基于SolidWorks軟件的斷面圖交互式教學(xué)模式探討

謝中敏 胡超 朱閃閃

[摘? ? ? ? ? ?要]? SolidWorks軟件是一款基于特征性建模的三維輔助建模軟件，在機械制圖教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。利用SolidWorks建模軟件在斷面圖的教學(xué)中融入三維實體模型作為教學(xué)參考，有效地幫助學(xué)生理解斷面圖的形成與運用，加深學(xué)生對斷面圖畫法的理解，降低課程難度，提高學(xué)生機械制圖的學(xué)習(xí)效率。

[關(guān)? ? 鍵? ?詞]? SolidWorks;機械制圖;斷面圖

[中圖分類號]? G712? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標(biāo)志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文章編號]? 2096-0603（2022）05-0076-03

機械制圖是幾乎所有工程技術(shù)專業(yè)的一門研究繪制和閱讀工程圖樣的專業(yè)基礎(chǔ)課，該基礎(chǔ)課是理論與實踐高度融合的課程，在學(xué)習(xí)的過程中不僅需要學(xué)生掌握一定的繪圖方法，更需要學(xué)生能夠綜合運用基礎(chǔ)理論指導(dǎo)畫圖。如果教師仍采用傳統(tǒng)的教學(xué)手段和講授方法，學(xué)生對知識的掌握程度將會較薄弱，教學(xué)成效也并不明顯。隨著信息技術(shù)手段與教學(xué)改革的發(fā)展，更多的教學(xué)模式融入教學(xué)中。其中，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展有力地推動了制圖技術(shù)的自動化，教師在授課過程中可以通過計算機軟件創(chuàng)建零件的三維模型，全方位展示零件結(jié)構(gòu)特征，有益于學(xué)生提高空間想象能力。實踐表明，常規(guī)的講授方法以及枯燥、難懂的教學(xué)過程將隨著教學(xué)手段的運用變得通俗易懂，因而我們迫切需要尋找一種能直觀反映空間幾何關(guān)系的教學(xué)方法，通過教中有練、練后再教、教練結(jié)合，加深學(xué)生的理解、提高課堂效率[1-3]。本文將探討SolidWorks三維軟件與機械制圖教學(xué)中的斷面圖聯(lián)合運用的教學(xué)模式，旨在豐富教學(xué)模型的同時，降低抽象三維知識的教學(xué)難度，增加學(xué)生對知識消化、理解和運用的能力，不斷提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

一、三維建模軟件SolidWorks簡介

目前市場上開發(fā)應(yīng)用的三維CAD建模軟件較多，在高校教學(xué)應(yīng)用中普遍有Pro/E、UG、CATIA、SolidWorks等軟件，其中SolidWorks是一款基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的三維CAD輔助建模軟件，在目前的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)上得到廣泛的應(yīng)用，主要具備技術(shù)創(chuàng)新、功能強大和簡單易學(xué)等技術(shù)創(chuàng)新點，是針對初學(xué)者入門學(xué)習(xí)掌握知識內(nèi)容較快的一款三維CAD軟件。通過SolidWorks進行3D設(shè)計時可以針對用戶需求給出多種設(shè)計方案，以此來降低產(chǎn)品設(shè)計過程中出現(xiàn)的誤差，從而提高所設(shè)計零部件的準(zhǔn)確率與質(zhì)量。SolidWorks軟件中的零件模塊為基礎(chǔ)模塊，可以根據(jù)任務(wù)層次進一步劃分為零件設(shè)計、草圖設(shè)計、鈑金設(shè)計、曲面設(shè)計等設(shè)計模塊。三維造型模塊可以利用曲面建模、實體建模、模具設(shè)計等項目來完成?；赟olidWorks如此強大的建模功能，將三維虛擬模型引入機械制圖的課堂上，用以豐富教學(xué)形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[4-5]。

二、斷面圖畫法

（一）斷面圖形成

在機件表達過程中，很多情況下僅需要將剖切面與被剖切物體相互接觸的部分運用特定的表達方法繪制出來，而不需要繪制整個剖視圖，這時候就引出國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的一種特定的機件表達方法——斷面圖。這類特殊的表達方法主要用于表達物體某一局部的斷面形狀，而不是指機件的整體形狀。常見的需要選用斷面表達的形狀有物體上的鍵槽、小孔、肋板、輪輻等以及各種型材的斷面形狀等。下面我們將引出斷面圖是怎么形成的。

如圖1所示為某階梯軸的主視圖，結(jié)構(gòu)中包含鍵槽和銷孔。

圖1軸類零件包含鍵槽和銷孔，從二維平面圖中，學(xué)生無法理解階梯軸階梯的排列以及鍵槽與銷孔的真實形狀，為便于學(xué)生更容易讀懂階梯軸，在實際課堂教學(xué)過程中教師利用三維建模軟件SolidWorks進行現(xiàn)場創(chuàng)建該階梯軸的三維造型，如圖2所示。順利地完成了該圖形從二維平面到三維模型的轉(zhuǎn)換，充分展現(xiàn)了階梯軸的形狀特征，提高了學(xué)生的空間想象能力與學(xué)習(xí)興趣，降低學(xué)習(xí)難度。

針對圖示階梯軸的結(jié)構(gòu)特點，若要將其完全表達，則需要采用零件的其他圖示表達方法。圖3（a）為零件的左視圖表達，軸、鍵槽和銷孔的形狀特征已經(jīng)表達清楚了，但是鍵槽和銷孔的深度沒有清晰表達，表明此時如果采用三視圖繪制對應(yīng)的左視圖，不但繪圖煩瑣，而且視圖中虛線過多，存在表達不清晰問題。圖3（b）為采用剖視圖來表達鍵槽與銷孔，此時左視圖相對圖3（a）更清晰，鍵槽的深度被表達出來，采用剖視繪制出來的圖形比左視圖表達出來的圖形能更好地展現(xiàn)鍵槽的特征結(jié)構(gòu)。繼續(xù)探究會發(fā)現(xiàn)，圖3（b）剖視圖外面的圓跟鍵槽的表達并沒有任何的關(guān)系，可以省略，因為視圖主要是要了解鍵槽的深度，其他結(jié)構(gòu)在主視圖中已經(jīng)表達清楚了，因此，機件常用的表達方法中國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定提供了一種更易表達便捷的機件表達方法，這就是斷面圖，具體如圖3（c）所示。

在課堂教學(xué)中，為便于學(xué)生理解斷面圖的概念，可以將階梯軸的三維模型按照斷面的概念進行模型切斷，如圖4所示，然后將繪制的鍵槽斷面形狀在圖3（c）中展現(xiàn)。此時，將圖3中三種表達方法展示的圖形進行對比，不難發(fā)現(xiàn)，圖3（c）所采用的斷面圖不但表達方法簡單，而且圖形清晰，是一種非常實用的且簡易的機件表達方法。

（二）斷面圖中的特殊規(guī)定

在斷面圖的繪制過程中，為了視圖效果清晰、完整，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了斷面圖中的幾種特殊規(guī)定畫法。

圖5（a）為簡易軸軸段上的銷孔和凹坑的位置斷面圖，僅通過平面分析，很難看出銷孔和凹坑的實際形狀，在課堂教學(xué)中，采用SolidWorks軟件繪制出它的三維剖切圖，如圖5（b）所示，其可以很好地展現(xiàn)出銷孔與凹坑的完整形狀。

通過三維模型剖切分析，我們可以看出其斷面后繪制出來的視圖形狀如圖6（a）所示，不難看出，此時銷孔的斷面是開口，不具備完整性。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)剖切平面剖切到是通過回轉(zhuǎn)面而形成的孔或者凹坑的軸線情況下，這些結(jié)構(gòu)按剖視繪制，需要將剖切圖開口圓補全，如圖6（b）所示，這一點是學(xué)生表達中很容易忽視的。

圖7（a）為所示為某叉架類零件二維平面圖，為了更好地展示零件剖面后的斷面分離成圖情況，采用SolidWorks三維軟件繪制出它的三維模型圖，如圖7（b）所示。

對這個零件進行斷面圖繪制時，其結(jié)果出現(xiàn)了兩個完全分離的斷面，分別如圖8（a）所示，針對這種情況的結(jié)構(gòu)根據(jù)制圖標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)該按照剖視繪制，開口的兩條線需要補全，如圖8（b）所示。三維圖7（c）的構(gòu)建較好地加深了課堂教學(xué)中學(xué)生對分離斷面圖的理解。

三、結(jié)論

本文詳細地介紹了將SolidWorks三維軟件運用到斷面圖的交互式教學(xué)中，單元以斷面圖的形成及特殊規(guī)定為主線，為突破教學(xué)重點和難點，采用了三維動畫演示軸的結(jié)構(gòu)以及對軸進行旋轉(zhuǎn)、剖切等三維動畫演示的信息化手段，有利于學(xué)生快速建立感官認識，鍛煉學(xué)生的空間想象能力。教學(xué)實踐表明，大多數(shù)高職學(xué)生能夠在教師的課堂教學(xué)改革中尋找到學(xué)習(xí)知識點的興趣，順利完成教學(xué)任務(wù)要求。

參考文獻：

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[2]董赟，何天經(jīng)，李海燕，等.翻轉(zhuǎn)課堂模式下三維CAD軟件在機械制圖教學(xué)改革中的探索[J].天津科技，2019，46（4）：85-87，91.

[3]田慶敏，王彩鳳，陳聰.高職院校關(guān)于機械制圖與CAD實踐課程整合措施的教學(xué)研究[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2020（28）：104-105.

[4]萬浩，丁展，王健，等.SolidWorks在《畫法幾何及機械制圖》課程中的應(yīng)用探討[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（71）：186-188.

[5]徐英鋒.SolidWorks與機械制圖交互式教學(xué)研究[J].時代汽車，2019（18）：53-54.

編輯 鄭曉燕