方清華
(江漢大學(xué)智能制造學(xué)院,湖北 武漢 430056)
機械制圖測繪是一門綜合實踐類課程,是學(xué)生接觸的第一次綜合性實踐教學(xué)過程。在開展此實踐環(huán)節(jié)之前,學(xué)生已經(jīng)學(xué)過機械制圖課程及計算機繪圖課程,在教學(xué)過程中,教師可以選擇實驗班或者第二課堂,應(yīng)用三維繪圖軟件Solidworks進行測繪訓(xùn)練,讓同學(xué)能夠?qū)⑺鶎W(xué)理論與實際設(shè)計結(jié)合起來,激發(fā)學(xué)生探索工程設(shè)計的興趣,提高分析問題、解決問題及實踐動手能力。通過三維繪圖軟件Solidworks對測繪零件進行構(gòu)型、裝配及生成工程圖等環(huán)節(jié)訓(xùn)練,大大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提高了測繪效率,同時也能夠提高教師的課堂教學(xué)管理效率及效果。
《機械制圖測繪》是對機器或部件進行實物測量與繪制的課程,根據(jù)現(xiàn)有的機器和部件進行測量,畫出草圖,然后繪制裝配圖和零件圖的過程稱為測繪[2]。在生產(chǎn)實踐中,設(shè)計新產(chǎn)品,引進新技術(shù),仿制某種產(chǎn)品、對原有設(shè)備進行技術(shù)改造或修配時,都會遇到測繪工作。在對現(xiàn)有機器或部件測繪前,要初步了解測量工具的使用和測量方法,分析部件的用途、性能、工作原理、裝配關(guān)系、安裝過程及拆卸順序等等。在拆卸零件時,注意裝拆順序,要先用簡單的圖線和符號繪制裝配示意圖,甚至可以應(yīng)用照相或錄像等手段記錄。接下來,要對零件的結(jié)構(gòu)進行分析,使用工具對零件進行相關(guān)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的測量,可徒手繪制零件草圖,并注重零件與零件之間的尺寸關(guān)系和協(xié)調(diào)。然后可以應(yīng)用尺規(guī)或計算機繪圖整理各零件圖,繪制部件的裝配圖。通過機械制圖測繪環(huán)節(jié)訓(xùn)練,為以后的工程實際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。機械制圖測繪課程一般在大一第二學(xué)期末或大二第一學(xué)期開始進行,既是工科學(xué)生的基本功,也為后續(xù)課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
機械制圖測繪的傳統(tǒng)模式主要采用的是手工尺規(guī)繪圖為主,往往集中在一周之內(nèi)完成,時間安排短,所選部件多為減速箱,工作量大,學(xué)生為了趕進度,匆忙畫圖,往往沒有經(jīng)過細致的分析,總結(jié)零件的結(jié)構(gòu)特點和表達方案,對一些標注的合理性,工藝結(jié)構(gòu)的要求等等,以及裝配圖的布圖,工作原理,編號排序等等,各方面考慮會有不足。時常會出現(xiàn)表達錯誤、布圖不合理,需要返工的現(xiàn)象,修改起來很麻煩,往往重新繪制的多,加大了學(xué)生工作量。由于手繪工作量大,學(xué)生會出現(xiàn)畏難情緒,遲遲不愿動筆。一些同學(xué)應(yīng)付心理強,機械性的模仿多于思考。
同時,如果考慮到大多數(shù)同學(xué)進度,選用臺虎鉗或齒輪油泵,對于有些基礎(chǔ)知識扎實、繪圖速度快的同學(xué),有吃不飽的現(xiàn)象,不便于個性化教學(xué)。傳統(tǒng)教學(xué)是注入式教學(xué),學(xué)生處于被動性學(xué)習(xí)狀態(tài),有些班級雖結(jié)合CAD二維繪圖軟件,繪制零件圖及裝配圖,方便修改各零件間的結(jié)構(gòu)尺寸協(xié)調(diào),但也會出現(xiàn)拷貝現(xiàn)象,增加老師批改查重的工作量。
針對機械制圖測繪所選部件多為臺虎鉗或齒輪油泵或減速箱,下面以臺虎鉗為例,將三維教學(xué)軟件Solidworks引入教學(xué)中,Solidworks三維軟件可以生成爆炸圖、渲染圖,甚至可以模擬動畫和運動仿真。對于讀圖能力要求高的機械制圖測繪環(huán)節(jié),測繪完成后,可以利用Solidworks構(gòu)建三維模型,通過三維軟件的自身特點進行虛擬裝配,生成爆炸圖,反映零件的裝配干線,生成工程圖,并與自己的草圖表達方案對比,進行調(diào)整和修改工程圖,同樣的方法可以繪制裝配圖。
在教學(xué)過程中間可以引進二維三維繪圖軟件,通過測繪徒手繪制草圖,用二維繪圖軟件整理成正規(guī)的零件圖,用三維軟件構(gòu)型立體,并進行裝配,圍繞強調(diào)過程、知識應(yīng)用、工程能力3個方面進行考核,學(xué)生學(xué)習(xí)參與主動性提高,師生之間是互動性學(xué)習(xí)狀態(tài)。在整個環(huán)節(jié)過程中,強化徒手繪圖能力和計算機繪圖相結(jié)合的綜合能力,不僅能表達產(chǎn)品的幾何形狀,還可以對產(chǎn)品的性能進行優(yōu)化。
機械制圖測繪的改革,可以將機械制圖測繪環(huán)節(jié)分散到機械制圖教學(xué)過程中進行,對應(yīng)于不同章節(jié)內(nèi)容進行,而非集中一周內(nèi)教學(xué)集中一周教學(xué),時間節(jié)奏緊,學(xué)生并沒有弄清楚整個測繪過程,而只是忙于應(yīng)付完成畫圖任務(wù),依賴老師批改糾錯,效果差。
學(xué)生在機械制圖測繪分散過程化教學(xué)中,在每周完成不同的零件測繪,包括徒手繪制草圖,CAD繪制零件圖,Solidworks繪制三維立體圖。如圖1所示,學(xué)生在過程化教學(xué)中用Solidworks繪制的非標螺紋,虎鉗零件方螺母。
圖1 非標螺紋方螺母
機械制圖測繪課程的改革,若因為課程學(xué)時限制而無法采用分散的過程化教學(xué)時,在測繪周建議改革成分組式教學(xué)。雖然傳統(tǒng)教學(xué)也有分組,但大多內(nèi)容相同,都忙于自己畫圖,沒有團隊合作意識。
分組式教學(xué),可以加強學(xué)生的自主性、選擇性,也可以提高團隊隊員的創(chuàng)新意識。
采用分組式教學(xué),讓學(xué)生自主地選擇傳統(tǒng)的測繪部件方式,還是選擇組合的測繪方式?學(xué)生可以自主地進行團隊組隊,自由選擇成員,每組可以根據(jù)不同同學(xué)的實力,分配不同的任務(wù),各盡所能,共同完成一整套的測繪任務(wù),團隊隊員之間無需做重復(fù)性勞動,不僅節(jié)約了時間,而且也避免了拷貝。如圖2所示,某組甲同學(xué)繪制的活動鉗口。
如圖3所示,某組乙同學(xué)繪制的固定鉗身,圖2及圖3是分組式教學(xué)過程中不同同學(xué)學(xué)習(xí)Solidworks之后繪制的臺虎鉗不同零件的三維立體圖。
圖2 活動鉗口
圖3 固定鉗身
Solidworks三維設(shè)計包括草圖繪制、零件建模、虛擬裝配等[3],在分組式教學(xué)中,完成零件建模后,可以匯總到組長或某一個同學(xué)進行裝配,如圖4所示,臺虎鉗。還可以進行干涉檢查,生成并按照國標修改調(diào)整工程圖等。
圖4 臺虎鉗
同時,測繪工程引入Solidworks三維設(shè)計軟件后,針對不同同學(xué),可以開展個性化教學(xué),比如可以對本組測繪內(nèi)容進行延伸,同學(xué)可以自選渲染圖、爆炸圖,也可以選擇動畫演示及運動仿真等。
將Solidworks三維設(shè)計軟件應(yīng)用到機械制圖測繪教學(xué)中,不管是過程化教學(xué)還是分組式教學(xué),既可以鍛煉學(xué)生獨立完成某項任務(wù)的能力,更能培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作能力和團隊精神,根據(jù)不同分工,學(xué)生可以完成零件建模,虛擬裝配以及后續(xù)的技術(shù)文檔撰寫,課程結(jié)業(yè)答辯的PPT制作等等,收到事半功倍的效果。
將Solidworks應(yīng)用到機械制圖測繪中,將抽象的視圖變得更為簡單和直觀,解決了由“立體到視圖再到立體”的閉環(huán)訓(xùn)練,有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實際工程能力,提升了三維空間的想象力,提高了測繪的工作效率。在重視徒手繪圖能力訓(xùn)練,引入二維三維繪圖實踐的基礎(chǔ)上,未來可以根據(jù)學(xué)校條件,加入3D打印技術(shù),打印零部件,讓測繪更有趣。