淺談Auto CAD在機(jī)械制圖中的應(yīng)用

程書斌

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書館，福建漳州363000）

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淺談Auto CAD在機(jī)械制圖中的應(yīng)用

程書斌

（漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院圖書館，福建漳州363000）

摘要：介紹了一種改變圖形對(duì)象方位的逆向思維方法，即通過(guò)變換坐標(biāo)系實(shí)現(xiàn)改變圖形對(duì)象方位，以及用AutoCAD軟件建立三維實(shí)體模型，設(shè)置輪廓來(lái)創(chuàng)建三視圖、正等軸測(cè)圖的方法。以期對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)人員在學(xué)習(xí)、使用Auto CAD的過(guò)程有所借鑒。

關(guān)鍵詞：Auto CAD；UCS；逆向思維；三視圖

傳統(tǒng)的手工機(jī)械制圖只有精細(xì)、謹(jǐn)慎而負(fù)責(zé)的繪圖人員在花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間才能畫出正確、悅目的高質(zhì)量圖紙。傳統(tǒng)手工制圖費(fèi)時(shí)、費(fèi)精力。Auto CAD軟件的廣泛應(yīng)用是機(jī)械制圖的一場(chǎng)技術(shù)革命，利用其強(qiáng)大的繪圖和編輯功能，可以快速、準(zhǔn)確、美觀地表達(dá)所要畫的機(jī)械圖樣，極大地提高了繪圖效率和繪圖質(zhì)量。筆者通過(guò)對(duì)Auto CAD軟件學(xué)習(xí)和使用，總結(jié)了一些切實(shí)可行的操作方法與技巧，就在機(jī)械制圖中如何應(yīng)用好Auto CAD軟件，談些自己的看法。

1　Auto CAD代替?zhèn)鹘y(tǒng)繪圖中的紙和筆

美國(guó)Autodesk公司開(kāi)發(fā)的AutoCAD是目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design）領(lǐng)域最流行的CAD軟件。它有強(qiáng)大的繪圖功能，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、電子、化工等行業(yè)，是精確地進(jìn)行機(jī)械零件設(shè)計(jì)、繪制機(jī)械零件圖和裝配圖的最佳軟件。

傳統(tǒng)機(jī)械制圖以圖紙為載體的手工繪圖，是借助一些輔助工具，通過(guò)繪圖筆將圖形在繪圖紙上繪制出來(lái)。圖形的尺寸及精確度主要是由標(biāo)注來(lái)體現(xiàn)。使用Auto CAD軟件繪圖時(shí)，其代替?zhèn)鹘y(tǒng)繪圖中的紙和筆，并能以實(shí)際尺寸來(lái)精確繪圖，圖形對(duì)象本身包含了尺寸信息，在添加標(biāo)注時(shí)能自動(dòng)生成標(biāo)注尺寸的數(shù)值。以實(shí)際尺寸繪圖在出圖時(shí)，要根據(jù)圖紙的大小設(shè)置打印比例、標(biāo)注字體的大小及線型比例等[1]。

2　使用Auto CAD精確繪圖

2.1精確繪制二維封閉圖形

在Auto CAD軟件中，二維封閉圖形可以轉(zhuǎn)換成面域或閉合的多段線；面域或閉合的多段線可以快速的查看面積和周長(zhǎng)等參數(shù)；它們也是建立三維實(shí)體的前期準(zhǔn)備。因此，熟練的掌握在Auto CAD軟件中精確繪制平面封閉圖形，對(duì)于使用好該軟件有著非常重要意義。

在Auto CAD軟件中精確的繪制二維封閉圖形，筆者認(rèn)為要注意圖形各圖元連接點(diǎn)要精確，圖元之間不能重疊或有間隙。在實(shí)際操作時(shí)，體現(xiàn)在圖元坐標(biāo)參數(shù)的獲取。Auto CAD軟件的圖元坐標(biāo)參數(shù)有兩種獲取方式：一種方式是從鍵盤錄入（可以用相對(duì)坐標(biāo)、絕對(duì)坐標(biāo)以及極坐標(biāo)）；另一種方式是通過(guò)鼠標(biāo)結(jié)合對(duì)象捕捉/捕捉柵格等來(lái)拾取。在精確繪圖時(shí)，切忌在沒(méi)有出現(xiàn)捕捉提示圖標(biāo)而通過(guò)目測(cè)直接用鼠標(biāo)單擊拾取坐標(biāo)參數(shù)。

2.2精確變換圖形的位置

Auto CAD的模型空間是完成繪圖和設(shè)計(jì)工作的工作空間[2]。如何處理好圖形在Auto CAD模型空間中的方位以及在出圖時(shí)各圖形相對(duì)圖紙的位置關(guān)系，是精確繪圖另一方面非常值得注意的問(wèn)題。

AutoCAD使用的是笛卡兒坐標(biāo)系。AutoCAD的直角坐標(biāo)系有兩種類型，一種世界坐標(biāo)系（World Coordinate System，簡(jiǎn)稱WCS），由系統(tǒng)默認(rèn)提供。世界坐標(biāo)系又稱通用坐標(biāo)系或絕對(duì)坐標(biāo)系；第二種是用戶坐標(biāo)系（User Coordinate System，簡(jiǎn)稱UCS），合理的創(chuàng)建UCS，可以方便地編輯與創(chuàng)建圖形。

筆者在學(xué)習(xí)使用中注意到一個(gè)有趣的實(shí)例。如圖1所示的平面封閉圖形，在Auto CAD軟件中直接繪制有些困難，如按圖2所示的方位來(lái)繪制就顯得很容易。是否可以先繪制圖2所示容易繪制圖形，再將圖形轉(zhuǎn)換為圖1所示方位呢？

圖1　平面封閉圖形

圖2　在Auto CAD中精確繪圖示意圖

圖3　旋轉(zhuǎn)后圖形示意

方位是相對(duì)的，筆者學(xué)習(xí)和使用了兩種方法實(shí)現(xiàn)圖形的轉(zhuǎn)換。

方法一，使用旋轉(zhuǎn)命令旋轉(zhuǎn)圖形。

操作步驟：

（1）繪制四邊形abcd。

命令行提示“命令:”為空時(shí)，輸入line（或l）回車；

提示“指定第一點(diǎn):”輸入0,0回車；

提示“指定下一點(diǎn)或[放棄(U)]:”輸入@25,0回車；

提示“指定下一點(diǎn)或[放棄(U)]:”輸入@21<75回車；

提示“指定下一點(diǎn)或[閉合(C)/放棄(U)]:”回車（此時(shí)繪制好線段ab、bc）；

提示“命令:”輸入circle（或c）回車；

提示“指定圓的圓心或[三點(diǎn)(3P)/兩點(diǎn)(2P)/相切、相切、半徑(T)]:”移動(dòng)光標(biāo)到c點(diǎn)附近出現(xiàn)捕捉端點(diǎn)圖標(biāo)，單擊鼠標(biāo)，捕捉到c點(diǎn)；

提示“指定圓的半徑或[直徑(D)]:”輸入15回車；

提示“命令:”回車（在命令行為空時(shí)，直接回車執(zhí)行上一次命令，此時(shí)為繪制圓命令）；

提示“指定圓的圓心或[三點(diǎn)(3P)/兩點(diǎn)(2P)/相切、相切、半徑(T)]:”移動(dòng)光標(biāo)到a點(diǎn)附近出現(xiàn)捕捉端點(diǎn)圖標(biāo)，單擊鼠標(biāo)，捕捉到a點(diǎn)；

提示“指定圓的半徑或[直徑(D)] <15.0000>:”輸入40回車；

提示“命令:”輸入line（或l）回車；

提示“指定第一點(diǎn):”用鼠標(biāo)捕捉c點(diǎn)；

提示“指定下一點(diǎn)或[放棄(U)]:”用鼠標(biāo)捕捉兩圓的交點(diǎn)（即d點(diǎn)）；

提示“指定下一點(diǎn)或[放棄(U)]:”用鼠標(biāo)捕捉a點(diǎn)；

提示“指定下一點(diǎn)或[閉合(C)/放棄(U)]:”回車。

（2）以a點(diǎn)為旋轉(zhuǎn)基點(diǎn)，利用參照旋轉(zhuǎn)角度，完成圖形的旋轉(zhuǎn)（如圖3所示）。

先選中四邊形abcd；

提示“命令:”輸入rotate回車；

提示“指定基點(diǎn):”用鼠標(biāo)捕捉a點(diǎn)；

提示“指定旋轉(zhuǎn)角度或[參照(R)]:”輸入r回車；

提示“指定參照角<0>:”用鼠標(biāo)捕捉d點(diǎn)；

提示“指定參照角<0>:指定第二點(diǎn):”用鼠標(biāo)捕捉a點(diǎn)；

提示“指定新角度:”用鼠標(biāo)捕捉原圖的b點(diǎn)；

方法二，通過(guò)變換不同的坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形方位的轉(zhuǎn)換。

操作步驟：

（1）繪制四邊形abcd，如方法一的步驟（1）。

（2）創(chuàng)建UCS（如圖4所示），帶基點(diǎn)復(fù)制四邊形。

提示“命令:”輸入ucs回車；

提示“輸入選項(xiàng)[新建(N)/移動(dòng)(M)/正交(G)/上一個(gè)(P)/恢復(fù)(R)/保存(S)/刪除(D)/應(yīng)用(A)/?/世界(W)]

圖4　設(shè)置用戶坐標(biāo)系示意圖

<世界>:”輸入n回車；

提示“指定新UCS的原點(diǎn)或[Z軸(ZA)/三點(diǎn)(3)/對(duì)象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z]<0,0,0>:”輸入3回車；提示“指定新原點(diǎn)<0,0,0>:”用鼠標(biāo)捕捉d點(diǎn)；

提示“在正X軸范圍上指定點(diǎn)<23.5447,33.0414,0.0000>:”按著Shift鍵，鼠標(biāo)右鍵單擊，在快捷菜單中選擇“最近點(diǎn)”，在線段ad上捕捉一個(gè)點(diǎn)；

提示“在UCS XY平面的正Y軸范圍上指定點(diǎn)<23.3708,32.4778,0.0000>:”移動(dòng)光標(biāo)到d點(diǎn)右側(cè)，鼠標(biāo)左鍵單擊，隨意捕捉一個(gè)點(diǎn)；

選中四邊形abcd，鼠標(biāo)右鍵單擊，在快捷菜單中選擇“帶基點(diǎn)復(fù)制”；

提示“_copybase指定基點(diǎn):”用鼠標(biāo)捕捉d點(diǎn)；

（3）恢復(fù)WCS，粘貼四邊形。

提示“命令:”輸入ucs回車；

提示“輸入選項(xiàng)[新建(N)/移動(dòng)(M)/正交(G)/上一個(gè)(P)/恢復(fù)(R)/保存(S)/刪除(D)/應(yīng)用(A)/?/世界(W)]<世界>:”輸入w回車；

鼠標(biāo)右鍵單擊，在快捷菜單中選擇“粘貼”；

提示“_pasteclip指定插入點(diǎn):”將光標(biāo)移到在原圖右側(cè)，單擊鼠標(biāo)在模型空間捕捉一個(gè)點(diǎn)。

此時(shí)就很好的擺放了圖形方位（如圖5所示，右側(cè)為新粘貼生成的圖形）。

方法二是一種逆向思維，將旋轉(zhuǎn)圖形的問(wèn)題換成變換坐標(biāo)系問(wèn)題。這種逆向思維能很好的解決Auto CAD軟件中圖形對(duì)象的位置轉(zhuǎn)換，在三維實(shí)體對(duì)象轉(zhuǎn)換位置時(shí)更能體現(xiàn)其實(shí)用性。

圖5　在世界坐標(biāo)系下圖形已改變方位示意圖

3　Auto CAD通過(guò)三維實(shí)體創(chuàng)建三視圖、正等軸測(cè)圖

3.1建立三維實(shí)體

Auto CAD有非常強(qiáng)大的二維圖形繪制、編輯功能，也有比較強(qiáng)大的三維繪圖功能[3]。三維實(shí)體模型包括線、面、體的全部的信息，這些在傳統(tǒng)的手工繪圖都是不好實(shí)現(xiàn)的。在模型空間有一些創(chuàng)建基本三維實(shí)體模型（有長(zhǎng)方體、球體、圓柱體、圓錐體、楔體和圓環(huán)體等）的命令或快捷菜單。也可以使用一個(gè)面域或閉合的多段線圖形通過(guò)拉伸或旋轉(zhuǎn)等操作創(chuàng)建三維實(shí)體模型。三維實(shí)體之間可以進(jìn)行并、交、差等布爾運(yùn)算，建立更加復(fù)雜的三維實(shí)體模型。

在創(chuàng)建三維實(shí)體與轉(zhuǎn)換實(shí)體的方位時(shí)，靈活定義UCS及逆向思維的使用也能事半功倍。

3.2三維實(shí)體創(chuàng)建三視圖、正等軸測(cè)圖

在Auto CAD軟件中三維實(shí)體模型可以生成二維平面圖[4]。把三維實(shí)體在視窗（視口）擺成所要的位置，在模型空間通過(guò)設(shè)置輪廓即可生成相應(yīng)的正投影（新生成的正投影包含一個(gè)可見(jiàn)線圖層，和一個(gè)不可見(jiàn)線圖層）。

圖6　實(shí)體在各視口中不同視圖示意圖

探討一種三維實(shí)體生成三視圖的方法：在Auto CAD布局中創(chuàng)建四個(gè)視口，把其中的三個(gè)視口在模型空間將實(shí)體設(shè)置為主視圖、俯視圖及左視圖方向（如圖6所示），對(duì)這三個(gè)視口分別在模型空間中對(duì)實(shí)體設(shè)置輪廓即可生成實(shí)體的主視圖、俯視圖及左視圖。這三個(gè)二維圖形在WCS中分別處于zx平面、xy平面和yz平面（如圖7所示）。利用2.2所闡述的方法二可以方便的將這三個(gè)二維圖形復(fù)制到特定的同一個(gè)平面上。再通過(guò)線型的設(shè)置，合理的排布以及添加相應(yīng)的軸線就能完成三維實(shí)體的三視圖的繪制工作（如圖8所示）。

圖7　三維實(shí)體設(shè)置主視圖、俯視圖及左視圖輪廓示意圖

圖8　三視圖

把三維實(shí)體擺放到相對(duì)于視口為正等軸測(cè)圖方位時(shí)（如圖6所示，右下角視口），通過(guò)設(shè)置實(shí)體輪廓將實(shí)體平移可得到如圖9所示圖形，輪廓也包括一個(gè)可見(jiàn)線圖層和一個(gè)不可見(jiàn)線圖層。將不可見(jiàn)線圖層的圖元?jiǎng)h除，并在圖上捕捉點(diǎn)做一輔助線及定義UCS（如圖10所示），通過(guò)復(fù)制再改變坐標(biāo)系之后粘貼就得到正等軸測(cè)圖（如圖11所示）?？梢?jiàn)Auto CAD軟件的設(shè)置實(shí)體輪廓功能又回歸了傳統(tǒng)繪圖，完美的生成了二維圖形。

圖9　西南等軸測(cè)視圖時(shí)設(shè)置輪廓示意圖

圖10　輪廓圖上輔助線及UCS示意圖

圖11　正等軸測(cè)圖

4　結(jié)語(yǔ)

作為機(jī)械制圖及Auto CAD軟件的初學(xué)人員，要重視機(jī)械制圖基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，特別是畫法幾何部分的學(xué)習(xí)；學(xué)習(xí)Auto CAD軟件的操作習(xí)慣及基本命令的使用，操作做到“手到、眼到、心到”；日常多讀圖、識(shí)圖，將能較快的掌握好機(jī)械制圖這門工程界的語(yǔ)言。

二維封閉圖形是Auto CAD創(chuàng)建三維實(shí)體的基礎(chǔ)。我們?cè)趧?chuàng)建復(fù)雜的三維實(shí)體時(shí)，先分解為一些簡(jiǎn)單的三維實(shí)體；使用本文介紹的逆向思維方法，靈活定義UCS精確的把各個(gè)三維實(shí)體組合在一起；再運(yùn)用布爾運(yùn)算來(lái)完成復(fù)雜三維實(shí)體的創(chuàng)建。通過(guò)三維實(shí)體創(chuàng)建三視圖，這樣可以精確的得到傳統(tǒng)手工繪圖不好完成設(shè)計(jì)中的部分復(fù)雜圖形，如相貫線等，且能克服缺少線條的情況。Auto CAD在機(jī)械制圖中的應(yīng)用是機(jī)械制圖發(fā)展中的重要內(nèi)容，計(jì)算機(jī)制圖與機(jī)械制圖相輔相成與有機(jī)結(jié)合促進(jìn)了制圖軟件與理論科學(xué)的雙贏發(fā)展[5]。

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On the Application of CADAuto in Mechanical Drawing

CHENG Shu-bin
(Library, Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou, Fujian, 363000, China)

Abstract:This paper introduces a kind of reverse thinking method to change the orientation of graphic objects. It means graphic object orientation can be changed through transformation of coordinate system. Under this method, a three-dimensional entity model can be constructed with Auto CAD software and orthographic views and isometric drawing can be created by Auto CAD contour setting. The purpose of the writer is to offer some references for those mechanical design staff during the process of learning and using Auto CAD.

Key words:Auto CAD; UCS; reverse thinking; orthographic views

中圖分類號(hào)：TH122

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào):1673-1417（2016）01-0014-05

doi:10.13908/j.cnki.issn1673-1417.2016.01.0003

收稿日期：2016－01－15

作者簡(jiǎn)介：程書斌（1979—），男，福建武夷山人，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。