Solidworks在“机械制图”装配图教学中的应用研究

余志伟

(江汉大学智能制造学院，湖北 武汉 430056)

0 引言

“机械制图”是探讨绘制机械图样的理论、方法和技术的一门技术基础课[1]。本课程从点、线、面的空间投影规律入手，逐步拓展至三维实体的空间投影，培养学生的空间想象力、构型思维能力和抽象思维能力，并初步形成分析工程问题的基本思维方法和解决实际问题的基本能力。

在传统的教学方法中，讲授装配图的绘制与识读知识时，主要是通过PPT里的图片、视频和模型来讲解知识点。由于装配图内容复杂，一般图纸尺寸大，图线密集，限于投影仪的分辨率和投影幅面的限制，难以清楚地展示其中的细节问题。而视频都是提前录制好的，只能按照固定的顺序播放，当学生提出不同的想法时，就无法根据需要及时作出调整。由于装配体一般比较复杂，实物模型一般为金属制造，成本高，重量大，移动展示不方便。而且由于教室空间的限制，前排的学生看得清楚，后面得学生看不清楚。同样也无法根据实际需要来做临时修改，因此使装配图的讲堂教学过程变得比较单一、枯燥和难以对实时变化作出及时反馈，无法生动、直观和灵活地表达需要讲解的内容，因而需要寻找一种更加有效的教学方法，解决以上问题。

1 Solidworks软件简介

Solidworks软件是法国达索公司的一款基于Windows操作系统开发的三维CAD集成设计软件。该软件以参数化特征造型为基础，具有功能强大、易学易用以及创新性等特点，能够提供不同的设计方案，减少设计工作中的错误，帮助广大的工程设计人员极大地提高设计效率[2]。

在零件模块中利用曲面或者实体方式，完成零件的三维建模。然后在装配模块中进行调用，再进行虚拟装配，最后形成装配体。装配模块中的爆炸视图，可以沿着机器的装配干线分解各个零件，从而能够直观地表示出各零件间的相对位置和装配关系。由于以上功能特点，将Solidworks软件应用到“机械制图”装配图教学当中，主要具备了以下几点优势[3]：

1.1 软件使用界面简洁、友好，操作简单

能够让使用者快速掌握软件的基本操作方法，降低使用难度，提高使用效率，适合在课堂上教学过程中根据学生提出的问题快速做出反应，具有实时建模和反映灵活的优势。

1.2 三维建模功能强大、高效

Solidworks软件采用的是基于特征的三维建模方式，零件的造型通过不同的特征一步步表达出来。通过Solidworks软件自带的绘制草图、拉伸、旋转、抽壳等命令[4]，建立零件的实体模型，建模过程清晰、简洁。当零件的尺寸或者结构发生改变时，只需要通过修改零件的草图，即可实时生成新的立体，非常方便高效。还可以对三维模型赋予密度、质量等属性，还可以添加各种材质，渲染出不同的效果图，使模型看上去更加形象和真实。

1.3 二维绘图能力快捷、实用

Solidworks软件自带工程图模块，通过三维模型直接生成其二维图形。可以根据零件的种类不同，生成不同的视图表达方案。比如生成三视图、剖视图、断面图和轴测图等，还可以对生成的视图进行编辑、标注尺寸等操作。

2 Solidworks软件在装配图教学中的应用实例

装配图是表达机器或部件整体结构的一种图样。主要内容包括一组图形、尺寸标注、技术要求、标题栏和明细栏。在教学工作中，重点和难点有两个地方。一个是读装配图分析装配过程和工作原理。另一个是读装配图拆画零件图。传统教学中，在这2个地方花费大量的时间和精力，而教学效果却差强人意。下面分别从这两方面举例，分析说明如何结合SolidWorks的三维建模和虚拟装配功能，解决其中存在的问题。

读装配图分析装配过程和工作原理是装配图教学过程中很重要的一个知识点，也是学生学习的时候感觉比较困难的地方。装配体的教学模型一般由金属制造，成本高，重量大。为了教师携带方便，都会做得比较小。在教室里演示的时候，不利于后面学生的观察。除此以外，装配体模型还有一个实际问题，就是小零件比较容易丢失。常常是用了一段时间以后，部分机器由于小零件的丢失变得残缺不全，重新购买也会增加不少的教学成本。

我们利用Solidworks软件的三维建模和虚拟装配功能，就能很好地解决这些问题。在Solidworks软件中，教师可以对教学模型进行三维建模和虚拟装配。在讲课的时候，教师可以在软件中对装配体的细节部分进行实时放大，方便学生观察每一处细节。在讲解装配体的内部结构的时候，可以利用Solidworks的剖切、显示和隐藏零件等功能，将装配体按照讲解的需要进行相应的剖切，对于某些零件进行隐藏或者显示，这样更方便、直观地让学生观察装配体的内部结构，了解零件之间的相关位置、连接方式和装配关系，了解其工作原理，使教学过程变得更加直观、形象和高效。

下面以虎钳为例，展示Solidworks在装配图教学中的实际应用。虎钳的3D装配图和爆炸图如图1和图2所示。在软件中，教师可以任意角度旋转模型，方便学生从各种角度观察。

图1 虎钳3D装配图

图2是虎钳的爆炸图，方便学生观察零件之间的相对位置、连接方式和装配关系，了解其工作原理。

图2 虎钳爆炸图

读懂了装配图的装配过程和工作原理以后，就要开始学习读装配图拆画零件图了。拆画零件图的时候，需要学生根据装配图中零件的投影，来想象零件的空间形状。虎钳由11种零件装配而成，结构比较复杂。在投影的过程中，零件的投影难免有重叠和遮挡的情况出现，要想象出零件的空间结构和形状是比较困难的。

利用Solidworks软件强大的建模功能，先将装配图中的零件进行三维建模。上课的时候，教师对零件进行任意角度的旋转和实时放大，方便学生观察零件的空间形状和细节。还可以将模型按照6个基本视图和轴测图方向进行摆放，方便学生从空间不同视角来观察零件的投影，建立空间和平面之间的对应关系，培养学生的空间感。对于内部结构比较复杂的零件，根据零件的结构特点，选择全剖、半剖、局部剖等剖切方式，方便学生观察零件的内部结构，降低学生的学习难度。建好零件的三维模型以后，教学过程中还可以根据学生的想法，现场调整相关参数，改变零件的形状和结构，实时生成新的立体，丰富教学内容的同时，还可以培养学生的空间构型能力。部分主要零件三维建模如图3、图4所示。

图3 方螺母

图4 螺杆

3 结语

通过教学实践表明，将Solidworks的三维建模和虚拟装配技术应用到“机械制图”装配图课堂教学过程中，使得原来比较抽象、难讲的理论知识变得生动、直观，提高了课堂教学效率，降低了学生学习难度。在促进师生互动交流的同时，也激发了学生的学习积极性和主动性，并为后续的专业课程学习打下坚实的基础。