【体验式工程图学模型实验平台】
工程图学课程作为一项工科基础课程，是工科学生学习的重点和难点。目前各大高校均设有工程图学专用教室，但是目前工图专用教室内的设备大多数为模型展示柜及多媒体投影仪器，且目前高校课程改革，鼓励学生探究学习、互动学习，因此为了丰富制图课堂教具的种类，充分调动学生的主观能动性，设计了一款体验式工程图学模型实验平台。
该平台可以实现以下三个方面的功能：1)制作各式各样的工程图学典型模型，如相贯模型、截交模型、剖切模型以及组合体模型;2)通过模型的制作过程动态展示工程图学的相关概念;3)可依托该平台设计一系列的探究实验，探究三维实体与二维视图的对应关系，此体验式的过程对于学生理解工图中的难点有良好的推动作用。
本项目采用模块化的思想设计出实验平台的主体架构，包括装夹模块、进给模块、加工模块。装夹模块采用类卡盘结构进行装夹，卡爪的数量及分布可调从而实现了对不同形状形体的装夹，利用四杆机构死点特性实现对于主轴在任意位置的固定锁紧，保证了制作过程中的稳定性;进给模块采用纵横向丝杆螺母机构及剪叉机构，实现X、Y、Z三个方向上的进给运动，采用蜗轮蜗杆机构实现了刀具绕Z轴的转动;加工模块采用电热丝切割技术，形状多样的电热丝刀具和快速换刀结构实现了对模型的灵活制作。
本作品的创新点体现在一下三个方面：1)以泡沫为材料，通过模型的制作过程动态形象地展示了工程图学中的相关概念;2)刀具应用了电热丝切割技术，且形状多变的电热丝刀具和插入式的快速换刀结构实现了对于模型的快速灵活制作;3)依托该平台可设计多种工程图学实验，培养学生三维实体与二维视图的对应能力。
本作品主要应用于工程图学课程的专用教室中，可供师生制作各式各样的工程图学典型模型，如相贯、截交、剖切以及组合体模型，并在模型制作过程中动态展示工程图学中的相关概念，同时还可作为工程图学课程探究实验仪器，供学生进行自主探究实验，深化其对三维实体与二维视图之间的对应关系的理解。体验式的过程发展了探究学习与互动学习模式，有助于充分发挥学生学习的主观能动性。
二、作品结构原理
1、作品的机构组成及工作原理
平台整体设计采用模块化思想，主要分为装夹模块、进给模块和加工模块，从而实现工图模型制作、动态演示相关概念以及设计探究实验等功能
在装夹模块中，设计了联动的类卡盘结构，卡盘扳手设计成锥齿轮结构，在转动卡盘扳手时，驱动卡盘内部锥齿轮传动，从而带动卡盘的四瓣联动，实现对于坯料的定心夹紧;卡盘上设计有均布的多个卡爪安装孔，同时自行设计加工了多个卡爪，由于卡爪的安装个数以及安装位置均可以依据夹持需要进行变化，因此实现了对不同形状泡沫材料的夹持。为了保证制作模型过程中的稳定性，设计了卡盘旋转后的无级锁紧机构，可方便地实现对于主轴旋转到任意位置后的固定锁紧。设计了曲柄滑块机构以及制动盘结构，利用曲柄滑块机构的死点特性，在旋转到确定位置后，通过向上扳动手柄达到曲柄滑块机构的死点位置，压紧制动盘，实现主轴的定位。需要调整时向下扳动扳手即可解除锁紧，从而保证主轴的自由调整。
在进给模块中，为了保证刀具的平稳精确运动，在X、Y轴上设计了纵横向丝杠螺母机构，实现了将手摇回转运动转化为刀具的直线运动。设计了开合螺母锁紧机构保证锁止。在Z轴上，设计了剪叉升降机构，实现刀具在该轴上的进给，保证了刀具在上升以及下降过程中的稳定性。为了实现刀具绕Z轴的转动，设计了蜗轮蜗杆机构，同时由于蜗轮蜗杆机构的自锁特性，可以保证刀具在制作过程中的稳定性同时为了保证电热丝切割加工的尺寸精度，设计有X、Y、Z 方向上的尺寸基准定位机构和走刀量控制机构，在控制X、Y、Z方向进给运动时可以提供尺寸基准。
在加工模块中，刀具应用了电热丝切割技术，以镍铬合金丝作为刀具材料，可折弯成任意曲线或多边形，因而制作的灵活度较高。为了实现刀架的快速调整，设计了偏心轮锁紧机构。为了提高制作的效率，自行设计了插入式的快速换刀结构。当需要换刀时，拔下刀具后换上全新的一体的刀具、铜片和铜片固定架即可。该结构实现了不同形状电热丝之间的快速更换，缩短了模型制作时间，提高了制作的效率。
三、应用前景
本作品研究设计的体验式工图实验平台适用于工程图学课程中三维实体模型与二维视图表达等相关知识探究，平台对于相关课程的实践教学具有重要价值。
(1)可以作为各高校工程图学课程的专业教室设备，与模型展示柜、多媒体设备等现有设备相辅相成，增加学生对于课程的兴趣，深化其对于知识的理解;
(2)该设备也可以应用于工程图学课程实践教学课程，教学人员可利用该平台设计探究实验课程，鼓励学生动手实践，培养三维构型能力。
(3)本作品在武汉地区多所高校工程制图课堂中进行了实验应用，反映良好，并吸引了校园媒体与搜狐，长江网等校外媒体的关注和报道。
作品名称：体验式工程图学模型实验平台
完成单位：武汉理工大学
