Solidworks 在机械制图教学中的应用与探讨

张信群

（滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000）

Solidworks 在机械制图教学中的应用与探讨

张信群

（滁州职业技术学院，安徽 滁州 239000）

机械制图教学必须适应三维CAD技术的发展，培养学生形成三维空间的思维方式应作为重要教学目标之一。本文根据SolidWorks软件在机械制图教学中应用的实践，探讨了SolidWorks软件应用到机械制图教学中的必要性和对对机械制图教学的重要促进作用。

机械制图；SolidWorks；三维造型；二维图形；装配。

机械制图是一门传统的专业基础课，它在机械类各专业的课程体系中占有重要的地位。由于它的特点是抽象性较强，对空间想象能力要求较高，这决定了机械制图的学习也是一个艰苦的过程。在教学实践中，学生普遍反映制图课难学。如何提高教学质量，是每一个制图教师面临的课题。目前，AutoCAD软件已经普遍应用于制图教学中，增加了课堂信息量，使师生从繁重的手工绘图中解放出来。但是由于AutoCAD是一种表达平面图形为主的二维软件，所以传统的制图教学的思维方式并没有发生本质变化。而随着三维CAD技术的发展和应用，必须探索一种与三维设计相适应的制图教学新模式。笔者根据多年的教学实践，对SolidWorks软件在机械制图教学中的应用进行粗浅的探讨。

一、三维软件应用于机械制图教学的必要性

传统的机械零件的产生过程，是设计者先在头脑中构思出来零件的三维实体，然后通过生产者的加工，使之变成实际的零件。以前由于三维建模手段缺乏，在设计者和生产者之间的三维信息交流受到阻碍，设计者只有借助二维图纸平台表达自己的三维设想，而生产者根据二维图形，重新在头脑中想象出三维实体造型，然后再加工出来。所以一个零件的产生是从三维到二维，再从二维到三维的过程，其中二维图形起着必要的媒介作用。

从机械制图的教学来看，也是与这一过程相适应的。教师花很多时间培养学生的空间想象力，强调绘制和阅读二维图形的重要性，教给学生如何运用平面的投影规律来解决三维的空间问题。但是，从二维到三维，是一个艰难而痛苦的空间想象过程，这也成为许多学生对机械制图课产生惧怕心理的主要原因。

随着三维绘图软件的大规模推广和使用，现在设计人员的工作平台是计算机，设计构思是通过三维建模来实现的。由于数控技术的运用，在设计和加工之间可以直接进行三维数据的交换，二维图形已经不再是传递三维空间构思的必要途径。虽然二维图形在尺寸标注、技术要求注写等方面仍有优势，但其作用在弱化，而且二维图形也可以不专门绘制，而直接从三维模型中转化获得，视图的种类、位置和剖视图、断面图等都可以根据需要进行设定而自动生成。

现代设计方式决定了三维实体造型在机械制图课程中的教学地位，笔者认为，培养学生形成三维空间的思维方式而不是二维的表达方法，应作为机械制图课的重要教学目标之一。教师在机械制图教学中频繁使用三维造型，不断强化学生三维造型的意识，使学生潜移默化中逐步形成三维空间的思维方式。

二、SolidWorks对机械制图教学的重要促进作用

目前，三维CAD绘图软件很多，如SolidWorks、UG、Pro/E、Solidedge等，它们都具有三维造型功能。而SolidWorks以其强大而完善的功能、简单而方便的操作，特别适合在课堂上较短时间内完成零件造型，应用到制图教学中有明显的优越性。

（一）SolidW orks的应用能够改进传统教学手段

利用实物模型增强教学的直观性，是机械制图教学中传统的教学手段。实物模型能够在一定程度上增强教学的直观性，但是实际零件的构造千变万化，而教师所掌握的模型种类毕竟有限，所以无法满足教学过程中的每个实例。

SolidWorks软件具有强大的实体造型功能，可以通过草图的绘制产生基本图形，再对其进行拉伸、旋转、切除、扫描、放样、抽壳等操作便可获得任意形状的形体。并可以通过修改某一尺寸或几何关系来自动改变形体，达到举一反三的效果。

教师可以按照教学需要，应用SolidWorks软件建立起虚拟模型库，涵盖教材和习题册中出现的典型模型，在教学过程中可以方便的调用，从而节约了时间，增加了教学信息量。并且实体模型形象逼真、色彩丰富，可以给学生强烈的感观刺激，提高学习兴趣。

（二）SolidW orks的应用能够帮助学生空间思维

为培养学生空间思维能力，制图教学需要进行大量的二维与三维之间的双向思维训练。比如由实体画出三视图、由三视图想象出三维实体的结构形状等。在传统的教学中，教师在黑板上板图或对照挂图分析讲解，引导学生进行空间构思，想象出空间形体。但是构思的结果只能对照立体图形验证。而且也无法展现出同一类形体的结构变化状态。

引入SolidWorks软件进行辅助教学，可以降低二维图形和三维立体的投影转换的难度，教师可以先建立起零件三维实体模型，进行实时动态旋转变换和视图定向，引导学生多方位观察，帮助学生在大脑中形成和强化立体形象，然后直接将三维实体生成二维视图，并且可以根据需要随时在三维模型和二维视图之间进行切换。在此基础上讲解投影规律和绘图方法，学生会自觉地与大脑中储存的立体信息进行对照，逐步形成正确的认识。这样形象化的读图过程减轻了学生空间思维的负担，教学效果明显改善。

（三）SolidWorks的应用能够辅助多媒体教学

随着现代教育技术的发展和应用，多媒体课件已经成为机械制图教学的重要手段。制图课件中虽然也包含了一定数量的图形和立体样本，但是这些样本是不能随意更改的，所以教师的临场发挥受到了限制，也不能根据教学需要随时实现形体的空间展示。将SolidWorks与多媒体课件教学相结合，则可以突破课件固定内容的限制。在遇到课件表现不清楚的问题或者需要补充图例时，教师可以在课堂上利用Solid－Works及时、快速地建立实体造型，在相同的教学时间内学生能够接触到更多的图样，丰富了课件的内容。并且大量现场完成的实体造型营造出自由、生动、宽松的教学氛围，更能够激发出学生强烈的探求欲望和参与意识。

（四）SolidWorks的应用能够培养学生创新能力

现代设计方式要求设计者具有很强的空间思维能力和三维创新设计能力。在制图课程的教学过程中，教师并不要求学生完全掌握SolidWorks这种软件，学生只要能够进行一些常用的操作即可。但是教学实践证明，由于SolidWorks软件强大的三维造型功能，极大地激发了学生的学习热情，一般他们都会利用课外时间学习SolidWorks软件更多的功能。在制图课程中很多形体构造的教学环节，学生都可以充分发挥自己想象力，然后利用Solidworks建模加以验证，在这个过程中学生体味到成就感，从而激发了学生的创造欲望，培养了学生的创新意识。三维造型的技术手段不仅促进了机械制图课程的教学效果，而且还在后续的专业课程中发挥了重要的作用，有助于学生设计能力和创新能力的培养。

三、SolidWorks在制图教学中的应用实例

装配图是机械制图教学中最后的教学单元，综合性较强，难度较大，主要是因为大一的学生对机械零部件缺乏感性认识，往往对各零件的装配关系和装配过程理解不清晰。传统的教学方法是将笨重的装配体搬入课堂，边拆卸边讲解各零件的主要构造和装配关系。这种方法不仅需要准备较多的工、量具，费时费力，而且很难将各零件的内部构造和完整的装配过程演示给学生。而教师利用Solidworks软件进行零件造型和虚拟装配，不仅可以多角度引导学生观察个零件的内、外结构，还可以对装配体进行动态的工作过程运动模拟。教学过程更加生动，教学内容也更加清晰。

下面以轴组件的装配图为例，介绍SolidWorks在机械制图教学中的应用。轴组件装配图如图1所示。

图1 轴组件装配图

（一）建立轴组件的装配体

课堂演示时启动SolidWorks，新建一个装配体文件，然后按照装配的过程，依次导入各个零件（教师应该在课前将各零件造型建好备用）。

(1)导入轴零件作为固定件

首先导入的零件作为固定件，它是装配的基础。本例中，轴是整个装配体的主干结构，所以应作为固定件首先导入，如图2所示。

图2 导入轴零件

(2)完成键与轴键槽的装配配合

键与轴键槽的装配配合实际上就是选择配合面并在配合面之间添加必要的约束关系，以此来限定零件的位置和方向。在本例中，选择键的上表面和轴键槽的底面、键的侧面和轴键槽的侧面、键的曲面端和轴键槽的曲面端作为配合面，如图3所示，配合关系选择“重合”，则键就完全固定在轴的键槽中。(3)同理，可以将齿轮和轴承插入装配体中，最后完成轴组件装配体如图4所示。

图3 键与轴键槽装配配合

图4 轴组件装配体

（二）设置外部零件的透明材质

在SolidWorks中，可以赋予每个零件不同的颜色。本例中，可以依次为各个零件选择合适的颜色，以增强视觉效应，给学生在大脑中留下深刻的印象。

另外，还可以通过调整外部零件的透明度，来显示被遮盖的零件。在本例中，可以将“齿轮”零件设置为透明材质，学生可以清楚地观察到里面的零件，从而更好地理解各零件之间的位置关系。

图5 轴组件装配体爆炸视图

（三）模拟轴组件的装配过程

为了进一步加深学生对装配体结构的印象，教师可以制作装配体的爆炸视图，以分离出装配体中的各零件，并形象地展示各零件的装配过程。生成爆炸视图后，各零件会沿着设定的路径、在特定的时间内完成仿真动画，学生可以观察到各零件的位置和它们之间的装配关系。爆炸视图如图5所示。

教学实践证明，将SolidWorks应用到机械制图教学过程中，能够将抽象的、静态的理论知识讲授转化为生动的、形象的认知过程，不仅化解了教学难点，更能激发学生的学习积极性，使枯燥乏味的制图课堂教学变得生动活泼、魅力无穷。同时有利于引导学生形成和深化三维思维方式，增强学生使用计算机辅助设计的能力，为以后的专业课学习和工作奠定坚实的基础。

[1]陈爱华．SolidWorks在《机械制图》教学中的应用[J].职业教育研究,2007，（3）．

[2]江 庆．SolidWorks三维造型在机械制图综合实践中的应用[J].机械管理开发.2008，（1）．

[3]李雪玮，卢建红．基于SolidWorks的三维模型库在工程制图中的应用 [J].山西大同大学学报（自然科学版）,2008，（1）.

[4]张海英，谢建军，刘万强．基于SolidWorks软件的《机械制图》教学改革与案例探讨[J].洛阳师范学院学报,2009，（5）．

G712 < class="emphasis_bold">文献标识码：A

A

1671-5993（2011）02-0070-03

2011-05-03

张信群(1970-)，男，安徽滁州人，滁州职业技术学院机电系教授。