●工程圖學課程的定義工程圖學是一門研究用圖形表達工程與產(chǎn)品的信息與定義的課程,包括圖形理解和圖樣繪制,即讀圖與繪圖畫法幾何及機械制圖HUST一、緒論法國科學家加斯帕﹒蒙日(GaspardMonge1746—1818)1795年在巴黎高等師范學校任教畫法幾何。其講課稿1798年正式獲準發(fā)表，名曰《畫法幾何學》，它是工程圖學史上發(fā)展的里程碑。,現(xiàn)代工程圖學不再僅僅是一門限于投影和工程知識的基礎(chǔ)性學科，而是由計算機、數(shù)學、物理學、工程學、智能和思維科學，多學科交叉形成的一門具有嶄新內(nèi)容的相對獨立的學科。其研究的內(nèi)容不僅涉及現(xiàn)代生產(chǎn)工程中顯示對象（產(chǎn)品信息）的描述、傳遞與綜合，而且可以作為工程上很多物理、化學、生物研究過程的可視性工具。,第1章產(chǎn)品的設(shè)計過程與表達方法1.1產(chǎn)品的設(shè)計過程產(chǎn)品是人類為了生存和發(fā)展的需要而改造自然界的產(chǎn)物。產(chǎn)品包括的范圍極其廣泛如船舶設(shè)計、飛機設(shè)計、汽車設(shè)計、家電設(shè)計、電子產(chǎn)品設(shè)計、服裝設(shè)計、建筑設(shè)計、園林設(shè)計,是市場需求產(chǎn)品規(guī)劃概念（原理）設(shè)計評估分析詳細設(shè)計（技術(shù)設(shè)計、施工設(shè)計）（三維模型或二維工程圖）再設(shè)計產(chǎn)品構(gòu)思、產(chǎn)品設(shè)計表達（三維模型或二維工程圖）可以接受？樣品制作正式生產(chǎn)（三維模型或二維工程圖）綜合評估分析可以接受？否是否產(chǎn)品的設(shè)計過程產(chǎn)品構(gòu)思與產(chǎn)品表達是產(chǎn)品設(shè)計階段中的重要組成部分產(chǎn)品構(gòu)思即構(gòu)形——寫、說、畫只有“畫”，能將構(gòu)思的“形”用三維、二維以及一維等形象地表達出來,1.2產(chǎn)品的表達方法產(chǎn)品的表達——“畫”技術(shù)圖樣技術(shù)圖樣是表達產(chǎn)品形狀、大小和技術(shù)要求的重要技術(shù)資料，是一種信息載體。技術(shù)圖樣可以用三維模型來表達，也可以用二維工程圖來表達；技術(shù)圖樣的載體可以是紙質(zhì)的，也可以是計算機存儲的數(shù)字信息,以微調(diào)瓷介質(zhì)電容器為例動畫1動畫2微調(diào)瓷介質(zhì)電容器是由7個零件裝配而成的、各個零件的形狀以及零件之間的相對位置、連接關(guān)系、裝配關(guān)系、安裝順序等旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸，陶瓷動片就跟著旋轉(zhuǎn)，陶瓷動片與陶瓷定片的涂銀部分的重疊量發(fā)生改變，從而起到增減電容量的作用，這就是微調(diào)瓷介質(zhì)電容器的工作原理。三維模型表達產(chǎn)品時可視化程度高、形象直觀、設(shè)計效率高，但其尺寸標注和出圖能力差,二維工程圖表達，是根據(jù)多面正投影原理，采用各種視圖、剖視圖等方法按照完整、清晰、合理的原則繪制的，具有規(guī)范、通用等優(yōu)點，但直觀性差。有200的歷史，,法國科學家加斯帕﹒蒙日(GaspardMonge1746—1818)1795年在巴黎高等師范學校任教畫法幾何。其講課稿1798年正式獲準發(fā)表，名曰《畫法幾何學》，它是工程圖學史上發(fā)展的里程碑。,（a）三維表達（b）二維表達產(chǎn)品的兩種表達方式,現(xiàn)代工程圖學不再僅僅是一門限于投影和工程知識的基礎(chǔ)性學科，而是由計算機、數(shù)學、物理學、工程學、智能和思維科學，多學科交叉形成的一門具有嶄新內(nèi)容的相對獨立的學科。其研究的內(nèi)容不僅涉及現(xiàn)代生產(chǎn)工程中顯示對象（產(chǎn)品信息）的描述、傳遞與綜合，而且可以作為工程上很多物理、化學、生物研究過程的可視性工具。六門新基礎(chǔ)課（數(shù)、理、文、外、計、圖）理論圖學、應用圖學、計算機圖形學、制圖技術(shù)等分支,由上述定義可明確以下幾點：(1)課程的研究對象工程與產(chǎn)品的工程圖樣或信息模型(2)課程的作用是工程與產(chǎn)品信息的主要載體；是技術(shù)交流的主要手段；是工程師的設(shè)計語言,1.3本課程的學習任務本課程是研究產(chǎn)品表達規(guī)律及方法的一門學科，包括創(chuàng)建、繪制、閱讀三維與二維技術(shù)圖樣，主要是機械技術(shù)圖樣。本課程的學習任務主要有以下幾點：(1)培養(yǎng)學生的空間形體表達能力和空間想象能力，逐步提高學生的三維形體構(gòu)思能力和創(chuàng)新性的三維形體設(shè)計能力，為工程設(shè)計奠定基礎(chǔ)。(2)學習投影理論和正確的圖學思維方法，培養(yǎng)學生用投影法表達三維形體的能力。(3)培養(yǎng)學生使用繪圖軟件進行三維表達與二維表達的能力。即培養(yǎng)學生的計算機繪圖，儀器繪圖和徒手繪草圖的能力以及閱讀各種介質(zhì)存儲的圖樣的能力。(4)培養(yǎng)學生的工程意識，貫徹、執(zhí)行國家標準。(5)培養(yǎng)學生的自學能力、分析問題和解決問題的能力以及耐心細致的工作作風和認真負責的工作態(tài)度。通過學習本課程的三維造型、投影理論等相關(guān)知識，可有效地開發(fā)學習者的智力，提高其綜合素質(zhì)。,1.4本課程的學習方法本課程的特點是既有系統(tǒng)理論又偏重于實踐。要反復畫圖和讀圖等才能逐步掌握本課程知識。“畫圖”——將實物或頭腦中的三維形體用三維建模技術(shù)或根據(jù)投影原理采用適當?shù)谋磉_方法表達出來。“讀圖”——查看三維模型或采用形體分析法逆向思考轉(zhuǎn)化為頭腦中的三維形體。若要設(shè)計一圓臺狀立體,（1）人獲取知識并能靈活地運用知識必須經(jīng)過感覺、知覺、記憶、思維、應用等過程。結(jié)合教學進度，加強對教學過程中使用的模型、零件、部件的感性認識，為提高空間構(gòu)思設(shè)計能力積累形體資料。（2）從概念入手，認真學習投影理論和圖學思維方法，打破思維定勢，改善思維品質(zhì)，為今后的學習和工作中能更好地獲取知識、運用知識，創(chuàng)造性地解決所遇到的問題打下基礎(chǔ)。（3）正確處理投影理論、造型技術(shù)與計算機繪圖、計算機造型的關(guān)系，前者是基礎(chǔ)理論，后者是再現(xiàn)理論的手段，避免不重視基礎(chǔ)理論。（4）空間思維能力和空間想象能力的培養(yǎng)是循序漸進的，因此，在學習過程中必須隨時進行從空間形體到平面圖形和平面圖形到空間形體的互相聯(lián)想的思維活動，只有這樣才能真正掌握投影理論。,（5）上課認真聽講、積極思考，課后爭取獨立完成作業(yè)。只有通過一定數(shù)量的練習才能深入理解、掌握投影理論和圖學思維方法。（6）嚴格遵守國家標準，努力做到設(shè)計的技術(shù)圖樣正確規(guī)范。這是進行技術(shù)交流和指導、管理生產(chǎn)的必備的素質(zhì)。在學習過程中，有意識地培養(yǎng)自己的工程意識、標準意識；有意識地培養(yǎng)自己的自學能力和創(chuàng)新能力，這是21世紀優(yōu)秀科技人才必須具備的基本素質(zhì)。,講課特點（1）需作筆記時會留時間給大家（2）中間穿插課堂練習：書、習題集、繪圖儀器、草稿紙均需帶齊,第2章幾何實體的構(gòu)成方式任何機器或部件都是由若干零件按一定的裝配連接關(guān)系和技術(shù)要求裝配起來的。2.1幾何立體分類,零件是構(gòu)成機器或部件的最小單元從幾何構(gòu)形的角度來看，大都由棱柱、棱錐、圓柱、圓錐等組成按照立體構(gòu)成的復雜程度，可將立體分為簡單幾何體和復雜幾何體簡單幾何體——基本體復雜幾何體——組合體,單一的幾何體一次完整的構(gòu)形操作所得到的實體基本體,2.2基本體的構(gòu)成方式依據(jù)現(xiàn)代三維設(shè)計理念，基本體都是通過掃描法構(gòu)成的。掃描法是指一截面線串沿著某一條軌跡線移動，移動的結(jié)果即所掃掠過的區(qū)域可以構(gòu)成的實體或片體截面線串可以是曲線，也可以是曲面，又稱為特征圖形。（1）拉伸運算方式,（2）旋轉(zhuǎn)運算方式,（3）掃掠運算方式（4）放樣運算方式,由若干個基本體按照一定的相對位置和組合方式有機組合而形成的較為復雜的形體稱為組合體將組合體分解成由若干基本體組成的方法，稱為形體分析法。線面分析法：分析各個基本體的特征平面的形狀和相對位置的方法,2.3組合體的構(gòu)成方式2.3.1組合體的組合方式組合體中各基本體間的組合方式有三種形式：疊加（形體加運算）——填料切割（形體減運算）——除料交割（形體交運算）——求交切割和交割組合體在空間應相交通常用CSG表示法直觀地描述組合體的構(gòu)成,2.3.2組合體的構(gòu)成分析CSG表示法是用一棵有序的二叉樹來表示組合體的集合構(gòu)成方式若干個相同的基本體，通過不同的布爾運算方式可以等到不同的結(jié)構(gòu)。,同一個組合體，以不同的組合方式分析，其構(gòu)造過程不同，且有不同的截面線串,分析截面線串的真正意義是確立構(gòu)成組合體的特定表面，截面線串又稱為特征圖形,構(gòu)成組合體時，必須合理地分解組合體，要通過反復假想分解或還原而確立最佳的構(gòu)造過程。以分解為符合基本體構(gòu)成特點的數(shù)量最少、布爾運算過程最簡單的立體為最佳。,第3章制圖的基本知識和軸測圖3.1制圖國家標準的基本規(guī)定工程圖樣的特點：1.表達工程與產(chǎn)品（物體）的形狀、大小和有關(guān)技術(shù)要求的圖形。2.具有可交流性和可應用性（它是反映設(shè)計者設(shè)計思想、記錄創(chuàng)新構(gòu)想、指導生產(chǎn)加工、交流思想意圖的重要工具）為了便于交流和應用，工程圖樣的繪制必須遵循一定的標準，即技術(shù)制圖與機械制圖的國家標準。國標有以下三種執(zhí)行方式：強制性的（代號為“GB”）推薦性的（代號為“GB/T”）指導性的（代號為“GB/Z”）,一、圖紙幅面及標題欄（GB/T14689-1993）1.圖紙幅面尺寸A0：841×1189其它幅面尺寸，圖紙沿長邊對折得到小1號圖紙表1-1圖紙幅面幅面代號A0A1A2A3A4B×L841×1189594×841420×594297×420210×297e2010c105a25,A159412611471168219822102252314861783208023786301051A4?5A4?4A3?3A3?4891A4?3420A2297A3210A484111890A0必要時，可以按規(guī)定加長圖紙的幅面。幅面的尺寸由基本幅面的短邊成整數(shù)倍增加后得出。圖中虛線為加長后的圖紙幅面。圖1-1基本幅面與加長圖紙幅面,周邊圖框線紙邊界線2.圖框格式分不留裝訂邊和留裝訂邊兩種，同一產(chǎn)品只能選其中一種。,周邊圖框線紙邊界線標題欄方位（GB/T14689-1993)標題欄文字方向為看圖方向標題欄格式（GB/T10609.1-1989)3.標題欄4.附加符號：對中符號、方向符號以及剪切符號和圖幅分區(qū)符號等,,種類比例原值比例1:1放大比例5:15?10n:12:12?10n:11?10n:1縮小比例1:21:2?10n1:51:5?10n1:101:1?10n二、比例（GB/T14690-1993）圖樣：實物放大：2：1縮?。?：2表1-2繪圖的優(yōu)先比例,種類比例放大比例4:14?10n:12.5:12.5?10n:1縮小比例1:1.51:1.5?10n1:2.51:2.5?10n1:31:3?10n1:41:4?10n1:61:6?10n表1-3繪圖的比例需要按比例繪圖時，應由表1-2選取適當?shù)谋壤?，必要時也允許選取表1-3中的比例繪制同一機件的各個視圖時應盡量采用相同的比例，并在標題欄中比例項內(nèi)填寫，當某個視圖需要采用不同比例時，必須另行標注。,三、字體（GB/T14691-1993）1.字體工整、筆劃清楚、間隔均勻、排列整齊2.字體高度用h表示，單位為mm。其公稱尺寸系列為：1.8、2.5、3.5、5、7、10、14、20。如需要書寫更大的字，其字體高度應按的比率遞增書寫字體的基本要求：3.漢字寫成長仿宋體，高度不小于3.5mm,字寬一般為h/4.字母和數(shù)字分為A型和B型，但在同一圖樣上只能用一種形式的字體。字母和字體可以寫成直體和斜體，字頭向右斜，與水平基準成75°。如AutoCAD為中國用戶提供的符合國標的字體有：西文字體“gbenor.shx”、“gbeitc.shx”和“isocp.shx”；中文字體長仿宋“gbcbig.shx”和“仿宋GB2312”，寬度比例為2/3。,四、圖線型式及應用（GB/T17450-1998）線寬b=0.5-2mm粗線：細線=2：101實線02虛線04點畫線代碼o.示例：圖線GB/T17540-1998—02x0.25No.2(02)線寬為0.25mm的圖線1.圖線型式及應用尺寸線、尺寸界線中心線、軸線、軌跡線粗實線細實線虛線點畫線不可見輪廓線可見輪廓線計算機繪圖程序用代碼來表示線型。,四、圖線型式及應用（GB/T17450-1998）,2.圖線畫法a.各種圖線相交應交在線段上b.虛線、實線為同一方向時，虛線應留空隙①同一圖樣中的同類圖線的寬度應基本一致。虛線、點劃線及雙點劃線的線段長度和間隔應各自大致相等。注意：②兩條平行線（包括剖面線）之間的距離不小于0.7mm。③繪制圓的對稱中心線時，圓心應為線段的交點。點劃線和雙點劃線的首末兩端應是線段而不是短劃。中心線應超出圖形輪廓2～5mm。④在較小的圖形上繪制點劃線或雙點劃線有困難時，可用細實線代替。,五、尺寸標注（GB/T4458.4-2003）(重點一）（一）基本規(guī)則（1）真實大小,和圖形的大小及精確度無關(guān)（2）以mm為單位（3）機件的每一尺寸只標注一次。1:11:2404cm不以mm為單位需注出單位符號,（二）尺寸四要素尺寸界線——輪廓線或其延長線尺寸線——必須單獨繪制尺寸數(shù)字——水平數(shù)字字頭朝上；垂直數(shù)字字頭朝左40102518尺寸界線尺寸線尺寸數(shù)字尺寸終端——箭頭和斜線尺寸終端,（三）尺寸注法1.尺寸界線中心線作輪廓界限(1)尺寸界線用細實線繪制，并應由圖形的輪廓線、軸線或?qū)ΨQ中心線處引出，也可利用輪廓線、軸線或?qū)ΨQ中心線作尺寸界線。輪廓線作尺寸界限,尺寸界限允許傾斜畫出圓角地方要從交點出引出界限(2)在光滑過渡處標注尺寸時，必須用細實線將輪廓線延長，從他們的交點出引出尺寸界線,正確錯誤尺寸線和輪廓線不平行·尺寸線和輪廓線重合尺寸線和中心線重合尺寸線為輪廓線的延長線尺寸線為中心線的延長線2尺寸線(1)尺寸線不能用其它圖線代替，一般也不得與其它圖線重合或畫在其延長線上。(2)標注線性尺寸時，尺寸線必須與所標注的線段平行。,3尺寸數(shù)字及箭頭尺寸線上方尺寸線中間線要將線斷開(1)線性尺寸的數(shù)字一般應寫在尺寸線的上方，也允許寫在尺寸線的中斷處(2)尺寸數(shù)字不能被任何圖線通過，否則必須將該圖線斷開,32(四)尺寸標注示例1.線性尺寸線性尺寸按圖(a)示方向標注，且不要標注在圖中三十度范圍內(nèi)，當尺寸線在三十度范圍內(nèi)，可按右圖(b)方式標注30°32323232(a)(b),2.角度尺寸(1)角度尺寸界線沿徑向引出。(2)角度尺寸線畫成圓弧，圓心是該角頂點。(3)角度尺寸數(shù)字一律寫成水平方向。,3.直徑的標注Φ50Φ50(1)直徑尺寸應在尺寸數(shù)字前加注符號“?”。(2)尺寸線應通過圓心，其終端畫成箭頭。(3)整圓或大于半圓應注直徑。,4.圓弧的半徑標注R30R28R24(1)半徑尺寸數(shù)字前加注符號“R”。(2)半徑尺寸必須注在投影為圓弧的圖形上，且尺寸線或其延長線應通過圓心。(3)小于或等于半圓的圓弧應注半徑尺寸。,5.大圓弧的標注R120在圖紙范圍內(nèi)無法標出圓心位置時，可以如圖所示進行標注R100,6.球面的標注標注球面直徑或半徑時，應在“?”或“R”前面加注符號“S”。對標準件，軸或手柄的前端，在不引起誤解的情況下，可以省略符“S”。,7.狹小位置、小直徑、小半徑的標注55555Φ8Φ8Φ6R8R8R64在沒有足夠位置畫箭頭或注寫數(shù)字時，可按上圖的形式注寫。,8.板類零件的標注t6標注板狀類零件的厚度時，可在尺寸數(shù)字前加注符號“t”。,3.2繪圖工具及使用方法計算機繪圖（使用CAD軟件），包括AutoCAD,凱圖CADInventor,UG，Pro/E,Catia等2.尺規(guī)繪圖：圖板，丁直尺，圓規(guī)，鉛筆等正確使用繪圖工具第一，可保證繪圖質(zhì)量第二，可提高繪圖工作效率。,圖板尺規(guī)繪圖工具：,丁字尺和三角板的使用方法,分規(guī)截取長度和等分線段圓規(guī)畫圓,B前面的數(shù)字越大，表示鉛芯越軟。H前面的數(shù)字越大，表示鉛芯越硬，HB標號的鉛芯硬軟適中。繪圖時：打底稿和寫字描深畫粗實線時選用HB或B型鉛筆；寫字、畫箭頭時選用HB型鉛筆；打底稿和畫細實線及各類點劃線時用H型鉛筆。,3.3幾何作圖（自學）一、正六邊形的畫法二、斜度和錐度斜度=H/L=tg?1:3L?H已知外接圓直徑定義與畫法斜度是指直線或平面對另一直線或平面的傾斜程度。D1:31:3,錐度=D/L=2tga錐度是指圓錐的底圓直徑D與高度L之比。aDL1:21:2,三、圓弧連接1、求圓心2、求切點3、畫圓弧4、整理加粗cd圓弧與圓弧的光滑連接，關(guān)鍵在于正確找出連接圓弧的圓心以及切點的位置。當兩圓弧以內(nèi)切方式相連接時，連接弧的圓心要用R?R0來確定；當兩圓弧以外切方式相連接時，連接弧的圓心要用R+R0來確定。用半徑R的圓弧光滑連接直線AB、CD用半徑R的圓弧光滑連接兩個圓,3.4平面圖形的畫法(重點二）一、尺寸分析：基準：標注尺寸的起點；平面圖形有長、寬兩個方向的基準定形尺寸：定位尺寸:確定幾何元素大小的尺寸確定幾何元素位置的尺寸長度方向基準寬度方向基準,長度方向基準寬度方向基準二、線段分析已知線段:已知定形和兩個方向的定位尺寸中間線段:已知定形和一個方向的定位尺寸連接線段:已知定形尺寸,三、作圖步驟2）畫已知線段3）畫中間線段4）連接線段1）畫基準5）檢查、描深,第4章幾何實體建模的基礎(chǔ)知識4.1參數(shù)化設(shè)計在開發(fā)產(chǎn)品時，零件設(shè)計模型建立的速度是決定整個產(chǎn)品開發(fā)效率的關(guān)鍵。參數(shù)化設(shè)計方法就是將模型中的定量信息變量化，使之成為任意調(diào)整的參數(shù)。對于變量化參數(shù)賦予不同數(shù)值，就可得到不同形狀和大小的零件模型。參數(shù)化設(shè)計可以大大提高模型的生成速度和修改速度，特別在產(chǎn)品的系列設(shè)計、相似設(shè)計及專用CAD系統(tǒng)開發(fā)方面都具有較大的應用價值。,4.1.2常用的約束形式1.幾何約束幾何約束是指圖形中幾何元素之間的拓撲關(guān)系，如平行、垂直、相切、對稱和同心等約束。因此，建模時首先確定幾何約束。2.尺寸約束(a)垂直約束(b)平行約束(c)同心約束(d)相切約束(e)對稱約束(a)參數(shù)化的圖形(b)修改尺寸，圖形改變,4.2特征設(shè)計特征設(shè)計是:面向設(shè)計和制造的全過程，它是以幾何模型為基礎(chǔ)并包括零件設(shè)計、生產(chǎn)過程所需的各種信息的一種產(chǎn)品模型方案。它允許設(shè)計者通過組合常見形體，如：孔、槽、筋、凸臺等來完成產(chǎn)品的設(shè)計，而不是使用抽象的幾何點、線、面。如圖為支架的特征建模過程:(a)建立主體特征(b)添加輔助特征-槽(c)添加輔助特征-凸臺(d)添加輔助特征-螺紋孔(e)添加輔助特征-孔(f)添加輔助特征-倒角圖4-4支架的特征建模過程,4.3基于特征的參數(shù)化CAD系統(tǒng)—Inventor基礎(chǔ)知識1.InventorProfessional2010的界面2.Inventor新建文件類型對話框,3.Inventor的零件模型設(shè)計環(huán)境4.二維草圖選項卡,5.尺寸約束和幾何約束6.草圖的編輯功能,一、草圖設(shè)計的原則：4.4Inventor的特征草圖設(shè)計（1）草圖越簡單越好。在繪制草圖時，應盡量簡單，如圓角、倒角等可以在基礎(chǔ)特征完成后，再用修改特征造型。（2）在新建草圖上，盡可能將原始坐標系的原點、坐標軸和坐標平面的投影作為所繪幾何圖形的中心、對稱線等參考要素。在草圖定位時盡量以基準平面FRONT、TOP、RIGHT面為基準進行繪制。這樣零件容易定位，也便于復雜的圖形進一步的定位造型。（3）通常生成實體所用的草圖應為閉合的截面輪廓，不閉合的輪廓一般只能生成面。截面輪廓不能出現(xiàn)自交叉的情況。（4）草圖中一般是先畫出輪廓的大致形狀，但應盡量接近實際形狀，否則在添加約束時容易使繪制的草圖變形。（5）草圖要求全約束。草圖繪制完成后要首先進行幾何約束，然后再進行尺寸約束，約束一定要完全。添加約束的順序?qū)Σ輬D的結(jié)果是有影響的，甚至無法完成正確的草圖。因此設(shè)計者要有明確的設(shè)計思路。（6）添加約束時應盡量采用“先定形狀，后定大小”的策略，即在標注尺寸前應先固定輪廓的幾何形狀。盡可能用幾何約束來確定幾何元素的位置，而不是采用尺寸定位。,例題1、拉伸生成的立體4.4Inventor的特征草圖設(shè)計,例題2、旋轉(zhuǎn)生成的立體4.4Inventor的特征草圖設(shè)計