基于SolidWorks软件的断面图交互式教学模式探讨

谢中敏 胡超 朱闪闪

[摘           要]  SolidWorks软件是一款基于特征性建模的三维辅助建模软件，在机械制图教学中得到广泛应用。利用SolidWorks建模软件在断面图的教学中融入三维实体模型作为教学参考，有效地帮助学生理解断面图的形成与运用，加深学生对断面图画法的理解，降低课程难度，提高学生机械制图的学习效率。

[关    键   词]  SolidWorks;机械制图;断面图

[中图分类号]  G712                   [文献标志码]  A                   [文章编号]  2096-0603（2022）05-0076-03

機械制图是几乎所有工程技术专业的一门研究绘制和阅读工程图样的专业基础课，该基础课是理论与实践高度融合的课程，在学习的过程中不仅需要学生掌握一定的绘图方法，更需要学生能够综合运用基础理论指导画图。如果教师仍采用传统的教学手段和讲授方法，学生对知识的掌握程度将会较薄弱，教学成效也并不明显。随着信息技术手段与教学改革的发展，更多的教学模式融入教学中。其中，计算机技术的飞速发展有力地推动了制图技术的自动化，教师在授课过程中可以通过计算机软件创建零件的三维模型，全方位展示零件结构特征，有益于学生提高空间想象能力。实践表明，常规的讲授方法以及枯燥、难懂的教学过程将随着教学手段的运用变得通俗易懂，因而我们迫切需要寻找一种能直观反映空间几何关系的教学方法，通过教中有练、练后再教、教练结合，加深学生的理解、提高课堂效率[1-3]。本文将探讨SolidWorks三维软件与机械制图教学中的断面图联合运用的教学模式，旨在丰富教学模型的同时，降低抽象三维知识的教学难度，增加学生对知识消化、理解和运用的能力，不断提升学生的学习兴趣。

一、三维建模软件SolidWorks简介

目前市场上开发应用的三维CAD建模软件较多，在高校教学应用中普遍有Pro/E、UG、CATIA、SolidWorks等软件，其中SolidWorks是一款基于Windows系统开发的三维CAD辅助建模软件，在目前的产业化生产上得到广泛的应用，主要具备技术创新、功能强大和简单易学等技术创新点，是针对初学者入门学习掌握知识内容较快的一款三维CAD软件。通过SolidWorks进行3D设计时可以针对用户需求给出多种设计方案，以此来降低产品设计过程中出现的误差，从而提高所设计零部件的准确率与质量。SolidWorks软件中的零件模块为基础模块，可以根据任务层次进一步划分为零件设计、草图设计、钣金设计、曲面设计等设计模块。三维造型模块可以利用曲面建模、实体建模、模具设计等项目来完成。基于SolidWorks如此强大的建模功能，将三维虚拟模型引入机械制图的课堂上，用以丰富教学形式，激发学生的学习兴趣[4-5]。

二、断面图画法

（一）断面图形成

在机件表达过程中，很多情况下仅需要将剖切面与被剖切物体相互接触的部分运用特定的表达方法绘制出来，而不需要绘制整个剖视图，这时候就引出国家标准规定的一种特定的机件表达方法——断面图。这类特殊的表达方法主要用于表达物体某一局部的断面形状，而不是指机件的整体形状。常见的需要选用断面表达的形状有物体上的键槽、小孔、肋板、轮辐等以及各种型材的断面形状等。下面我们将引出断面图是怎么形成的。

如图1所示为某阶梯轴的主视图，结构中包含键槽和销孔。

图1轴类零件包含键槽和销孔，从二维平面图中，学生无法理解阶梯轴阶梯的排列以及键槽与销孔的真实形状，为便于学生更容易读懂阶梯轴，在实际课堂教学过程中教师利用三维建模软件SolidWorks进行现场创建该阶梯轴的三维造型，如图2所示。顺利地完成了该图形从二维平面到三维模型的转换，充分展现了阶梯轴的形状特征，提高了学生的空间想象能力与学习兴趣，降低学习难度。

针对图示阶梯轴的结构特点，若要将其完全表达，则需要采用零件的其他图示表达方法。图3（a）为零件的左视图表达，轴、键槽和销孔的形状特征已经表达清楚了，但是键槽和销孔的深度没有清晰表达，表明此时如果采用三视图绘制对应的左视图，不但绘图烦琐，而且视图中虚线过多，存在表达不清晰问题。图3（b）为采用剖视图来表达键槽与销孔，此时左视图相对图3（a）更清晰，键槽的深度被表达出来，采用剖视绘制出来的图形比左视图表达出来的图形能更好地展现键槽的特征结构。继续探究会发现，图3（b）剖视图外面的圆跟键槽的表达并没有任何的关系，可以省略，因为视图主要是要了解键槽的深度，其他结构在主视图中已经表达清楚了，因此，机件常用的表达方法中国家标准规定提供了一种更易表达便捷的机件表达方法，这就是断面图，具体如图3（c）所示。

在课堂教学中，为便于学生理解断面图的概念，可以将阶梯轴的三维模型按照断面的概念进行模型切断，如图4所示，然后将绘制的键槽断面形状在图3（c）中展现。此时，将图3中三种表达方法展示的图形进行对比，不难发现，图3（c）所采用的断面图不但表达方法简单，而且图形清晰，是一种非常实用的且简易的机件表达方法。

（二）断面图中的特殊规定

在断面图的绘制过程中，为了视图效果清晰、完整，国家标准规定了断面图中的几种特殊规定画法。

图5（a）为简易轴轴段上的销孔和凹坑的位置断面图，仅通过平面分析，很难看出销孔和凹坑的实际形状，在课堂教学中，采用SolidWorks软件绘制出它的三维剖切图，如图5（b）所示，其可以很好地展现出销孔与凹坑的完整形状。

通过三维模型剖切分析，我们可以看出其断面后绘制出来的视图形状如图6（a）所示，不难看出，此时销孔的断面是开口，不具备完整性。根据国家标准规定，当剖切平面剖切到是通过回转面而形成的孔或者凹坑的轴线情况下，这些结构按剖视绘制，需要将剖切图开口圆补全，如图6（b）所示，这一点是学生表达中很容易忽视的。

图7（a）为所示为某叉架类零件二维平面图，为了更好地展示零件剖面后的断面分离成图情况，采用SolidWorks三维软件绘制出它的三维模型图，如图7（b）所示。

对这个零件进行断面图绘制时，其结果出现了两个完全分离的断面，分别如图8（a）所示，针对这种情况的结构根据制图标准规定应该按照剖视绘制，开口的两条线需要补全，如图8（b）所示。三维图7（c）的构建较好地加深了课堂教学中学生对分离断面图的理解。

三、结论

本文详细地介绍了将SolidWorks三维软件运用到断面图的交互式教学中，单元以断面图的形成及特殊规定为主线，为突破教学重点和难点，采用了三维动画演示轴的结构以及对轴进行旋转、剖切等三维动画演示的信息化手段，有利于学生快速建立感官认识，锻炼学生的空间想象能力。教学实践表明，大多数高职学生能够在教师的课堂教学改革中寻找到学习知识点的兴趣，顺利完成教学任务要求。

参考文献：

[1]李十芬.高职院校机械制图课程信息化教学探究[J].山西青年，2021（20）：141-142.

[2]董赟，何天经，李海燕，等.翻转课堂模式下三维CAD软件在机械制图教学改革中的探索[J].天津科技，2019，46（4）：85-87，91.

[3]田庆敏，王彩凤，陈聪.高职院校关于机械制图与CAD实践课程整合措施的教学研究[J].现代职业教育，2020（28）：104-105.

[4]万浩，丁展，王健，等.SolidWorks在《画法几何及机械制图》课程中的应用探讨[J].教育现代化，2019，6（71）：186-188.

[5]徐英锋.SolidWorks与机械制图交互式教学研究[J].时代汽车，2019（18）：53-54.

编辑 郑晓燕