性，也可以提高团队队员的创新意识。
采用分组式教学，让学生自主地选择传统的测绘部件方式，还是选择组合的测绘方式？学生可以自主地进行团队组队，自由选择成员，每组可以根据不同同学的实力，分配不同的任务，各尽所能，共同完成一整套的测绘任务，团队队员之间无需做重复性劳动，不仅节约了时间，而且也避免了拷贝。如图2所示，某组甲同学绘制的活动钳口。
如图3所示，某组乙同学绘制的固定钳身，图2及图3是分组式教学过程中不同同学学习Solidworks之后绘制的台虎钳不同零件的三维立体图。
图2 活动钳口
图3 固定钳身
3.3 虚拟装配的应用
Solidworks三维设计包括草图绘制、零件建模、虚拟装配等[3]，在分组式教学中，完成零件建模后，可以汇总到组长或某一个同学进行装配，如图4所示，台虎钳。还可以进行干涉检查，生成并按照国标修改调整工程图等。
图4 台虎钳
同时，测绘工程引入Solidworks三维设计软件后，针对不同同学，可以开展个性化教学，比如可以对本组测绘内容进行延伸，同学可以自选渲染图、爆炸图，也可以选择动画演示及运动仿真等。
将Solidworks三维设计软件应用到机械制图测绘教学中，不管是过程化教学还是分组式教学，既可以锻炼学生独立完成某项任务的能力，更能培养学生的协作能力和团队精神，根据不同分工，学生可以完成零件建模，虚拟装配以及后续的技术文档撰写，课程结业答辩的PPT制作等等，收到事半功倍的效果。
将Solidworks应用到机械制图测绘中，将抽象的视图变得更为简单和直观，解决了由“立体到视图再到立体”的闭环训练，有利于培养学生的创新能力和实际工程能力，提升了三维空间的想象力，提高了测绘的工作效率。在重视徒手绘图能力训练，引入二维三维绘图实践的基础上，未来可以根据学校条件，加入3D打印技术，打印零部件，让测绘更有趣。
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