原创《基于SolidWorks的三维动态建模辅助机械制图教学》
本文是机械制图类毕业论文格式模板范文与机械制图和SolidWorks和建模有关论文范本。
中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16871/j.cnki.kjwhb.2018.08.032
摘 要机械制图课程是机械专业学生的基础课,理论与实践要求都很高,对于没有专业基础和实践经验的学生来说,学习起来非常困难.采用三维制图软件SolidWorks 辅助教学,可有效地培养学生的空间思维能力,快速掌握机械制图的专业知识,形成专业技能.
关键词SolidWorks 软件三维建模机械制图空间思维能力
Three -dimensional Dynamic Modeling Based on Solid原Works to Assist Mechanical Drawing Teaching // Shi Weihua
Abstract As a basic course for mechanical majors, mechanicaldrawing has high theoretical and practical requirements on students,so it is very difficult for students to learn the course well ifthey he no professional foundation and practical experience.With the assistance of the three-dimensional drawing softwareSolidWorks in teaching, students´ spatial thinking ability can becultivated effectively, so that they can rapidly grasp the basicknowledge of mechanical drawing and form professional skills.Key words SolidWorks software;three-dimensional modeling;mechanical drawing;spatial thinking ability
1 引言
早在文字出现以前,人类就开始以图形为沟通交流的工具,在生产劳动和社会活动中进行信息传递,这与我们今天的机械图纸的性质非常接近.图形是客观存在通过视知觉在人大脑中的反映,是视觉与思维的产物.早在17 世纪捷克著名教育家Johann Amos Comenius（夸美纽斯）提出“直观性”教学原则,就是通过运用真实事物标本、模型、图片等为载体传递教学信息,进行具体的教学活动,由他编写的一本带有150 幅插图的教科书《世界图解》被认为是教育技术发展史上最重要的成就之一.
2 目前现状
在传统的机械制图教学过程中,教师使用挂图、PPT 和零件模型来辅助教学,挂图和PPT 大部分都是静态的图片,不能产生较强的视觉效果,吸引力较差,即使PPT 中有一些动画也是提前做好的,课堂的随机性差,而且需要占用教师的大量备课时间.零件模型展示倒是相对有效的教学方法,但对于教材和练习图册中大量三维图形,用有限的零件模型来展示教学是做不到的.更重要是模型很难直观地表达零件的内部结构,不能满足教学要求,教师讲课空洞枯燥,学生理解困难,不利于调动学习的积极性.
机械制图的实质是用二维的图样,来表达三维的零件形状及装配总成的方法,这就需要学生从二维平面到三维空间之间不断的转换.以往教师授课时,首先在学生头脑中建立起零件的三维实体形状,而后利用投影方法,把头脑中的三维实体投影在二维平面上；在读图时又将各个视图的信息通过想象还原成三维实体形状,这样一个复杂的思维过程,学生难以理解,且容易出错.如果利用三维CAD 软件的实体建模功能,在电脑上建立虚拟模型,并动态显示,再配合多媒体信息化教学手段,能有效地增强视觉的刺激性和直观性以及趣味性,从而训练学生的空间思维能力,能得到良好的教学效果.在诸多的三维CAD 软件中,SolidWorks软件以其强大的实体建模、零件装配和运动仿真功能与机械制图形成交互式教学模式,使课程内容易教易学.
3 SolidWorks软件介绍
Solidworks 是一款基于windows 开发的三维辅助设计软件系统,采用参数化的建模技术,不仅具有强大的建模能力,而且有高效的建模效率,是诸多三维软件中能够实现相同目的,但操作及界面最容易掌握的软件之一.软件由草图绘制、零件设计、装配、工程图、钣金设计、模具设计、运动仿真等多个模块组成,每一个模块都有自己独立的功能,设计人员可以根据需要来调用其中的某一个模块进行设计,方便快捷.其零件模型、工程图和装配体是完全相关联的,对模型的修改可实现同步更新.
4 SolidWorks软件在课程中的应用
4.1 在基本几何体中的应用
基本几何体包括多面体和旋转体,有棱柱、棱台、棱锥和圆柱、圆台、圆锥等,这些都是生活中常见的简单形体,但是如果按照机械制图的相关规定,把组成这些形体的点、线、面投影到二维的平面上,初学者会感到意向模糊、难以想象.如果利用SolidWorks 的建模模块,教师可在课堂上迅速完成零件的建模.例如四棱台（图1）.
首先在水平基准面上画出矩形,然后利用“拉伸”工具,并勾选“拔模”和填写拔模角度,单击确定,建模结束,再利用“窗口- 四视图”“视图定向”等功能（图2）,展示正平面、侧平面、水平面三个方向的投影图形或多方位多视角的三维立体图,并讲述投影原理,这样学生不仅看到了模型生成的全过程,还能看到模型在三维空间的姿态.另外还可以进行颜色或材料纹理的渲染,增强视觉效果便于记忆.再如,在二维草图界面上画一个直角三角形,运用“旋转”工具,选择三角形的任意一条直角边作为旋转轴,,可以自动生成为一个圆锥（图3）,方便快捷,一眼即明.以截交线概念为教学代表,可以在已经建好的三维模型上,运用“剖切”工具,观察切割平面和截交线（图4）.拖动箭头可改变切割平面的位置.这样的观摩教学方式,能吸引学生的视线,拉住注意力,易学易懂.
4.2 在组合体中的应用
组合体是由若干个基本几何体叠加而成,组合体的绘图和读图是学习的重点和难点,这就更加需要借助实体演示增加立体感,单凭想象学生会非常困难.利用SolidWorks软件,教师可在课下备课时完成基本几何体的建模,课上运用“插入”工具进行叠加演示,一步步建立三维组合体模型（图5）.由于组合体种类偏多,教师还可针对常用的教学例子建立一个虚拟化的模型库,方便讲课时调用.这样的教学方式非常直观,既能让学生掌握知识,又能锻炼学生空间思维能力和独立分析的方法.
4.3 在装配图中的应用
装配图表达的是机器或部件的结构形状和装配关系,结构复杂,基本没有教学用模型,大都用平面挂图进行讲解,讲授和理解难度都较大,也是教学中的重点和难点.大多学生在学习的过程中比较吃力.使用SolidWorks 软件,教师可预先做好零件的模型,课上首先调出零件动态展示各个零件的结构、形状、功能,然后运用装配模块进行装配过程演示.SolidWorks 软件的装配功能操作简便,只用鼠标就能完成,形象直观（图6）.软件拥有强大的标准件库,可随时调用各种标准件,使用起来方便快捷.装配完毕后可用“剖面”工具观察内部结构和装配关系,如图7 所示.这样,不仅增加了学生的学习兴趣,也提高了教学效率,更利于学生的理解,清楚了零件之间在空间的位置关系,为读懂工程图奠定基础.
4.4 在工程图中的应用
正确绘制工程图样是机械制图学习的终极目标,除了正确画好零件二维图的投影关系外,还要掌握很多图纸标注的相关规定,包括图纸规格和标题栏；视图与线型；尺寸公差、形位公差和表面粗糙度以及技术要求和其它注释.这些都是国家标准规定,没有灵活性可言,只能死记硬背,授课与学习都枯燥乏味.使用SolidWorks辅助教学有以下优点：模型和工程图是相关联的,建模后可直接生成二维投影视图；图纸规格可直接调用,软件提供了包括国标在内的多种标准的图纸模板,省去图框及标题栏的绘制；尺寸标注、形位公差标注、表面粗糙度及其它注释,参数化设计,鼠标拖动智能添加.这样教师在授课时节省了大量绘图时间,更多的时间用来讲解,提高了效率,有效地解决了课时少的问题.
5 结语
总之,使用SolidWorks 三维建模软件作为辅助教学工具,进行机械制图教学,可以对教材及习题集中的所有图形进行模型化处理,全方位多视角立体化展示,可有效地启迪和锻炼学生的空间思维能力,使教学中的重点难点变得直观和容易理解,从而提高教学质量；色彩的渲染和动画演示,使课堂变得生动有趣,并可为多媒体信息化课件的制作提供丰富的素材.教学实践证明,将三维建模软件与机械制图课程相互交叉的教学方法,切实有效,值得推广.
机械制图论文参考资料：
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