采用三维软件Solidworks的工程图学教学实践

2022-09-12

随着计算机技术的飞速发展,传统的设计制造模式已经发生了根本变化,设计人员可以直接利用计算机造型技术创建三维实体并进行分析,直接生成数控代码进行加工,这种生产模式的变化已经引起了工程图学教学模式的深刻变化。传统的工程图学的教学重点主要放在平面投影、二维工程制图的表达[1],很多学生由于缺乏空间想象力对该门课的学习感到吃力,而三维设计过程由于和学生的思维规律一致,实现了思维过程和设计过程的统一。我们利用三维设计软件Solidworks的强大三维造型功能,进行工程图学的辅助教学,将人工读图的思维方式和利用软件建模结合起来,一边进行教学内容讲解,一边演示作图过程,从而引导学生的思维不断的深入,不断和相关知识进行有机结合,提高了学生的学习兴趣和空间想象能力,收到了较好的效果。

在2009年9月份举行的第二届“高教杯”全国大学生先进图形技能与创新大赛中,我校代表队荣获了大赛机械类最高奖团体一等奖的优异成绩,下面我们把如何利用Solidworks三维设计软件进行工程图学教学过程作一简要介绍。

1 Solidworks软件简介

Soidworks是美国Soidworks公司开发的三维CAD软件,是一个基于特征的参数化实体建模设计工具,它集零件造型、装配造型和自动生成二维工程图等功能于一体,不仅具有强大的建模能力,而且有高效的零件建模效率[2]。Soidworks目前全球用户超过20万,国外大多数公司在招聘人员时要求具有使用Soidworks的经历,其三维实体建模系统具有易教、易学、易用的特点。

Soidworks软件具有很强的智能装配功能,不用单击任何命令,仅用鼠标模拟人手操作就能完成装配工作,能够根据已经建立的三维模型自动生成完整的,实际生产认可的工程图,可以在剖视图中自动生成剖面线,如果修改三维模型,与其相关的工程图、装配体会自动更新。它还具有利用特征管理器来记录特征的创建过程的结构树,可以使模型展示回放到不同的状态,结构树还提供激活零件、装配体或工程图的大纲视图,这将使观阅模型或装配体如何建造以及检查工程图中的各个图纸和视图更容易,设计人员可以在任何时刻显示和编辑实体的结构树,可以暂时关闭结构树上的某一分支,以提高运算速度。

2 Soidworks在机械制图教学中的应用

2.1 Soidworks相关贯线教学中的应用

画出物体的截交线和相贯线是工程图学教学中的难点,以前的教学中需要用大量的实物去演示说明,但是这些实物对于

图2齿轮泵装配图相交物体内部的相贯线和截交线的显示却无能为力,利用Soidworks软件进行绘制和处理图形,通过构造三维模型,不仅可以直观地显示截交线和相贯线,还可以动态地显示截交线和相贯线的变化。

例如:圆锥和圆柱孔正交相贯,利用Soidworks软件只需正确画出圆锥和圆柱孔的三维图,相贯线便会自动产生,学生很容易观察到。将实体设置为透明,无论是在实体的内部或外部,直观性都大大增强如图1所示,再利用旋转命令,我们就可以从不同的角度观察到相贯线的显示状态,此时可以结合相贯线的一些特殊点,进行画法讲解。如果将圆锥的形状保持不变,圆柱孔的半径由小变大,就可以动态观察相贯线随尺寸的变化情况。

2.2 Soidworks在装配图教学中的应用

Soidworks具有强大的零件虚拟装配设计功能,虚拟装配是虚拟制造的重要组成部分,利用虚拟装配可以验证装配设计和操作的正确与否,以便及早的发现装配中的问题,适时对模型进行修改,并通过可视化显示装配过程。

例如,我们在进行工程图学装配图内容的讲解时,直接进行零件的虚拟组装,帮助学生了解装配体的工作原理、装配关系、各零件的相对位置关系、以及典型零件的结构特点,在虚拟装配和零件的干涉检查过程中,零件的建模和装配错误都会被准确直观地显示出来,因为在虚拟装配实施对象、操作过程,均与生产实际情况高度吻合,因而可以生动直观地反映产品装配的真实过程,使仿真结果具有高可信度.强化了学生的工程设计理念。在装配体中可以将和典型零件无关的零件隐藏起来,只剩下典型零件,就可以很容易地了解典型零件的结构特点了,这有助于学生对拆画零件图概念的理解。利用Soidworks生成齿轮泵的装配图如图2所示,生成齿轮泵的爆炸图如图3所示。

2.3 Soidworks在机件表达方法教学中的应用

Soidworks的三维模型可以自动生成精确的二维工程图纸,并可以在二维视图中显示尺寸和技术要求。在授课过程中可利用三维造型模块创建三维实体,再把三维实体直接插入到二维的工程图纸中去,生成零件的基本视图、斜视图、局部视图、轴测图及剖视图等,然后进行讲解。

例如,剖视图是表达零件内部结构形状的主要方法,由于零件内部结构形状比较复杂,不少学生不知道如何正确选择剖切方法,以及剖切平面的剖切位置,在作图时分不清哪些地方应该填充剖面线,导致将剖面线位置画错,针对这种情况,通过演示这些视图及对应的立体图的制作过程,直接观察被剖切后的立体图,就可以解决这一问题。除外,Soidworks三维模型转二维工程图还能帮助学生理解波浪线作为局部剖视图的分界线时,不能超出视图的轮廓线,要在零件的表面有孔或槽处断开等内容。利用Soidworks创建的支架的三维模型图如图4所示。