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根據(jù)二維零件圖繪制裝配圖是機械類專業(yè)學(xué)生重要的實踐環(huán)節(jié)，以機用虎鉗為例闡述了基于Solidworks平臺上進行三維建模、虛擬裝配、爆炸圖制作、運動仿真的方法，并提出了在機械制圖的圖一物一圖綜合訓(xùn)練中引入三維建模教學(xué)的新模式，從而可以大大提高教學(xué)效果。
1 基于Solidworks的機用虎鉗三維實體模型
機用虎鉗是機械制造廠里固定在金屬切削機床上用于方便、快速裝夾工件，以保證工件相對于刀具及機床有正確的位置，并使這個位置在加工過程中不因外力的影響而變動，從而穩(wěn)定地保證工件的加工精度的一種工藝裝備。它由固定鉗身、活動鉗身、護口板、螺桿、螺母、圓環(huán)等11種零件通過螺釘和圓柱銷安裝組成，是工程上具有典型性和代表性的工藝裝備。
由于在Solidworks中實體模型可以有多種不同的生成方法，那么采取何種方法更為合理、高效，這需要有一個經(jīng)驗積累過程。一般來說，要根據(jù)圖形的形狀選擇生成模型的方式。草圖繪制盡量簡化，最好不要繪制過渡圓角、倒角等非關(guān)鍵性信息。首先主要是利用Solidworks中的拉伸、切除、旋轉(zhuǎn)、掃描、陣列等基本操作建立機用虎鉗各零件的三維實體模型．利用Solidworks已經(jīng)創(chuàng)建完成的三維實體模型，根據(jù)需要還可對其進行修改，因為Solidworks的實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)計歷程中的每一步特征，可以對特征的狀態(tài)和創(chuàng)建順序進行修改、回溯到某一特征然后繼續(xù)進行造型，并支持創(chuàng)建特征庫，可以將一些常用特征保存在特征庫中，以后再使用時只需定位和輸入某些尺寸數(shù)值即可完成特征的創(chuàng)建。
1．1 固定鉗身的三維建模
固定鉗身是機用虎鉗的主要零件之一，主要用來支承和安裝其他零件并與機床相連。結(jié)構(gòu)有一定復(fù)雜性，在三維建模前，首先進行形體分析，如將其分為鉗身主體、內(nèi)腔、螺桿孔、機床螺栓聯(lián)接凸臺、護口板鏈接螺孔等部分，然后就可以應(yīng)用Solidworks進行三維實體建模，通過各種二維繪圖和編輯操作產(chǎn)生二維圖形，再通過二維圖形拉伸、切除、打孔、掃描以及三維編輯等操作來實現(xiàn)三維實體建模，圖1是固定鉗身的三維模型圖
1．2 螺紋的三維建模
螺紋在機用虎鉗各零件中，除螺釘、螺栓、螺母等標準件外，固定鉗身、活動鉗身、螺桿、螺母等多個零件都有螺紋，在AutoCAD等軟件中，精確繪制螺紋有一定的困難，采用Solidworks軟件，相對而言比較方便。首先在需繪制螺紋的實體上繪制好牙形截面輪廓和螺旋線路徑，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是螺桿三維模型圖。
2 虛擬裝配
所有零件的3D模型完成后，為了建立虛擬樣機需要對各個零件進行虛擬裝配。該機用虎鉗的三維裝配比較復(fù)雜，關(guān)鍵在于裝配時要明確各個零部件間的位置約束關(guān)系，如對齊、重合、平行、同軸等，并注意裝配的前后順序和各個零件的自由度限制．裝配時，可將機用虎鉗分為固定鉗身系零件(固定鉗身、護口板、螺釘?shù)?，活動鉗口系零件(活動鉗口、護口板、螺釘?shù)?，螺桿及其附件(螺桿、墊圈、螺母、圓環(huán)及銷釘?shù)?分別進行裝配，然后再集中安裝。在Solidworks的裝配模塊中，將前面完成的零件添加進來．在進行零件間三維裝配時，可進行零部件之間的干涉檢查，計算裝配體的各種物理屬性。如果出現(xiàn)問題，可以根據(jù)需要對生成的零件和特征進行修改定義，直到達到工作裝置的設(shè)計要求為止。首先插入固定鉗身并依次插入護口板、螺釘，并給固定鉗身與護口板、護口板與螺釘平面之間分別添加一個重合配合，在2個螺釘與固定鉗身螺紋孔及護口板相應(yīng)兩孔之間添加一個同軸配合，然后再插入螺桿及其附件和活動鉗口系零件，圖3是該機用虎鉗三維裝配整機渲染圖。
3 裝配爆炸圖
裝配爆炸圖是將裝配到一起的零部件分別移開，使設(shè)計人員可以更好地對裝配結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系進行分析和觀察�，F(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)化為動畫，如圖4就是采用Solidworks制作出的機用虎鉗整機爆炸圖。該軟件除可自動根據(jù)裝配關(guān)系生成爆炸圖外，還提供了自動和手動相結(jié)合的方法生成爆炸圖，在手動調(diào)整中可以對每個零件圖4機用虎鉗整機爆炸圖移出的方向、距離等進行設(shè)定。
4 基于Solidworks的運動仿真及動畫制作
動畫制作主要通過Solidworks中提供的COSMOSMotion插件來實現(xiàn)。COSMOSMotion插件通常不在Solidworks的工作界面，需要在工具菜單中調(diào)用SolidworksCOSMOSMotion，使其在工作界面出現(xiàn)COSMOSMotion插件的菜單和工具欄。
以機用虎鉗為例，動畫的具體制作過程如下：(1)在設(shè)計樹上選擇相關(guān)零部件，除固定鉗身設(shè)定為固定外，其余零件均設(shè)為活動；(2)點擊[運動算例]后，利用[移動零部件]工具將活動鉗口組件向右拖動(機用虎鉗鉗日閉合方向)到機用虎鉗鉗口完全閉合狀態(tài)，再為螺桿添加一旋轉(zhuǎn)馬達，并根據(jù)需要修改馬達的旋轉(zhuǎn)方向、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，圖5是考慮到人們順時針旋轉(zhuǎn)夾緊、逆時針旋轉(zhuǎn)松開生活習(xí)慣而設(shè)定的馬達參數(shù)；(3)先用鼠標拖動時間指針到合適位置，再利用[移動零部件]工具將活動鉗口組件向左(機用虎鉗鉗口張開方向)拖動到適當位置；(4)將[播放模式]設(shè)置為“往復(fù)”，然后點擊[計算]完成運動模擬；(5)點擊[保存動畫]圖5馬達參數(shù)設(shè)置按鈕，將動畫保存為AVI或其他文件類型以便在未安裝Solidworks計算機上播放。
5 結(jié)語
在根據(jù)零件圖繪制裝配圖中結(jié)合Solidworks三維CAD軟件，將三維造型技術(shù)和傳統(tǒng)的制圖課程內(nèi)容相融合，不僅可以提高學(xué)生空間想象和邏輯思維能力以及正確識讀和繪制機械圖樣的能力，而且有利于培養(yǎng)學(xué)生用計算機進行機械造型的能力，開闊專業(yè)視野，提高學(xué)習(xí)興趣和工程素養(yǎng)，同時對引進設(shè)備的消化、吸收、改造也有積極的現(xiàn)實意義。
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