机械制图实践性教学改革的新模式

2021-05-22于晓丹姚芳萍陈鸿飞

辽宁工业大学学报(社会科学版) 2021年2期

于晓丹，姚芳萍，陈鸿飞

机械制图实践性教学改革的新模式

于晓丹，姚芳萍，陈鸿飞

(辽宁工业大学机械工程与自动化学院，辽宁锦州 121001)

机械制图课程实践性教学，是把传统的理论教学与实践相结合，它充分利用三维造型软件形象逼真的特点，建立电子模型库，同时引入实体模型，直接绘制三视图，并从实际出发，测绘零部件，形成完整的零件图，从而能快速培养学生的空间想象力，有效地提高学生绘图、读图的综合应用能力和创新能力。

机械制图；立体模型；零件；实践性

机械制图是工科院校开设的一门技术基础课，需要学生有丰富的空间想象力、逻辑思维能力和创新能力，也是一门实践性较强的课程。它直接为设计和生产服务。传统的机械制图教学主要以授课为主，采用黑板，借助模型授课，信息量小效率低，直观性弱，无法提高学生的思维能力与绘图效率。这种传统教学模式不能满足高标准培养学生的要求，存在着许多问题与缺陷。随着对高素质、高能力、高技术人才培养的需求，在授课方面，增加了多种形式的实践性教学创新环节，进行了大胆的尝试，把理论课的知识穿插于实践，并在实践中得到应用，已成为一种新的教学模式。

一、绘制实物模型

根据教学需要，把习题中的模型和教材中的模型，做成学生看得见摸得着的实物模型，然后把各种模型分成平面立体、曲面立体、组合体等。模型材质可以是金属，也可以是硬质塑料。再把这些模型按照不同分类，发放到学生手中。学生拿到模型以后，非常开心，反复观察，认真研究，根据理论课学到的知识，对照模型，画出立体相交的相贯线和立体被截切后形成的截交线。组合体部分，是学生以后学习零件图和装配图的重要过渡阶段，直接影响零件图和装配图的读图和画图能力。

图1是两个圆柱体垂直相交，交线即相贯线，可以用重影性法，也可以用辅助平面法绘制[1]。具体画法是要在两个立体表面上先取公共点，做出公共点的三个投影，再把各点的同面投影连线，就形成图1所示的相贯线。

图1 立体相贯线

图2是四棱柱被一个正垂面和一个侧平面截切，该交线即截交线，必须用重影性法作出。

图2 立体截交线

从图2中可以看出，四棱柱的四个侧棱面均为铅垂面，其水平投影分别重影为直线，截交线的水平投影也重影在线上。截四棱柱的两个平面分别是正垂面和侧平面，它们的正面投影，各重影为一条线，截交线的正面投影与这两条线重合。由此可知，截交线上的点，既在截平面上，又在四棱柱立体表面上，其上的点是共有点，截交线是二者的公有线。利用在四棱柱表面取点的方法，做出截交线的投影，再把截平面之间交线的投影画出即可。

图3是一个组合体，要求由主、左视图，补画俯视图。这道题需要学生有丰富的空间想象力，才能想象出空间形状。该立体前后面各切除一槽口，这两个槽口与立体形成多个交线，有的交线是可见的，有的交线被立体遮住，俯视图上是看不见的。如果在课堂上，让学生完成这道题，绝大多数同学容易画错。有了实物模型以后，学生们不仅可以看到切口形成的交线，还可以看到截切后，各立体表面发生的变化。把实物模型分别向三个投影面作投影，就可以画出主视图、左视图和俯视图，便于学生掌握组合体被切割，形成交线的作图方法，同时加深学生了解画组合体视图所用的形体分析法和线面分析法。形体分析法就是假想把组合体分成若干个简单的基本形体，然后按其组合方式画到一起，形成视图。线面分析法是分析组合体中各条线和面所在的位置，从而了解各交线的投影，达到看懂图或者画三视图的目的。

图3 组合体交线

实物模型绘图形象直观，学生们可以开动脑筋，选用不同的方法来绘制交线，把二维绘图形和三维立体模型联系起来，促使他们的空间想象力和绘图能力得到迅速提高。

二、建立电子模型库

SolidWorks是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统软件，用SolidWorks针对学生作业和教材中的习题，制作立体模型，再用eDrawings软件，制作可控的动画播放，对学生的学习发挥了重要的作用。

模型库里有机械制图涉及到的立体、组合体、标准件和常用件以及零件图和装配图等所有部分的三维模型。针对不同模型，该软件可以连续播放动画，可以对零件生成不同的视图。学生对模型可以平移、旋转、剖切、放大、分解等操作，尤其是机械制图表达方法中的剖视图部分，由于零件是完整的，学生对零件的内部结构看不到，此时用eDrawings软件特有的剖切功能，就可以按照自己想要的方式把零件剖开，展示不同方位的内部结构，让内部结构外部化，所有问题就迎刃而解了。

图4(a)模型是一个前后对称件，直接画主视图，会出现许多虚线，如图4(c)[2,3]。机械制图表达方法中，要求虚线越少越好。为了消除虚线，必须将机件沿着前后对称面剖开，把前部分拿走，使其内部结构展示出来，见图4(b)。这样就能看到里面的两个孔是通孔，中间挖槽的深度，也一目了然。把剖切平面后的结构留下，再向正投影面作投影，如图4(d)，画出的主视图，就没有虚线了。此时要在主视图中，画剖视图规定的符号——剖面线。

图4 剖开模型

机械制图最终的目的，是绘制零件图和装配图，这两部分对于学生来说都是非常难画的图形，尤其是装配图部分。学生对机器的结构、工作原理、传动路线和装拆顺序不够了解。电子模型库中有减速箱、机油泵、洗刀头、回油阀、机用平口虎钳等模型，对每个模型，系统都可以自动运行，模拟仿真其工作原理和传动路线，并能展示其装配关系，甚至可以把各零件进行分解。

图5(a)是机用平口虎钳，钳身安装在机床的工作台上，起固定作用。功能是用于夹紧工件，以便进行切削加工。为了了解其工作原理和传动路线，用电子模型库中的播放功能，可以看出：用扳手转动螺杆，带动螺母左右移动。因为螺旋线有两个运动：沿轴线转动和轴向移动，螺杆被轴向固定，所以只能转动。当螺母左右移动时，螺母带着螺钉（自制螺钉）、固定钳身、钳口板做左右移动，开口处被打开或者关闭，就能夹紧或松开工件。用电子模型库中的分解功能，可以把各零件分解出来，见图5(b)，每个零件的结构和外形一目了然。如此，我们可以对每个零件，具有清晰地了解，还可以对其工作过程、拆装过程进行动态仿真，自动运行，达到形象逼真的效果。

图5 机用平口虎钳

三、零件测绘

测绘是实践性教学环节的一个重要部分，也是培养学生实际工作能力的重要手段。针对轴套类、盘盖类、叉架类、箱体类这四种典型零件的工艺结构分析，选择恰当的视图和表达方法。先绘制零件图，然后确定各类零件尺寸标注的主要基准和辅助基准。主要基准只能有一个，辅助基准根据要求可以设置多个，各基准之间是有尺寸联系的。

图6是减速箱上的从动轴零件，测绘时首先要了解该零件的工艺结构，有退刀槽和倒角，再确定该零件的尺寸基准。

轴类零件尺寸基准分为轴向尺寸基准和径向尺寸基准：轴向的尺寸基准一般是重要的轴肩或者端面，径向的主要尺寸基准一般是轴线。该件轴向的主要尺寸基准是中间部分的轴肩，辅助基准是左端面，如图7所示。主要基准和辅助基准之间的尺寸是56mm。该件径向的尺寸基准是轴线。找到基准以后，从这些基准出发，测量和标注各部分结构的尺寸。先标注每个结构的定形尺寸，然后标定位尺寸，最后要标注总体尺寸。标尺寸的同时要考虑到零件加工测量和检验的要求，不能标注封闭的尺寸链。尺寸标注是零件图的难点，只有多做测绘件练习，才能掌握它的要领。

图6 从动轴零件

轴类零件常见的表达方法：画图时一般按加工位置将轴线水平横放，并将小直径一端放在右面，平键键槽朝前，采用垂直于轴线的方向作为主视图的投影方向。对于图7从动轴零件，先画一个主视图，表达零件各部分结构和位置关系，此件各部分都是同轴回转体。主视图基本能表达出各部分的直径和长度，对于图中的两个键槽，须用移出断面图，表达其深度等结构，如图7所示。

图7 从动轴零件图

零件图还有一个重要的组成部分是零件的表面结构即零件表面粗糙度，它是评定零件表面质量的一项技术指标。该件表面结构一共采用四种不同的取值，按照国家标准，准确地标注在零件图上，见图7。通过选用和标注粗糙度，学生对不同的加工方法，有了更深地了解。经过测量数据，绘制零件草图，到最终形成零件图，学生需经过反复修改和查阅资料，付出很大的辛苦。通过这样的测绘过程，他们学到了课堂上学不到的知识，设计能力有了突飞猛进的发展。