浅谈SolidWorks软件在机械制图教学中的应用

浅谈SolidWorks软件在机械制图教学中的应用
张孜勤
【摘要】在机械制图课堂教学中,运用SolidWorks软件并结合多媒体技术进行教学,讲解机械制图教学中的重点、难点问题,从而提高课堂教学效率,并且激发学生学习兴趣与求知欲,培养学生绘图和读图能力、空间想象力和创新能力.
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2010(000)001
【总页数】3页(P200-201,203)
【关键词】SolidWorks;机械制图;空间想象力
【作者】张孜勤
【作者单位】江阴职业技术教育中心校,机械工程系,江苏,江阴,214400
【正文语种】中文
【中图分类】G718
在职业技术学校机械类专业所设置的课程中，机械制图课程是一门重要的技术基础课。

主要任务是培养学生具有一定的绘图和读图能力，包括图形表达能力、对物体的观察能力、空间思维能力、空间形体分析和构形能力等。

但影响这些能力的主要因素，是空间想象能力，从而教学的难处也就在于如何激发学生的学习兴趣、培养一定的立体空间想象力。

1 培养空间想象能力的直接途径
机械制图培养学生空间想象能力的直接途径，就是运用模型。

但是在教学中，一方面由于教学条件有限，模型的数量及种类尚不能满足需求；另一方面，职业技术学校的学生刚初中毕业，没有经过实践的锻炼，头脑中的立体概念很少，从而在学习中感到比较费劲，往往由平面投影想不出物体的立体形状。

教师仍沿用圆规、直尺、三角板、模型、纸质挂图等教具，有时要在黑板上画出图例，对于复杂图形来说，实在是费时费力，传授信息量受到很大的限制，而且效果也不是太好。

在培养和启发学生的空间想象能力和构思能力上，教学手段较为单一，内容多以静态为主，无法表现丰富多彩的三维动态对象，使学生难以形成完整的空间概念。

然而在教学中发现，既能给学生观看实物，又能帮助学生完成对形体形状的抽象和重组，在大脑中形成该形状的形状知觉，教学效果比较理想。

在此过程中，最好的方式莫过于进行SolidWorks三维实体造型。

学生既能轻松愉快地在大脑中形成三维形状与二维图形之间的直觉思维，又能从二维到三维、从三维到二维的反复应用，从而能较快的发展和提高学生的形象思维能力和空间想象能力。

于是让学生先看模型，根据模型想投影，再引入SolidWorks三维实体建模。

课堂绘制三维实体模型，能使学生从不同角度观察形体，然后进行分析讲解，与视图反复对照，不断拓展思路，从而提高读图和识图的综合能力。

在常用的教学手段的基础上引入SolidWorks三维实体建模，一方面提高了教与学的效率；另一方面使学生在学习阶段就能不断了解新技术，激发学习兴趣，培养空间思维、创新思维能力。

2 SolidWorks简介
SolidWorks是美国SolidWorks公司开发研制的三维设计软件。

SolidWorks实
施金伙伴合作策略，在单一的Windows界面上无缝集成各种专业功能：结构分析、数控加工、运动分析、注塑模分析、逆向工程、动态模拟装配、产品数据管理、高级渲染等。

SolidWorks是一套智能型的高级CAD/CAE/CAM组合软件，集设计、加工、分析功能于一身，能方便地进行三维实体设计、加工制造以及动力学及热力
学的各项分析。

SolidWorks的设计思路十分清晰，设计理念容易理解，模型采用参数化驱动，用数值参数和几何约束，来控制三维几何体建模过程，生成三维零件和装配体模型；再根据工程实际需要，做出不同的二维视图和各种标注，完成零件工程图和装配工程图。

从几何体模型直至工程图的全部设计环节，实现全方位的实时编辑修改，能够应对频繁的设计变更。

3 SolidWorks在机械制图教学中的作用
3.1 生动形象地演示教学模型
在相贯线的教学中，相贯线的形成及形状是教学难点，也是大部分学生都难以理解的，以致在画相贯线时经常出错。

在教学设计中，利用实体设计制作了两个直径不等的圆柱体（水平圆柱的直径大于直立圆柱的直径）正交的演示，学生可以形象地看出两正交圆柱体所得的相贯线。

并且，随着不断改变直立圆柱的直径，学生可以直观地看出相贯线的形状和位置也随之变化，最先相贯线的正面投影为上下对称的曲线，接着相贯线的正面投影为两条相交的直线，最后相贯线的正面投影为左右对称的曲线。

在此，还可以演示相贯线的线架图、隐藏线可见图等图，开阔学生的视野；与此同时，对于两正交等直径圆柱体和两正交不等直径圆柱体的相贯线进行比较，学生可以明显地看出不同情况下，相贯线的不同形状，加深了对相贯线的形成及形状的理解。

在此基础上，结合模型进行分析讲解，随着尺寸的缩放，电脑不仅能生动形象演示出相贯线的特征，而且能把关键转变点也充分突现出来，有助学生学会、学懂相贯线，从而取得较好的教学效果。

3.2 讲透知识重点难点，培养学生空间想象力
在断面图的教学中，学生常常不能正确、快速地想象出断面处的形状，而课堂上又缺乏相应的教学模型，导致学生画断面图常常出错。

当遇到剖切面通过回转面形成的孔或凹坑的轴线，或通过非圆孔时画移出断面图时，学生出错的概率更大。

如果
借助SolidWorks三维软件建模来直接生成，那么断面图的表示更直观、准确、说服力更强，使一些学生不容易弄懂的部分问题，很容易得到解决。

例1——画出如图1所示的移出断面。

从视图上看，图线不是太复杂，但一下子
要能想象出断面处的形状，还是有些困难的。

在此，如果教师马上拿出模型作讲解，那么会减少了对学生的空间想象能力的培养。

如果能使用SolidWorks的三维实体建模，绘制一根轴的三维实体模型，根据主视图的外形特征，做一步一步地切割，边演示边讲解，这样学生感受真切，易于接受，还可以更好地帮助学生对题目进行详细分析，并能将该轴上的盲孔和通孔的移出断面图表达清楚，解释清楚。

具体操作步骤如下：首先根据主视图利用SolidWorks软件制作实体（轴），接着开始切一个通孔，再接着切一个盲孔，得到最终实体如图2。

在每一次切的过程中，实体会产生变化，相应阶段的三视图也会产生变化。

最后用剖切面在A处切断，并用SolidWorks的创建爆炸视图功能，将其切割过程制作成动画，并将断面的形状用不同的颜色显示出来，如图3所示（深色区域为剖切面与轴接触的地方）。

使学
生形象、直观地看懂断面图的形成过程及形状，从而能准确的画出断面图（如图4所示）。

在图4中，用不同的颜色区分出移出断面图的画法，黑色图线是断面处
的形状，浅色图线是可见轮廓线，加深学生对移出断面图画法的理解。

图1 轴
图2 轴的实体
图3 断面处的形状
图4 移出断面图
除了在移出断面图的讲解中可以利用Solidworks，在棱柱的切割中也可以用到，
使学生清楚地理解截交线。

例2——完成如图5的切割体的投影。

利用SolidWorks制作实体正四棱柱（如
图6所示），接着按照主视图进行切割，并用爆炸视图制作切割过程的动画，如
图7所示，最后得到切割体的实体，如图8所示，并将截交线用不同颜色显示出来。

图5 切割体
图6 正四棱柱
图7 切割中的正四棱柱
图8 被切割的正四棱柱
由此，学生对于切割的过程以及切割体的形成都十分清楚，从而对于截交线也一清二楚，最后可以轻松地画出切割后的棱柱的三视图。

在此，用SolidWorks制作实体，加强了学生的立体概念，学生在看模型的过程中，头脑中不断积累立体的表象，表象积累多了，空间感性知识增强了，自然就容易想出空间形体的形状。

这种教学方法，让学生思维不断在二维和三维之间转换，从而不断提高空间想象能力。

3.3 激发学生的好奇心与求知欲
将多媒体课件和SolidWorks适时地穿插于教学之中，有利于激发学生的好奇心、求知欲。

例如，在虎钳装配图的教学中，大部分学生对于读懂虎钳的零件间的装配关系和工作原理存在问题，从而读不懂装配图图纸。

在教学设计中，利用实体制作出虎钳的各个零件，再利用SolidWorks装配功能，按照虎钳的工作原理、传动路线和零件间的装配关系，把零件装配起来，从而得到虎钳装配体。

并且利用SolidWorks动画功能，给丝杆添加一个力（旋转马达），进行计算机模拟，从而得到动态的虎钳的传动路线，非常形象直观地演示了虎钳的工作原理、传动路线和零件间的装配关系。

随着旋转马达的大小和方向变化，丝杆的运动快慢和旋转方向以及滑块移动的快慢，都会随之改变，从而吸引学生的注意力，激发学习兴趣，有助于加深对装配的理解，取得较好的教学效果。

3.4 理论联系实际，培养学生的设计能力和创新能力
首先，SolidWokrs一方面可充分发挥用三维工具进行产品开发的威力，提供从现有二维数据建立三维模型的强大转换工具。

SolidWorks能够直接读取DWG格式的文件，在人工干预下，将AutoCAD的图形转换成SolidWorks三维实体模型。

另一方面，符合Windows标准的应用软件，可以集成到Solid-Works软件中，
从而提供一体化的解决方案。

其次SolidWorks具有全相关的钣金设计能力。

钣金件的设计即可以先设计立体的产品，也可以先按平面展开图进行设计。

最后SolidWorks软件提供完整的、免费的开发工具(API)，可以用微软的Visual Basic、Visual C++或其他支持OLE的编程语言，建立自己的应用方案。

通过数据转换接口，SolidWorks可以很容易地将几乎所有的机械CAD软件集成到现在的设计环
境中来，从而设计出新产品。

4 结束语
总之，在职校的《机械制图》课程教学中，采用SolidWorks软件来教学，可以充分调动学生的积极性，激发学生的学习兴趣与求知欲。

不仅使学生掌握知识，而且提高学生的读图和画图能力，培养空间想象力和创新能力。

今后，不断结合学生实际与《机械制图》课的教学特点和要求，让SolidWorks更好的为教学服务，培养出适应社会需要的具有较强的动手能力和创新能力的高素质的劳动者。

参考文献：
[1]刘颖.浅谈CAD三维实体建模在机械制图教学中的应用[J].装备制造技术，2008，（10）.
[2]骆江峰，王锦，王军，顾国强.SolidWorks2006基础教程[M].北京：人民邮电出版社，2007.
[3]钱克强.机械制图（第五版）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2007.。