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[摘要]《机械制图》是一门研究工程图样的绘制和识读的课程，本文介绍了在机械制图教学过程中，运用SolidWorks进行辅助教学从而提高了教学效率，增加了学生的学习兴趣，使学生能够更加形象直观地掌握绘制与识读工程图的技巧。
[关键词]SolidWorks 机械制图 教学应用
《机械制图》是机械类专业通用的一门实践性很强的技术基础课。课程以工程图样为研究对象，培养学生掌握阅读和绘制机械图样的基本知识、基本方法，使学生具有一定的读图能力、空间想象和思维能力，从而通过掌握这门工程技术语言，进行技术交流。近些年来，高职教育课程改革不断推进，《机械制图》课程逐步向“降低理论，突出应用”过渡，课时也逐渐减少，实物模型和多媒体课件已是当今《机械制图》课程教学过程中必不可少的教学手段。实物模型使学生最直观地了解零件的造型，使初学者一目了然，然而实物模型过于死板，学生往往只见树木不见森林，一时之间很难起到举一反三的效果。多媒体课件弥补了实物模型的缺点，教师课前通过准备大量实例，制作PPT，丰富了教学过程，提高了教学效率。但这却需耗费教师大量的时间，当教材有所改变，教师势必要重新制作课件。结合笔者教学过程中的体会，本文叙述了SolidWorks在《机械制图》教学中的应用，丰富了教学过程，提高了学生学习兴趣，并为学生后续三维软件课程的学习奠定了基础。
一、SolidWorks简介
SolidWorks是美国SolidWorks公司开发的世界上第一个基于Windows的三维CAD系统，它的最大特点是易学易用[1]，一般用户几天之内就可以上手。其非常有特点的“特征树”和“回退控制棒”可以使模型展示回退到选定步骤，能够非常方便地重现零件的建模过程。同时，SolidWorks四视图窗口可以同时显示零件不同方位的图形，辅以视图定向和显示样式，使学生很清楚就能理解零件各视图之间的关系及形成。当零件三维造型建模完成之后，还可以直接生成符合国标的零件图，从而提高学生阅读工程图的能力。
二、SolidWorks在《机械制图》教学中的应用
（一）SolidWorks在三视图作图基础中的应用
将物体放在三投影面体系中，按正投影法向各投影面投射，即可分别得到正面投影、水平投影和侧面投影[2]。在以往的教学过程中，为了给学生讲解清楚三视图之间的对应关系，教师往往需要带上实物模型，加以电子课件作为辅助。实物模型携带不便，预先制作的电子课件又很难做到面面俱到，尽管教师在讲台上滔滔不绝，声情并茂，然而对于初学制图的学生来说，空间感不强，还是很难理解各视图之间的对应关系，听得一头雾水。利用SolidWorks四视图功能进行辅助教学，则能大大改善这一窘境。如图1所示。在SolidWorks四视图模式中，主视、左视、俯视之间的关系是相互链接的，符合制图过程中的“长对正，高平齐，宽相等”原则。教师可以随时改变空间形体的长、宽、高等属性，三视图会同时改变。同时，当选择形体的某元素（点、线、面）时，三个视图中也能直接反应出来，通过对比形体与三个基准面之间的关系，学生能够迅速理解视图之间的对应关系，做到事半功倍。
图1：SolidWorks四视图显示模式
（二）SolidWorks在组合体教学中的应用
由简单几何体通过叠加、切割、穿孔等操作形成的较复杂物体称为组合体。组合体单元的教学在《机械制图》课程中是重点，也是难点。首先必须使学生掌握物体是经由几个步骤形成，每个步骤的特征是什么，其特征如何反映到三视图上。在这单元的教学中，需要学生进行大量的绘图与读图练习。实物模型比较笨重，且不一定能符合题意，多媒体课件则很难做到举一反三。利用SolidWorks基于“特征树”的建模方式，可以实时展现组合体的形成过程；利用“回退控制棒”则可以对形成过程进行再分析，同时改变特征，起到举一反三的效果。下面通过组合体中一个典型的叠加类组合体来讲解利用SolidWorks进行辅助教学的过程。
首先，引入待分析组合体，如图2所示。经过形体分析，支架可以分为六个部分：左搭板、肋板、竖直圆筒、水平圆筒、底部圆环、右搭板。接下来分析每个组成部分之间的连接关系，例如左搭板和竖直圆筒是相切关系，右搭板和竖直圆筒是相交关系等等，如图3所示。
图2：支架轴测图
图3：支架轴测分解图
接下来从组合体主要部分竖直圆筒入手，将支架用SolidWorks建模，学生便能更加清楚直观地了解整个分析过程，然后引导学生完成支架三视图。支架建模特征树如图4（a）所示，最后一步特征下方的横线即为“回退控制棒”，利用“回退控制棒”可以将建模特征返回，以便学生能够更清楚地观察和理解反映在组合体上的每一个特征引入,如图4所示。对应每一个特征，SolidWorks四视图可以将支架的三视图实时显示在每个窗口，配合教师的讲解，学生就能够非常容易画出支架的三视图，图5所示为当“回退控制棒”在底部圆环时支架的三视图。利用SolidWorks的剖面视图功能还能很方便地将组合体剖开，让学生观察组合体内部结构。
图4：支架建模特征树和回退控制棒
图5：底部圆环步骤的支架三视图
通过这种方法，教师可以循序渐进地引导学生掌握绘制组合体三视图的方法，很好地帮助学生正确理解三视图的含义。
（三）SolidWorks在零件图和装配图教学中的应用
SolidWorks不仅能非常方便地进行三维建模，而且提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。
SolidWorks支持多种工程图标准，如国标（GB）、美国国家标准（ANSI）等等，这使得学生在学习工程图的绘制时非常方便。当零件的三维模型发生改变时，工程图的各个视图、装配关系都会发生相应的改变。图6为SolidWorks绘制的千斤顶底座的工程图。
图6：千斤顶底座工程图
在讲授装配图时，教师可以预先制作好零件进行虚拟装配，通过添加零件之间的约束关系，完成整部机器的安装，然后直接生成装配图。配合爆炸图，更加清楚地展示机器中零件之间的位置关系和装配关系，必要时加以动画，方便教师讲解，也加深了学生的理解，同时提高了学生识读装配图的能力。
三、结语
SolidWorks功能强大，简单易用，建模速度快，使得其应用非常广泛。在《机械制图》教学过程中，应用SolidWorks进行辅助教学，制作多媒体课件，使教师能够将脑中的三维构想形象、直观地展现在学生面前，增加了学生的学习兴趣。因此，利用SolidWorks进行《机械制图》的教学是非常有效果的。
[参考文献]
[1]江洪,杨勇,乔兰东,SolidWorks实例解析-曲线、曲面、仿真、渲染[M].北京:机械工业出版社,2004.10
[2]钱可强,机械制图(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2003;
（作者单位：常州纺织服装职业技术学院机电工程系）
[关键词]SolidWorks 机械制图 教学应用
《机械制图》是机械类专业通用的一门实践性很强的技术基础课。课程以工程图样为研究对象，培养学生掌握阅读和绘制机械图样的基本知识、基本方法，使学生具有一定的读图能力、空间想象和思维能力，从而通过掌握这门工程技术语言，进行技术交流。近些年来，高职教育课程改革不断推进，《机械制图》课程逐步向“降低理论，突出应用”过渡，课时也逐渐减少，实物模型和多媒体课件已是当今《机械制图》课程教学过程中必不可少的教学手段。实物模型使学生最直观地了解零件的造型，使初学者一目了然，然而实物模型过于死板，学生往往只见树木不见森林，一时之间很难起到举一反三的效果。多媒体课件弥补了实物模型的缺点，教师课前通过准备大量实例，制作PPT，丰富了教学过程，提高了教学效率。但这却需耗费教师大量的时间，当教材有所改变，教师势必要重新制作课件。结合笔者教学过程中的体会，本文叙述了SolidWorks在《机械制图》教学中的应用，丰富了教学过程，提高了学生学习兴趣，并为学生后续三维软件课程的学习奠定了基础。
一、SolidWorks简介
SolidWorks是美国SolidWorks公司开发的世界上第一个基于Windows的三维CAD系统，它的最大特点是易学易用[1]，一般用户几天之内就可以上手。其非常有特点的“特征树”和“回退控制棒”可以使模型展示回退到选定步骤，能够非常方便地重现零件的建模过程。同时，SolidWorks四视图窗口可以同时显示零件不同方位的图形，辅以视图定向和显示样式，使学生很清楚就能理解零件各视图之间的关系及形成。当零件三维造型建模完成之后，还可以直接生成符合国标的零件图，从而提高学生阅读工程图的能力。
二、SolidWorks在《机械制图》教学中的应用
（一）SolidWorks在三视图作图基础中的应用
将物体放在三投影面体系中，按正投影法向各投影面投射，即可分别得到正面投影、水平投影和侧面投影[2]。在以往的教学过程中，为了给学生讲解清楚三视图之间的对应关系，教师往往需要带上实物模型，加以电子课件作为辅助。实物模型携带不便，预先制作的电子课件又很难做到面面俱到，尽管教师在讲台上滔滔不绝，声情并茂，然而对于初学制图的学生来说，空间感不强，还是很难理解各视图之间的对应关系，听得一头雾水。利用SolidWorks四视图功能进行辅助教学，则能大大改善这一窘境。如图1所示。在SolidWorks四视图模式中，主视、左视、俯视之间的关系是相互链接的，符合制图过程中的“长对正，高平齐，宽相等”原则。教师可以随时改变空间形体的长、宽、高等属性，三视图会同时改变。同时，当选择形体的某元素（点、线、面）时，三个视图中也能直接反应出来，通过对比形体与三个基准面之间的关系，学生能够迅速理解视图之间的对应关系，做到事半功倍。
图1：SolidWorks四视图显示模式
（二）SolidWorks在组合体教学中的应用
由简单几何体通过叠加、切割、穿孔等操作形成的较复杂物体称为组合体。组合体单元的教学在《机械制图》课程中是重点，也是难点。首先必须使学生掌握物体是经由几个步骤形成，每个步骤的特征是什么，其特征如何反映到三视图上。在这单元的教学中，需要学生进行大量的绘图与读图练习。实物模型比较笨重，且不一定能符合题意，多媒体课件则很难做到举一反三。利用SolidWorks基于“特征树”的建模方式，可以实时展现组合体的形成过程；利用“回退控制棒”则可以对形成过程进行再分析，同时改变特征，起到举一反三的效果。下面通过组合体中一个典型的叠加类组合体来讲解利用SolidWorks进行辅助教学的过程。
首先，引入待分析组合体，如图2所示。经过形体分析，支架可以分为六个部分：左搭板、肋板、竖直圆筒、水平圆筒、底部圆环、右搭板。接下来分析每个组成部分之间的连接关系，例如左搭板和竖直圆筒是相切关系，右搭板和竖直圆筒是相交关系等等，如图3所示。
图2：支架轴测图
图3：支架轴测分解图
接下来从组合体主要部分竖直圆筒入手，将支架用SolidWorks建模，学生便能更加清楚直观地了解整个分析过程，然后引导学生完成支架三视图。支架建模特征树如图4（a）所示，最后一步特征下方的横线即为“回退控制棒”，利用“回退控制棒”可以将建模特征返回，以便学生能够更清楚地观察和理解反映在组合体上的每一个特征引入,如图4所示。对应每一个特征，SolidWorks四视图可以将支架的三视图实时显示在每个窗口，配合教师的讲解，学生就能够非常容易画出支架的三视图，图5所示为当“回退控制棒”在底部圆环时支架的三视图。利用SolidWorks的剖面视图功能还能很方便地将组合体剖开，让学生观察组合体内部结构。
图4：支架建模特征树和回退控制棒
图5：底部圆环步骤的支架三视图
通过这种方法，教师可以循序渐进地引导学生掌握绘制组合体三视图的方法，很好地帮助学生正确理解三视图的含义。
（三）SolidWorks在零件图和装配图教学中的应用
SolidWorks不仅能非常方便地进行三维建模，而且提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。
SolidWorks支持多种工程图标准，如国标（GB）、美国国家标准（ANSI）等等，这使得学生在学习工程图的绘制时非常方便。当零件的三维模型发生改变时，工程图的各个视图、装配关系都会发生相应的改变。图6为SolidWorks绘制的千斤顶底座的工程图。
图6：千斤顶底座工程图
在讲授装配图时，教师可以预先制作好零件进行虚拟装配，通过添加零件之间的约束关系，完成整部机器的安装，然后直接生成装配图。配合爆炸图，更加清楚地展示机器中零件之间的位置关系和装配关系，必要时加以动画，方便教师讲解，也加深了学生的理解，同时提高了学生识读装配图的能力。
三、结语
SolidWorks功能强大，简单易用，建模速度快，使得其应用非常广泛。在《机械制图》教学过程中，应用SolidWorks进行辅助教学，制作多媒体课件，使教师能够将脑中的三维构想形象、直观地展现在学生面前，增加了学生的学习兴趣。因此，利用SolidWorks进行《机械制图》的教学是非常有效果的。
[参考文献]
[1]江洪,杨勇,乔兰东,SolidWorks实例解析-曲线、曲面、仿真、渲染[M].北京:机械工业出版社,2004.10
[2]钱可强,机械制图(第二版)[M].北京:高等教育出版社,2003;
（作者单位：常州纺织服装职业技术学院机电工程系）