機(jī)械測(cè)繪課程設(shè)計(jì)是我國高校機(jī)械類和近機(jī)類專業(yè)普遍開設(shè)的一門重要實(shí)踐課程，是機(jī)械制圖教學(xué)中一個(gè)重要后續(xù)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生利用一周時(shí)間，對(duì)典型的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行工作原理分析，拆卸、安裝并使用簡單的測(cè)繪工具如鋼板尺、游標(biāo)卡尺、內(nèi)外卡鉗、各種螺絲刀等對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行測(cè)量，畫出零件圖和裝配圖并標(biāo)注尺寸，填寫明細(xì)表和技術(shù)要求。其目的是加強(qiáng)、鞏固、深化、擴(kuò)展課堂教學(xué)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力及操作能力，進(jìn)一步提高學(xué)生分析問題和解決問題的水平。但是傳統(tǒng)的手工測(cè)繪和計(jì)算機(jī)二維繪圖的實(shí)踐方式已經(jīng)落后于時(shí)代，手工測(cè)繪工作量大，重復(fù)勞動(dòng)較多，修改復(fù)制不方便，學(xué)生普遍興趣不高，以AutoCAD為代表的二維繪圖軟件一度成為計(jì)算機(jī)繪圖和輔助設(shè)計(jì)的首選軟件，在高校機(jī)械測(cè)繪教學(xué)實(shí)踐中得到普遍應(yīng)用，但是近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，三維彩色圖像仿真技術(shù)和軟件編程技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)繪圖已從二維平面圖發(fā)展到三維立體圖，機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)也從二維設(shè)計(jì)發(fā)展到三維設(shè)計(jì)。當(dāng)前不少CAD應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)將設(shè)計(jì)、繪圖、分析、仿真、加工等一系列功能集成于一體，并在國內(nèi)外得到廣泛應(yīng)用。因此對(duì)機(jī)械測(cè)繪課程設(shè)計(jì)的改革迫在眉睫，讓學(xué)生在機(jī)械測(cè)繪的繪圖實(shí)踐中就掌握三維CAD軟件的應(yīng)用尤為重要。
    
   1 、使用三維建模設(shè)計(jì)軟件的優(yōu)點(diǎn)和必要性
   
    (1)隨著先進(jìn)數(shù)控設(shè)備及大量的CAD/CAM/CAE軟件的不斷涌現(xiàn)，設(shè)計(jì)、分析、加工、檢測(cè)等功能一體化已經(jīng)成為現(xiàn)代制造技術(shù)的基本特征，工程圖樣是CAD/CAPP/CAM/ERP各個(gè)模塊間的重要的信息載體，它不僅表達(dá)產(chǎn)品的幾何構(gòu)造，還是對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行分析和優(yōu)化，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行模擬和驗(yàn)證及工程數(shù)據(jù)管理的重要基礎(chǔ)，二維圖樣已遠(yuǎn)不能滿足要求，而能夠完成這一系列制造工程的信息載體只能是三維模型。
   
    (2)三維設(shè)計(jì)符合人的思維過程。設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)，總是先構(gòu)思，后表達(dá)，即先構(gòu)思出產(chǎn)品的形狀，然后再將構(gòu)思出的產(chǎn)品形狀表達(dá)出來。由于在腦海中構(gòu)思出的產(chǎn)品形狀是三維的.因此，畫三維立體圖符合設(shè)計(jì)師的創(chuàng)新意識(shí)流，有利于設(shè)計(jì)的深入進(jìn)行。
   
    (3)由三維設(shè)計(jì)得到的三維立體圖具有直觀、易十理解等特點(diǎn)，便于與他人進(jìn)行技術(shù)交流，甚至可以與不懂機(jī)械制圖的人們交流。
   
    (4)有利于獲得復(fù)雜的幾何造型，如截交、相貫、不規(guī)則復(fù)雜曲面等。
   
    (5)可以在計(jì)算機(jī)上對(duì)零件進(jìn)行力學(xué)分析、虛擬加工、虛擬裝配，檢驗(yàn)零件的裝配情況，從而減少制造昂貴的產(chǎn)品樣機(jī)的數(shù)量。
   
    2國內(nèi)外較流行的三維建模和設(shè)計(jì)軟件
    
    目前不少公司和高校都從事機(jī)械三維設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)，推出了不少各具特色的軟件，當(dāng)前較流行的國內(nèi)外軟件有:Unigraphics Solutions公司的UG II、SDRC公司的IDEAS , Dassult公司CATIA ,PTC公司的PRONE, MATRA公司的Euclid, CV公司的CADDSS , Solidworks公司的Solidworks,Autodesk公司的MDT和Inventor、北航海爾的CAXA，華中軟件集團(tuán)的InerCAD、開目軟件公司的開目CAD等。
   
    筆者所選擇的Solidworks軟件，是一個(gè)美國Solidworks公司開發(fā)的基于Windows平臺(tái)的CAD軟件，有較強(qiáng)大的三維建模、工程圖繪制、動(dòng)畫制作和模型渲染功能，以其為核心集成的CAD/CAM/CAM系統(tǒng)可較好滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的一體化要求，并能與其他CAD/CAM/CAE軟件達(dá)到無縫連接和集成。該軟件在較短時(shí)間得到了企業(yè)和高校的認(rèn)可，在上海，該軟件已成為不少單位招聘機(jī)械崗位員工的基本需求之一，上海十多所工科高校自2000年開始連續(xù)舉辦和參與Solidworks軟件應(yīng)用大賽，在美國筆者進(jìn)修的加州大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)的課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中也得到普遍使用。
   
    3應(yīng)用Solidworks軟件的齒輪減速器各零件的三維建模
   
    齒輪減速器就是各高校普遍采用的測(cè)繪對(duì)象，它由齒輪、齒輪軸、軸、滾動(dòng)軸承、鍵等零件安裝在封閉的箱體內(nèi)組成，是工程程上具有典型性和代表性的部件。
   
    3.1箱座的三維建模
   
    箱座是減速器的主要零件之一，主要用來支承和固定其他零件。如圖1所示，結(jié)構(gòu)有一定復(fù)雜性，在三維建模前，首先進(jìn)行形體分析，如將其分為箱座主體、內(nèi)腔、底板、箱體聯(lián)接凸緣、加強(qiáng)肋、螺栓凸臺(tái)、回油溝、吊耳、排油孔等部分，然后就可以應(yīng)用Solidworks進(jìn)行三維實(shí)體建模，通過各種二維繪圖和編輯操作產(chǎn)生二維圖形，通過二維圖形拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、抽殼、打孔以及三維編輯等操作來實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體建模，且Solidworks的實(shí)體建模為基于特征的參數(shù)化建模，采用樹狀結(jié)構(gòu)來記錄設(shè)計(jì)歷程中的每一步特征，可以對(duì)特征的狀態(tài)和創(chuàng)建順序進(jìn)行修改、回溯到某一特征然后繼續(xù)進(jìn)行造型、并支持創(chuàng)建特征庫，可以將一些常用特征存在特征庫中，以后再使用時(shí)只需定位和輸入某些尺寸數(shù)值即可完成特征的創(chuàng)建。
   
    3.2螺紋緊固件的三維建模
   
    螺紋緊固件是廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)件，減速器各零件中，除螺釘、螺栓、螺母等標(biāo)準(zhǔn)件外，箱體、箱蓋、通氣塞、排油螺塞等多個(gè)零件都有螺紋，AutoCAD等軟件中，精確繪制螺紋有一定的困難，采用Solidworks軟件，相對(duì)就比較方便，只要繪制輪廓和路徑，然后利用掃描工具就可精確構(gòu)造出螺紋的三維結(jié)構(gòu)，圖2是通氣塞三維渲染圖。
   

    4減速器的三維裝配
   
    該齒輪減速器的三維裝配比較復(fù)雜，關(guān)鍵在裝配時(shí)要明確各個(gè)零部件間的位置約束關(guān)系，如對(duì)齊、重合、平行、相切、同軸等，并注意裝配的前后順序，可將其分為主動(dòng)軸系零件:主動(dòng)齒輪軸、滾動(dòng)軸承、擋油環(huán)、調(diào)整環(huán)、主動(dòng)軸透蓋、主動(dòng)軸悶蓋等;從動(dòng)軸系零件:從動(dòng)軸、齒輪、滾動(dòng)軸承、定位套筒、調(diào)整環(huán)、從動(dòng)軸透蓋與從動(dòng)軸悶蓋等;箱座及其附件:油標(biāo)小蓋、反光片、油面指示片、螺釘、油塞等;箱蓋及其附件:窺視孔蓋、通氣塞、螺釘、螺母等一一裝配，然后再集中安裝。圖3是該減速器三維裝配整機(jī)渲染圖， SolidWorks裝配較為靈活，采用樹形方式表達(dá)裝配體中的層次和約束關(guān)系，采用SmartNlate方法，在動(dòng)態(tài)拖動(dòng)零部件的同時(shí)，可自動(dòng)捕捉適當(dāng)?shù)呐浜详P(guān)系，進(jìn)行裝配，在進(jìn)行零件間三維裝配的同時(shí)，可進(jìn)行零部件之間的干涉檢查，計(jì)算裝配休的各種物理屬性。
   
    裝配爆炸圖是將裝配到一起的零部件分別移開，使設(shè)計(jì)人員可以更好地對(duì)裝配結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系進(jìn)行分析和觀察。現(xiàn)在不少CAD三維軟件，都可形象地模擬出裝配體各零件間的裝配和拆卸過程，并直接轉(zhuǎn)化為動(dòng)畫，如圖4是采用SolidWorks制作的減速器整機(jī)爆炸圖。制作時(shí)，可采用根據(jù)裝配關(guān)系自功生成爆炸圖，也可采用自動(dòng)和手動(dòng)相結(jié)合的方法生成爆炸圖，在手動(dòng)調(diào)整中可以對(duì)每個(gè)零件移出的方向、距離等進(jìn)行設(shè)定。
   

    5工程圖
   
    從三維模型可直接投影產(chǎn)生各種工程圖，包括標(biāo)準(zhǔn)三視圖、軸側(cè)圖、向視圖、各種剖視圖、局部視圖等及相關(guān)的尺寸與標(biāo)注，且工程圖和三維模型可相關(guān)聯(lián)，改變某張工程圖紙中的機(jī)件的局部結(jié)構(gòu)和大小，相關(guān)聯(lián)的三維模型和其他圖紙也同時(shí)發(fā)生變化。需要注意的是在將減速器SolidWorks三維模型轉(zhuǎn)化為工程圖紙時(shí)，因?yàn)槊绹茍D標(biāo)準(zhǔn)與我國制圖標(biāo)準(zhǔn)不一致，需根據(jù)我國國標(biāo)對(duì)視圖中的某些線條和尺寸標(biāo)注進(jìn)行調(diào)整。