利用Auto CAD三維實(shí)體識讀組合體三視圖

楊正德，嚴(yán)中俊

(湖南人文科技學(xué)院 能源與機(jī)電工程學(xué)院，湖南 婁底 417000)

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利用Auto CAD三維實(shí)體識讀組合體三視圖

楊正德，嚴(yán)中俊

(湖南人文科技學(xué)院 能源與機(jī)電工程學(xué)院，湖南 婁底 417000)

[摘要]識讀組合體三視圖是工程圖學(xué)教學(xué)中識讀機(jī)械圖樣的重要基礎(chǔ)，它既是教學(xué)重點(diǎn)又是難點(diǎn)。為彌補(bǔ)傳統(tǒng)識讀組合體三視圖方法的不足，化解學(xué)生畏難、困惑等學(xué)習(xí)情緒，教學(xué)中根據(jù)組合體的不同組合形式，利用Auto CAD軟件中的三維造型，可繪出實(shí)體零件，并在實(shí)體圖形的基礎(chǔ)上，識讀復(fù)雜組合體三視圖。教學(xué)實(shí)踐表明，利用Auto CAD三維實(shí)體識讀組合體三視圖具有較好的效果。

[關(guān)鍵詞]Auto CAD；三維實(shí)體；組合體三視圖

工程圖學(xué)是一門用圖形研究工程與產(chǎn)品圖形信息表達(dá)、圖形理解和圖樣繪制的技術(shù)基礎(chǔ)課程，是高等院校工科專業(yè)普遍開設(shè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，其主要目的是培養(yǎng)學(xué)生繪圖、讀圖和圖解幾何問題的能力[1]，通過課程學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的空間思維和想象能力，是發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新性思維的重要基礎(chǔ)課程，其重點(diǎn)、難點(diǎn)是如何熟練掌握識讀和繪制工程圖樣。

現(xiàn)行教材介紹的讀圖方法通常是形體分析法和線面分析法兩種[2-3]，這兩種方法基于工程圖學(xué)讀圖的基本原則對組合體進(jìn)行讀圖。但在教學(xué)過程中，對復(fù)雜組合體學(xué)生難以繪出其軸測圖，難以憑空想象其三維圖形，因而難以真正讀懂組合體三視圖，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣下降。筆者在從事20多年工程圖學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合組合體的不同組合形式，采用Auto CAD對復(fù)雜組合體進(jìn)行三維實(shí)體繪制，再在此基礎(chǔ)上教學(xué)生識讀復(fù)雜組合體三視圖，在提高學(xué)生Auto CAD軟件繪圖能力的同時(shí)，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

一讀疊加式組合體三視圖

疊加式是組合體中最常見的組合方式之一，疊加式組合體由基本幾何體疊加而成，按照其形體表面接觸的方式不同，分為相錯疊加、平齊疊加、相切疊加3種形式。

例如圖1，這是由4個零件相錯疊加的三視圖，若根據(jù)主視圖和俯視圖補(bǔ)其左視圖，學(xué)生難以對其進(jìn)行分析，補(bǔ)出其左視圖比較困難。

圖1　相錯疊加式組合體三視圖

在Auto CAD軟件的基礎(chǔ)上，根據(jù)主視圖和俯視圖“長對正”“寬相等”“高平齊”的原則，對圖1進(jìn)行分析(見圖2-4)：圖2中的陰影圖框表示一個L形(左視圖體現(xiàn))長方體，并在左右兩邊各鉆了一個圓柱通孔的組合體，采用拉伸命令可以繪制如圖2所示的右側(cè)實(shí)體；在圖3的主、俯視圖中，中間的陰影圖框表示一個在長方體上方切去了半個圓柱孔的組合體，采用拉伸命令可以繪制出右側(cè)實(shí)體；同理，在圖4中，左右兩邊的陰影圖框分別表示左右兩端是兩個三角形肋板，采用拉伸命令可以繪制出右側(cè)實(shí)體。最后將所有的實(shí)體疊加在一起(見圖5)，并采用UNI并集命令，將它們合為一個整體，構(gòu)成如圖6所示的實(shí)體。

圖2　L型長方體

圖3　切去半個圓柱孔的實(shí)體

圖4　三角肋板實(shí)體

圖5　相錯疊加式組合體三維實(shí)體爆炸圖

圖6　相錯疊加式組合體三維實(shí)體圖

圖7為平齊疊加式組合體三視圖中的主、俯視圖。在主、俯視圖已知的情況下，難以根據(jù)形體分析法和線面分析法畫出其左視圖。根據(jù)主、俯視圖，可知主視圖有a′、b′、c′三個封閉線框(小圓孔暫不考慮，它不在最左邊或最右邊，不占一層)，說明有前、中、后三層，對應(yīng)的俯視圖應(yīng)該也有三層a、b、c。a層有虛線(圓孔)，說明有對應(yīng)主視圖的圓孔在后(即a′凸半圓形槽板在后)，c層窄的粗實(shí)線(c′凹形板)在最前面，b和b′肯定就在中間層了。因此，該支架是由凹形板(前)、凹半圓形豎板(中)、凸半圓形豎板(后)疊加而成的。用拉伸命令可以分別繪制出多個拉伸體(見圖8)，將各拉伸體疊加，利用UNI并集命令，將它們合為一個整體，如圖9所示。

圖7　平齊疊加式組合體三視圖

圖8　平齊疊加式組合體爆炸圖

圖9　平齊疊加式組合體三維實(shí)體圖

如上述所示，疊加式組合體的特點(diǎn)是線框、圖線比較多，線與線之間相互疊加，當(dāng)分層比較好時(shí)，通過“長對正”“寬相等”“高平齊”原則可以分析出各個線框的基本形狀；但在分層不是很明顯的情況下，難以想象出組合體的三維實(shí)體圖形，利用形體分析法和軸測圖畫法難以補(bǔ)畫其三視圖。在教學(xué)中，利用Auto CAD軟件，通過對組合體的三維實(shí)體進(jìn)行構(gòu)造，可以很直觀地對其三視圖進(jìn)行補(bǔ)畫或補(bǔ)線。

二讀切割式組合體三視圖

切割式組合體是在基本幾何體上進(jìn)行切割、鉆孔、挖槽等構(gòu)成的形體，在工程圖學(xué)教學(xué)過程中讀切割式組合體三視圖是學(xué)生難以掌握的難點(diǎn)之一，熟練識讀切割式組合體三視圖是掌握識讀綜合式組合體的關(guān)鍵。

如圖10所示，已知主視圖、俯視圖，要求補(bǔ)畫左視圖。根據(jù)主視圖、俯視圖都有圓而且直徑相等，可肯定對應(yīng)的是一個球；主視圖有一個正方形，俯視圖有一個圓而且都是貫通的(主視圖、俯視圖的虛線得以說明)，可知對應(yīng)一個長方體和圓柱。學(xué)生分析圖形感覺不難，但要畫出左視圖，就比較難了。

圖10　切割式組合體三視圖

在教學(xué)中，采用Auto CAD軟件，對其三維實(shí)體進(jìn)行構(gòu)造，步驟如下：

(1)利用球、長方體、圓柱命令，分別畫出球體、長方體、圓柱，如圖11。

(2)利用中點(diǎn)和球心捕捉，使三個基本體重疊，如圖12。

(3)利用SU差集命令，用球體差掉長方體和圓柱即可，如圖13。

(4)補(bǔ)畫左視圖，如圖14。

圖11　切割式組合體組成部分三維視圖

圖12　組合體重疊視圖

圖13　切割式組合體三維視圖

圖14　切割式組合體三視圖

如上所述的切割式組合體，在已知主、俯視圖的基礎(chǔ)上，補(bǔ)畫其左視圖，根據(jù)其主視圖及俯視圖很難想象出組合體的三維實(shí)體圖形。如果利用Auto CAD軟件，根據(jù)分析步驟繪制組合體的相關(guān)部件的三維實(shí)體，并將其疊加、切割處理，就可以很容易得到組合體三維視圖，進(jìn)而對其三視圖進(jìn)行補(bǔ)畫。這種方法可推廣到識讀球切割圓錐、圓環(huán)，圓柱切割圓臺、棱柱、棱臺等情況下的組合體三視圖。

三讀綜合式組合體三視圖

綜合式組合體是疊加式組合體與切割式組合體的綜合形式，組合體既有疊加的形式又有切割的形式，其三維實(shí)體形狀和三視圖更加復(fù)雜，是我們生活中常見的形式。

如圖15為綜合式組合體三視圖中的主視圖、俯視圖，要求補(bǔ)畫左視圖。分析可知，前后方向有直徑較大的半個圓柱，上下方向有直徑較小的半個圓柱，且相貫(因?yàn)橛泄膊糠?，取其交集，再將交集與前后方向半個圓柱并集。在小圓柱的軸線上方，向下鉆了一個通孔，前后方向鉆了一個盲孔，很難想象其形狀，無法畫出軸測圖。

圖15　綜合式組合體主、俯視圖

這里還是利用Auto CAD畫出實(shí)體，看出它的真實(shí)面貌。在Auto CAD軟件的基礎(chǔ)上，繪出直徑較大的前后方向的半個圓柱和上下方向直徑較小的一個圓柱，如圖16所示。利用IN交集命令，取兩個不同直徑圓柱的交集(見圖17)，將交集放在前后方向直徑較大的半個圓柱的前方，如圖18所示。捕捉兩個零件的上象限點(diǎn)貼合，利用UNI并集命令，將其并集，得到如圖19所示的三維實(shí)體。利用實(shí)體圓柱命令，繪出前后方向和上下方向的等徑圓柱，并利用中點(diǎn)和圓心捕捉，將兩圓柱準(zhǔn)確放入所繪零件中，如圖20所示。最后利用SU差集命令，將兩個等徑圓柱差集，得到組合體三維視圖(見圖21)，再根據(jù)三維實(shí)體圖，補(bǔ)畫左視圖就比較容易了，如圖22所示。

圖16　不同直徑圓柱組合體

圖17　不同直徑圓柱交集

圖18　圓柱體交集和半圓柱

圖19　圓柱體交集和半圓柱并集

圖20　部件組合示意圖

圖21　綜合式組合體三維實(shí)體

圖22　綜合式組合體三視圖

綜上所述得知，綜合式組合體既有疊加的形式又有切割的形式，其三維實(shí)體形狀和三視圖更加復(fù)雜。在沒有三維實(shí)體的情況下，因?yàn)殡y以想象其三維實(shí)體圖形，所以很難對其三視圖進(jìn)行繪制。在利用Auto CAD軟件畫出其三維實(shí)體的情況下，能比較容易地對其三視圖進(jìn)行繪制。

四結(jié)論

在識讀復(fù)雜組合體三視圖中，采用Auto CAD軟件畫出復(fù)雜和難以想象的實(shí)體，可以容易地讀懂組合體三視圖，從而補(bǔ)全三視圖或缺線。筆者從2012年開始，在工程圖學(xué)課程教學(xué)中引入利用Auto CAD的三維實(shí)體識讀組合體三視圖的方法，學(xué)生在期末考試中組合體三視圖的識圖題型的得分率達(dá)到85.6%，解決了歷年組合體三視圖的識圖題型得分率不高的問題。利用Auto CAD的三維實(shí)體識讀組合體三視圖方法不僅能夠提高學(xué)生熟練運(yùn)用Auto CAD軟件的能力，而且能夠提高學(xué)生對工程圖學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，這種方法在實(shí)踐教學(xué)過程中具有良好的推廣意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬希青,劉春玲,王曉敏.組合體三視圖的讀圖方法和教學(xué)方法探析[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，27(4):88-89.

[2]張海燕.工程圖的正投影圖的讀圖方法研究[J].高等建筑教育，2010，19(5):62-65.

[3]梁貴萍.論《畫法幾何與機(jī)械制圖》課程教學(xué)中的讀圖方法之一：線面分析法[J].貴陽學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，4(1):56-58.

(責(zé)任編校：楊麗英)

[收稿日期]2016-03-22.

[作者簡介]楊正德(1958—)，男，山東煙臺人，湖南人文科技學(xué)院能源與機(jī)電工程學(xué)院講師，研究方向：機(jī)械理論教學(xué)。

[中圖分類號]TH12

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]1673-0712(2016)03-0117-05

Using Auto CAD Three Dimensional Entity to Recognize Assembly Three-view Drawings

YANGZheng-de,YANZhong-jun

(School of Energy and Electrical Engineering, Hunan University of Humanities,Science and Technology, Loudi 417000, China)

Abstract:The assembly three-view drawing is an important part of engineering drawing. Students need to be familiar with it before they can understand mechanical drawings. It is a key point as well as a difficult one. To make up for the deficiency of traditional teaching of assembly three-view drawings and to help students learn it in an easier manner, the author proposes that the three-dimensional entities should be used in Auto CAD to draw the substantial parts based on the different combinations of the assembly. In doing so students can recognize from the entities the complex combinations of three-view drawings. Practice shows that using Auto CAD three-dimensional entities in the teaching of assembly three-view drawings has produced promising effect.

Key words：Auto CAD; three-dimensional entities; assembly three-view drawings