【體驗式工程圖學模型實驗平臺】
工程圖學課程作為一項工科基礎課程，是工科學生學習的重點和難點。目前各大高校均設有工程圖學專用教室，但是目前工圖專用教室內的設備大多數為模型展示柜及多媒體投影儀器，且目前高校課程改革，鼓勵學生探究學習、互動學習，因此為了豐富制圖課堂教具的種類，充分調動學生的主觀能動性，設計了一款體驗式工程圖學模型實驗平臺。
該平臺可以實現以下三個方面的功能：1)制作各式各樣的工程圖學典型模型，如相貫模型、截交模型、剖切模型以及組合體模型;2)通過模型的制作過程動態展示工程圖學的相關概念;3)可依托該平臺設計一系列的探究實驗，探究三維實體與二維視圖的對應關系，此體驗式的過程對于學生理解工圖中的難點有良好的推動作用。
本項目采用模塊化的思想設計出實驗平臺的主體架構，包括裝夾模塊、進給模塊、加工模塊。裝夾模塊采用類卡盤結構進行裝夾，卡爪的數量及分布可調從而實現了對不同形狀形體的裝夾，利用四桿機構死點特性實現對于主軸在任意位置的固定鎖緊，保證了制作過程中的穩定性;進給模塊采用縱橫向絲桿螺母機構及剪叉機構，實現X、Y、Z三個方向上的進給運動，采用蝸輪蝸桿機構實現了刀具繞Z軸的轉動;加工模塊采用電熱絲切割技術，形狀多樣的電熱絲刀具和快速換刀結構實現了對模型的靈活制作。
本作品的創新點體現在一下三個方面：1)以泡沫為材料，通過模型的制作過程動態形象地展示了工程圖學中的相關概念;2)刀具應用了電熱絲切割技術，且形狀多變的電熱絲刀具和插入式的快速換刀結構實現了對于模型的快速靈活制作;3)依托該平臺可設計多種工程圖學實驗，培養學生三維實體與二維視圖的對應能力。
本作品主要應用于工程圖學課程的專用教室中，可供師生制作各式各樣的工程圖學典型模型，如相貫、截交、剖切以及組合體模型，并在模型制作過程中動態展示工程圖學中的相關概念，同時還可作為工程圖學課程探究實驗儀器，供學生進行自主探究實驗，深化其對三維實體與二維視圖之間的對應關系的理解。體驗式的過程發展了探究學習與互動學習模式，有助于充分發揮學生學習的主觀能動性。
二、作品結構原理
1、作品的機構組成及工作原理
平臺整體設計采用模塊化思想，主要分為裝夾模塊、進給模塊和加工模塊，從而實現工圖模型制作、動態演示相關概念以及設計探究實驗等功能
在裝夾模塊中，設計了聯動的類卡盤結構，卡盤扳手設計成錐齒輪結構，在轉動卡盤扳手時，驅動卡盤內部錐齒輪傳動，從而帶動卡盤的四瓣聯動，實現對于坯料的定心夾緊;卡盤上設計有均布的多個卡爪安裝孔，同時自行設計加工了多個卡爪，由于卡爪的安裝個數以及安裝位置均可以依據夾持需要進行變化，因此實現了對不同形狀泡沫材料的夾持。為了保證制作模型過程中的穩定性，設計了卡盤旋轉后的無級鎖緊機構，可方便地實現對于主軸旋轉到任意位置后的固定鎖緊。設計了曲柄滑塊機構以及制動盤結構，利用曲柄滑塊機構的死點特性，在旋轉到確定位置后，通過向上扳動手柄達到曲柄滑塊機構的死點位置，壓緊制動盤，實現主軸的定位。需要調整時向下扳動扳手即可解除鎖緊，從而保證主軸的自由調整。
在進給模塊中，為了保證刀具的平穩精確運動，在X、Y軸上設計了縱橫向絲杠螺母機構，實現了將手搖回轉運動轉化為刀具的直線運動。設計了開合螺母鎖緊機構保證鎖止。在Z軸上，設計了剪叉升降機構，實現刀具在該軸上的進給，保證了刀具在上升以及下降過程中的穩定性。為了實現刀具繞Z軸的轉動，設計了蝸輪蝸桿機構，同時由于蝸輪蝸桿機構的自鎖特性，可以保證刀具在制作過程中的穩定性同時為了保證電熱絲切割加工的尺寸精度，設計有X、Y、Z 方向上的尺寸基準定位機構和走刀量控制機構，在控制X、Y、Z方向進給運動時可以提供尺寸基準。
在加工模塊中，刀具應用了電熱絲切割技術，以鎳鉻合金絲作為刀具材料，可折彎成任意曲線或多邊形，因而制作的靈活度較高。為了實現刀架的快速調整，設計了偏心輪鎖緊機構。為了提高制作的效率，自行設計了插入式的快速換刀結構。當需要換刀時，拔下刀具后換上全新的一體的刀具、銅片和銅片固定架即可。該結構實現了不同形狀電熱絲之間的快速更換，縮短了模型制作時間，提高了制作的效率。
三、應用前景
本作品研究設計的體驗式工圖實驗平臺適用于工程圖學課程中三維實體模型與二維視圖表達等相關知識探究，平臺對于相關課程的實踐教學具有重要價值。
(1)可以作為各高校工程圖學課程的專業教室設備，與模型展示柜、多媒體設備等現有設備相輔相成，增加學生對于課程的興趣，深化其對于知識的理解;
(2)該設備也可以應用于工程圖學課程實踐教學課程，教學人員可利用該平臺設計探究實驗課程，鼓勵學生動手實踐，培養三維構型能力。
(3)本作品在武漢地區多所高校工程制圖課堂中進行了實驗應用，反映良好，并吸引了校園媒體與搜狐，長江網等校外媒體的關注和報道。
作品名稱：體驗式工程圖學模型實驗平臺
完成單位：武漢理工大學
