機(jī)械零件三維模型的工程圖表達(dá)教學(xué)探討

崔怡 仲梁維

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2104-5640-6606

摘? 要：工程圖學(xué)課程最基本的教學(xué)任務(wù)是培養(yǎng)學(xué)生的工程圖表達(dá)能力。隨著機(jī)械三維CAD軟件的幾何建模被引入課程環(huán)節(jié)，工程圖表達(dá)能力培養(yǎng)指導(dǎo)思想調(diào)整為從三維模型到二維工程圖的表達(dá)。但學(xué)生很難綜合應(yīng)用各類表達(dá)方法和軟件視圖工具做出清楚、完整、規(guī)范的工程圖。本文從主視圖投影方向的選擇、零件工程圖表達(dá)一般原則、標(biāo)準(zhǔn)化和四大類零件表達(dá)方案推薦4個(gè)方面對(duì)這部分教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重新編排和深入挖掘，重新梳理的內(nèi)容對(duì)提高學(xué)生從三維到二維的工程圖表達(dá)能力有極大幫助。

關(guān)鍵詞：工程圖學(xué)? 表達(dá)能力? 三維模型? 工程圖

中圖分類號(hào)：G642;TB23-4? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098X（2021）05（a）-0243-04

Teaching Discussion on the Engineering Drawing Expression of Mechanical Part Three-Dimensional Model

CUI Yi? ZHONG Liangwei

（College of Mechanical Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai， 200093? China）

Abstract： The basic teaching task of engineering graphics course is to cultivate students' engineering drawing expression ability. With the introduction of geometric modeling of mechanical 3D CAD software into the course， the teaching ideas is transformed into drawing two-dimensional engineering drawing based on three-dimensional model. However， it is difficult for students to make clear， complete and standardized engineering drawings by using various expression methods and software view tools. This paper discusses this part of teaching content from four aspects including the choice of projection direction， general principles， standardization and recommended expression scheme of typical parts. This part of the content can improve students' engineering drawing expression ability from 3D to 2D.

Key Words： Engineering graphics; Expression ability; 3D model; Engineering drawing

三維建模技術(shù)在機(jī)械行業(yè)的廣泛應(yīng)用，從根本上改變了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，大幅度提升了新產(chǎn)品開發(fā)效率，節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)成本，因此，零件的三維模型成為了設(shè)計(jì)表達(dá)的重要載體之一。同時(shí)，傳統(tǒng)二維圖紙作為大家公認(rèn)的設(shè)計(jì)信息的一種表達(dá)方式，從多個(gè)視圖、多種方式在一張圖紙上對(duì)設(shè)計(jì)做緊湊的、高效的表達(dá)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求標(biāo)注，使其依然成為設(shè)計(jì)表達(dá)的重要載體。三維模型與二維工程圖將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)共存。

工程圖形表達(dá)能力從來就是工程圖學(xué)課程最基本的教學(xué)要求之一。在現(xiàn)代三維設(shè)計(jì)手段發(fā)展的情況下，基于機(jī)械三維CAD軟件的幾何建模被引入課程或?qū)嵺`環(huán)節(jié)，因此在圖形表達(dá)能力培養(yǎng)上，也形成了從三維到二維表達(dá)的局面，體現(xiàn)了圖形表達(dá)能力培養(yǎng)上指導(dǎo)思想的調(diào)整。

三維軟件完成機(jī)械設(shè)計(jì)后，利用軟件中的多種視圖工具，可以快速生成所需要的二維工程圖，甚至實(shí)現(xiàn)參數(shù)化模型驅(qū)動(dòng)工程圖的更新?！俺鰣D”不再是難事。但是實(shí)際上，將三維模型轉(zhuǎn)換成二維工程圖需要較強(qiáng)的二維圖形表達(dá)能力，這個(gè)能力比直接繪制二維工程圖的要求更高。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，經(jīng)常碰到學(xué)生在確定視圖表達(dá)方案時(shí)就會(huì)無從下手，不能根據(jù)零件的特點(diǎn)選擇合適的視圖投影方向，主視圖選擇不合理，給識(shí)圖帶來困難。很多學(xué)生不能綜合應(yīng)用各類表達(dá)方法，多數(shù)學(xué)生會(huì)直接套用常規(guī)的三視圖進(jìn)行表達(dá)，完成的圖樣不僅圖線多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，關(guān)鍵是不能將零部件的內(nèi)、外結(jié)構(gòu)特征表達(dá)清楚，表達(dá)效果差。有些學(xué)生將三維模型直接生成工程圖后，不進(jìn)行修改和調(diào)整，直接生成的工程圖許多地方不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

因此，針對(duì)實(shí)際工程中遇到的任意形狀特征的零件，如何完成從三維模型到生成合格的兩維工程圖，迫切需要進(jìn)行指導(dǎo)。本文從主視圖投影方向的選擇、零件工程圖表達(dá)一般原則、標(biāo)準(zhǔn)化和四大類零件表達(dá)方案推薦的4個(gè)方面對(duì)這部分內(nèi)容進(jìn)行重新編排和深入挖掘，重新梳理的內(nèi)容對(duì)提高學(xué)生的工程圖表達(dá)能力有著極大的幫助。

1? 主視圖投影方向的選擇

要表達(dá)一個(gè)三維零件，首先要選擇主視圖的投影方向。主視圖投影方向選擇合理與否，直接關(guān)系到表達(dá)是否合理。選擇主視圖投影方向時(shí)，應(yīng)該考慮零件放置姿態(tài)的選擇和形狀特征明顯清晰兩個(gè)方面。其中根據(jù)零件姿態(tài)確定主視圖投影方向有兩種方式[1]。

1.1 工作姿態(tài)

以零件在機(jī)器中工作時(shí)的姿態(tài)來確定零件的主視圖投影方向。尤其對(duì)于箱體類零件，這樣畫圖的目的是在畫裝配圖時(shí)該零件也采用同樣的主視圖投影方向，各個(gè)零件之間的裝配關(guān)系很容易被人理解。以圖1（a）泵體為例，該零件有一個(gè)大的端面，在二維工程圖表達(dá)時(shí)很容易就把端面放在下面來選擇主視圖的投影方向。但是實(shí)際上應(yīng)該根據(jù)工作姿態(tài)把零件豎起來放置來作為主視圖的投影方向，主視圖投影如圖1（b）所示。

1.2 加工姿態(tài)

以零件的主要加工工序中的裝夾姿態(tài)來確定零件的主視圖投影方向。這樣畫圖的目的是方便零件加工師傅看圖。

在確定好零件姿態(tài)后，應(yīng)該以反映零件的形狀、結(jié)構(gòu)特征及各形體間相互位置關(guān)系較明顯且清晰的方向作為主視圖的投射方向。

2? 零件二維工程圖表達(dá)的一般原則

對(duì)零件三維模型進(jìn)行二維工程圖表達(dá)的一般原則可以總結(jié)為清晰、完整、簡(jiǎn)約、反映實(shí)形。

2.1 表達(dá)清晰

表達(dá)清晰是指零件的外形和內(nèi)形均需表達(dá)清楚。對(duì)于內(nèi)部孔，不能以虛線形式畫出，均需要剖開畫。具體而言，對(duì)于零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表達(dá)，就是要能熟練運(yùn)用全剖、半剖、局部剖等剖視圖來表達(dá)物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)需要運(yùn)用各種剖切方法，如斜剖、階梯剖、旋轉(zhuǎn)剖等來提高剖切效率。針對(duì)每個(gè)零件畫多少個(gè)剖視圖，應(yīng)根據(jù)零件的實(shí)際情況，剖開其上所有的孔、洞、槽結(jié)構(gòu)。以圖2渦輪箱體為例，它屬于箱體類包容件，內(nèi)部孔槽結(jié)構(gòu)較多。圖2（b）中根據(jù)三維模型簡(jiǎn)單的生成零件的工程圖沒有完全表達(dá)清楚其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。對(duì)于內(nèi)部結(jié)構(gòu)，應(yīng)該如圖2（c）中所示，主視圖采用全剖主視圖表達(dá)出主體內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，俯視圖采用半剖視圖同時(shí)表達(dá)出外形和內(nèi)部腔體結(jié)構(gòu)，左視圖采用局部剖視圖既表達(dá)端面形狀又反映出渦輪箱體內(nèi)部小孔形狀。主視圖還畫出了斷面圖來顯示肋板的厚度，最終該零件所有的孔洞槽均剖開展現(xiàn)出來，這樣的工程圖對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的表達(dá)非常清晰。

2.2 表達(dá)完整

表達(dá)完整是指零件結(jié)構(gòu)需要表達(dá)完整，要求能夠根據(jù)零件具體結(jié)構(gòu)選用6個(gè)基本視圖來畫圖，應(yīng)該熟練選用仰視圖、右視圖、后視圖來表達(dá)零件結(jié)構(gòu)。以圖2為例，選用C向右視圖表達(dá)右側(cè)肋板厚度，選用D向前視和后視圖反映前后端面形狀，選用E向左視圖表達(dá)底板開槽情況，選用F向仰視圖表達(dá)底板形狀。工程圖對(duì)結(jié)構(gòu)的表達(dá)應(yīng)該完整、充分。

2.3 表達(dá)簡(jiǎn)約

表達(dá)簡(jiǎn)約是指在表達(dá)完整的基礎(chǔ)上圖形數(shù)量要少、線條要簡(jiǎn)約，圖形表達(dá)效率高。圖形數(shù)量不能多，對(duì)于一根軸沒有必要畫出其三視圖來。對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的零件也沒有必要全部畫出6個(gè)基本視圖來，圖形數(shù)量應(yīng)該合適即好。

同時(shí)，圖紙表達(dá)不僅要求圖形數(shù)量要少，對(duì)于一個(gè)圖形來講，線條表達(dá)也要求簡(jiǎn)約、高效。對(duì)于已經(jīng)畫清楚的結(jié)構(gòu)不必多處重復(fù)表達(dá)，要學(xué)會(huì)運(yùn)用局部視圖、局部剖視圖、半剖視圖、斷面圖等表達(dá)方法。還要學(xué)會(huì)運(yùn)用各種剖切方法，如階梯剖、旋轉(zhuǎn)剖等，在一個(gè)視圖中對(duì)多處孔、槽結(jié)構(gòu)完成剖切，提高剖視圖的利用率。例如圖2中，主視圖中的斷面圖、俯視圖的半剖、左視圖的局部剖視圖在一個(gè)基本視圖上同時(shí)作出內(nèi)形和外形的表達(dá)，提高了圖形的表達(dá)效率。C、D、E、F向視圖均為局部視圖，以最少的線條表達(dá)清楚了局部結(jié)構(gòu)。

2.4 表達(dá)反映實(shí)形

針對(duì)零件上存在傾斜部分結(jié)構(gòu)的地方，不應(yīng)該按照基本視圖投影出圖，而應(yīng)該是增加斜投影面，投影表達(dá)其實(shí)形，即采用斜視圖和斜剖方法來表達(dá)傾斜部分的內(nèi)形或外形。

3? 三維模型到二維工程圖表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)化問題

目前的三維CAD軟件都具備了三維模型轉(zhuǎn)二維工程圖的功能，并且可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化模型驅(qū)動(dòng)工程圖更新，但是直接生成的工程圖在視圖表達(dá)存在著不符合國(guó)標(biāo)工程圖表達(dá)規(guī)范的問題[2]。針對(duì)根據(jù)三維模型繪制工程圖需要滿足國(guó)標(biāo)這個(gè)要求，各個(gè)三維軟件均有相應(yīng)的解決方案。圖形經(jīng)過修改后能夠保留工程圖與零件三維模型之間數(shù)據(jù)的相關(guān)性，同時(shí)也可滿足工程圖的標(biāo)準(zhǔn)化要求。

比如國(guó)標(biāo)規(guī)定如縱向剖切肋板與輪輻時(shí)，這些結(jié)構(gòu)按照不剖繪制，不畫剖面符號(hào)，要用粗實(shí)線將肋板、輪輻與鄰接部分分開。三維軟件則按零件實(shí)際剖切情況來創(chuàng)建圖形，與國(guó)標(biāo)不符，這就需要進(jìn)入“草圖模式”修改成國(guó)標(biāo)的樣子[3]。如圖2主視圖所示，修改后肋板畫法符合國(guó)標(biāo)。

三維模型中半剖視圖是用兩個(gè)垂直的剖切平面切掉零件產(chǎn)生的，所以自動(dòng)生成的剖切符號(hào)也不符合國(guó)標(biāo)，需要重新手動(dòng)繪畫。創(chuàng)建半剖視圖后，需要將中間的粗實(shí)線隱藏，再添加點(diǎn)劃線作為分界線。圖2俯視圖為半剖視圖，需要手動(dòng)繪制A-A剖切符號(hào)。

對(duì)于局部剖視圖，需要首先創(chuàng)建基本視圖，然后在基本視圖上圈出要繪制局部剖的范圍，再在其他視圖上指定要剖切的孔，最后生成局部剖視圖。局部剖的剖切符號(hào)也需要手動(dòng)繪制，如圖2左視圖B-B所示。斜剖視圖也用相同的方法處理。

對(duì)于局部視圖，需要首先投影出基本視圖，再用“修剪”剪出局部視圖，如圖2中C、E向視圖所示。如果局部視圖圖形本身封閉、獨(dú)立，還應(yīng)該隱藏矩形框選范圍線，如圖2中D向視圖所示。斜視圖一般也是局部視圖，也用相同的方法處理[4]。

對(duì)于重合斷面圖，還要將外輪廓粗實(shí)線改為細(xì)實(shí)線，并移至基本視圖內(nèi)，如圖2主視圖中重合斷面圖所示。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定相切時(shí)不畫切邊。但是在三維模型中，零件的鑄造圓角、倒圓角、平面與曲面相切處以及曲面與曲面相切處，在生成工程圖時(shí)就會(huì)在視圖中出現(xiàn)切邊問題，不符合國(guó)標(biāo)的規(guī)定。因此在生成視圖前，需要將顯示類型設(shè)置為移除切邊[5]。

對(duì)于用“螺紋”創(chuàng)建的螺紋結(jié)構(gòu)件，勾選“螺紋特征”顯示選項(xiàng)后，由零件模型生成工程圖后，零件中螺紋結(jié)構(gòu)在工程圖中的畫法符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于內(nèi)、外螺紋簡(jiǎn)化畫法的要求[6]。

4? 四類典型零件的推薦表達(dá)方案

針對(duì)機(jī)械工程中一般的零件模型，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)將其劃分為四大類零件，分別是軸套類、輪盤蓋類、叉架類和箱體類[7]。依據(jù)零件工程圖表達(dá)的一般原則，對(duì)于四大類零件給出了推薦的工程圖表達(dá)方案，如表1所示。在遇到具體問題時(shí)，可以首先按照零件模型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行分類，然后參照各類零件特有的表達(dá)方案進(jìn)行出圖。

5? 結(jié)語

傳統(tǒng)的圖形表達(dá)能力培養(yǎng)要求采用國(guó)標(biāo)規(guī)定的視圖、剖視圖、斷面圖等手段直接在平面上完整地表示工程或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)果。在現(xiàn)代三維設(shè)計(jì)手段發(fā)展的情況下，基于CAD軟件的三維幾何建模被引入課程或?qū)嵺`環(huán)節(jié)，并逐漸形成以三維為主線的教學(xué)體系、內(nèi)容和方法。在圖形表達(dá)能力培養(yǎng)上，形成了三維到二維表達(dá)的局面，體現(xiàn)了圖形表達(dá)能力培養(yǎng)上指導(dǎo)思想的調(diào)整。

針對(duì)工程實(shí)踐中設(shè)計(jì)的具體三維零件模型，靈活運(yùn)用視圖、剖視圖、斷面圖等各種三維軟件視圖工具，將機(jī)件的內(nèi)、外結(jié)構(gòu)形狀及形體間的相對(duì)位置完整、清楚地表達(dá)出來，是利用三維模型進(jìn)行二維工程圖表達(dá)的核心內(nèi)容。畫出清晰、完整、簡(jiǎn)約、能反映實(shí)形又符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的二維工程圖，需要從主視圖投影方向選擇、工程圖表達(dá)一般原則、標(biāo)準(zhǔn)化和四類典型零件的推薦表達(dá)方案的4個(gè)方面進(jìn)行考慮。熟練掌握利用三維模型進(jìn)行二維工程圖表達(dá)這部分內(nèi)容，能夠有效提高學(xué)生的工程圖表達(dá)能力。

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