●工程图学课程的定义工程图学是一门研究用图形表达工程与产品的信息与定义的课程,包括图形理解和图样绘制,即读图与绘图画法几何及机械制图HUST一、绪论法国科学家加斯帕﹒蒙日(GaspardMonge1746—1818)1795年在巴黎高等师范学校任教画法几何。其讲课稿1798年正式获准发表，名曰《画法几何学》，它是工程图学史上发展的里程碑。,现代工程图学不再仅仅是一门限于投影和工程知识的基础性学科，而是由计算机、数学、物理学、工程学、智能和思维科学，多学科交叉形成的一门具有崭新内容的相对独立的学科。其研究的内容不仅涉及现代生产工程中显示对象（产品信息）的描述、传递与综合，而且可以作为工程上很多物理、化学、生物研究过程的可视性工具。,第1章产品的设计过程与表达方法1.1产品的设计过程产品是人类为了生存和发展的需要而改造自然界的产物。产品包括的范围极其广泛如船舶设计、飞机设计、汽车设计、家电设计、电子产品设计、服装设计、建筑设计、园林设计,是市场需求产品规划概念（原理）设计评估分析详细设计（技术设计、施工设计）（三维模型或二维工程图）再设计产品构思、产品设计表达（三维模型或二维工程图）可以接受？样品制作正式生产（三维模型或二维工程图）综合评估分析可以接受？否是否产品的设计过程产品构思与产品表达是产品设计阶段中的重要组成部分产品构思即构形——写、说、画只有“画”，能将构思的“形”用三维、二维以及一维等形象地表达出来,1.2产品的表达方法产品的表达——“画”技术图样技术图样是表达产品形状、大小和技术要求的重要技术资料，是一种信息载体。技术图样可以用三维模型来表达，也可以用二维工程图来表达；技术图样的载体可以是纸质的，也可以是计算机存储的数字信息,以微调瓷介质电容器为例动画1动画2微调瓷介质电容器是由7个零件装配而成的、各个零件的形状以及零件之间的相对位置、连接关系、装配关系、安装顺序等旋转转轴，陶瓷动片就跟着旋转，陶瓷动片与陶瓷定片的涂银部分的重叠量发生改变，从而起到增减电容量的作用，这就是微调瓷介质电容器的工作原理。三维模型表达产品时可视化程度高、形象直观、设计效率高，但其尺寸标注和出图能力差,二维工程图表达，是根据多面正投影原理，采用各种视图、剖视图等方法按照完整、清晰、合理的原则绘制的，具有规范、通用等优点，但直观性差。有200的历史，,法国科学家加斯帕﹒蒙日(GaspardMonge1746—1818)1795年在巴黎高等师范学校任教画法几何。其讲课稿1798年正式获准发表，名曰《画法几何学》，它是工程图学史上发展的里程碑。,（a）三维表达（b）二维表达产品的两种表达方式,现代工程图学不再仅仅是一门限于投影和工程知识的基础性学科，而是由计算机、数学、物理学、工程学、智能和思维科学，多学科交叉形成的一门具有崭新内容的相对独立的学科。其研究的内容不仅涉及现代生产工程中显示对象（产品信息）的描述、传递与综合，而且可以作为工程上很多物理、化学、生物研究过程的可视性工具。六门新基础课（数、理、文、外、计、图）理论图学、应用图学、计算机图形学、制图技术等分支,由上述定义可明确以下几点：(1)课程的研究对象工程与产品的工程图样或信息模型(2)课程的作用是工程与产品信息的主要载体；是技术交流的主要手段；是工程师的设计语言,1.3本课程的学习任务本课程是研究产品表达规律及方法的一门学科，包括创建、绘制、阅读三维与二维技术图样，主要是机械技术图样。本课程的学习任务主要有以下几点：(1)培养学生的空间形体表达能力和空间想象能力，逐步提高学生的三维形体构思能力和创新性的三维形体设计能力，为工程设计奠定基础。(2)学习投影理论和正确的图学思维方法，培养学生用投影法表达三维形体的能力。(3)培养学生使用绘图软件进行三维表达与二维表达的能力。即培养学生的计算机绘图，仪器绘图和徒手绘草图的能力以及阅读各种介质存储的图样的能力。(4)培养学生的工程意识，贯彻、执行国家标准。(5)培养学生的自学能力、分析问题和解决问题的能力以及耐心细致的工作作风和认真负责的工作态度。通过学习本课程的三维造型、投影理论等相关知识，可有效地开发学习者的智力，提高其综合素质。,1.4本课程的学习方法本课程的特点是既有系统理论又偏重于实践。要反复画图和读图等才能逐步掌握本课程知识。“画图”——将实物或头脑中的三维形体用三维建模技术或根据投影原理采用适当的表达方法表达出来。“读图”——查看三维模型或采用形体分析法逆向思考转化为头脑中的三维形体。若要设计一圆台状立体,（1）人获取知识并能灵活地运用知识必须经过感觉、知觉、记忆、思维、应用等过程。结合教学进度，加强对教学过程中使用的模型、零件、部件的感性认识，为提高空间构思设计能力积累形体资料。（2）从概念入手，认真学习投影理论和图学思维方法，打破思维定势，改善思维品质，为今后的学习和工作中能更好地获取知识、运用知识，创造性地解决所遇到的问题打下基础。（3）正确处理投影理论、造型技术与计算机绘图、计算机造型的关系，前者是基础理论，后者是再现理论的手段，避免不重视基础理论。（4）空间思维能力和空间想象能力的培养是循序渐进的，因此，在学习过程中必须随时进行从空间形体到平面图形和平面图形到空间形体的互相联想的思维活动，只有这样才能真正掌握投影理论。,（5）上课认真听讲、积极思考，课后争取独立完成作业。只有通过一定数量的练习才能深入理解、掌握投影理论和图学思维方法。（6）严格遵守国家标准，努力做到设计的技术图样正确规范。这是进行技术交流和指导、管理生产的必备的素质。在学习过程中，有意识地培养自己的工程意识、标准意识；有意识地培养自己的自学能力和创新能力，这是21世纪优秀科技人才必须具备的基本素质。,讲课特点（1）需作笔记时会留时间给大家（2）中间穿插课堂练习：书、习题集、绘图仪器、草稿纸均需带齐,第2章几何实体的构成方式任何机器或部件都是由若干零件按一定的装配连接关系和技术要求装配起来的。2.1几何立体分类,零件是构成机器或部件的最小单元从几何构形的角度来看，大都由棱柱、棱锥、圆柱、圆锥等组成按照立体构成的复杂程度，可将立体分为简单几何体和复杂几何体简单几何体——基本体复杂几何体——组合体,单一的几何体一次完整的构形操作所得到的实体基本体,2.2基本体的构成方式依据现代三维设计理念，基本体都是通过扫描法构成的。扫描法是指一截面线串沿着某一条轨迹线移动，移动的结果即所扫掠过的区域可以构成的实体或片体截面线串可以是曲线，也可以是曲面，又称为特征图形。（1）拉伸运算方式,（2）旋转运算方式,（3）扫掠运算方式（4）放样运算方式,由若干个基本体按照一定的相对位置和组合方式有机组合而形成的较为复杂的形体称为组合体将组合体分解成由若干基本体组成的方法，称为形体分析法。线面分析法：分析各个基本体的特征平面的形状和相对位置的方法,2.3组合体的构成方式2.3.1组合体的组合方式组合体中各基本体间的组合方式有三种形式：叠加（形体加运算）——填料切割（形体减运算）——除料交割（形体交运算）——求交切割和交割组合体在空间应相交通常用CSG表示法直观地描述组合体的构成,2.3.2组合体的构成分析CSG表示法是用一棵有序的二叉树来表示组合体的集合构成方式若干个相同的基本体，通过不同的布尔运算方式可以等到不同的结构。,同一个组合体，以不同的组合方式分析，其构造过程不同，且有不同的截面线串,分析截面线串的真正意义是确立构成组合体的特定表面，截面线串又称为特征图形,构成组合体时，必须合理地分解组合体，要通过反复假想分解或还原而确立最佳的构造过程。以分解为符合基本体构成特点的数量最少、布尔运算过程最简单的立体为最佳。,第3章制图的基本知识和轴测图3.1制图国家标准的基本规定工程图样的特点：1.表达工程与产品（物体）的形状、大小和有关技术要求的图形。2.具有可交流性和可应用性（它是反映设计者设计思想、记录创新构想、指导生产加工、交流思想意图的重要工具）为了便于交流和应用，工程图样的绘制必须遵循一定的标准，即技术制图与机械制图的国家标准。国标有以下三种执行方式：强制性的（代号为“GB”）推荐性的（代号为“GB/T”）指导性的（代号为“GB/Z”）,一、图纸幅面及标题栏（GB/T14689-1993）1.图纸幅面尺寸A0：841×1189其它幅面尺寸，图纸沿长边对折得到小1号图纸表1-1图纸幅面幅面代号A0A1A2A3A4B×L841×1189594×841420×594297×420210×297e2010c105a25,A159412611471168219822102252314861783208023786301051A45A44A33A34891A43420A2297A3210A484111890A0必要时，可以按规定加长图纸的幅面。幅面的尺寸由基本幅面的短边成整数倍增加后得出。图中虚线为加长后的图纸幅面。图1-1基本幅面与加长图纸幅面,周边图框线纸边界线2.图框格式分不留装订边和留装订边两种，同一产品只能选其中一种。,周边图框线纸边界线标题栏方位（GB/T14689-1993)标题栏文字方向为看图方向标题栏格式（GB/T10609.1-1989)3.标题栏4.附加符号：对中符号、方向符号以及剪切符号和图幅分区符号等,,种类比例原值比例1:1放大比例5:1510n:12:1210n:1110n:1缩小比例1:21:210n1:51:510n1:101:110n二、比例（GB/T14690-1993）图样：实物放大：2：1缩小：1：2表1-2绘图的优先比例,种类比例放大比例4:1410n:12.5:12.510n:1缩小比例1:1.51:1.510n1:2.51:2.510n1:31:310n1:41:410n1:61:610n表1-3绘图的比例需要按比例绘图时，应由表1-2选取适当的比例，必要时也允许选取表1-3中的比例绘制同一机件的各个视图时应尽量采用相同的比例，并在标题栏中比例项内填写，当某个视图需要采用不同比例时，必须另行标注。,三、字体（GB/T14691-1993）1.字体工整、笔划清楚、间隔均匀、排列整齐2.字体高度用h表示，单位为mm。其公称尺寸系列为：1.8、2.5、3.5、5、7、10、14、20。如需要书写更大的字，其字体高度应按的比率递增书写字体的基本要求：3.汉字写成长仿宋体，高度不小于3.5mm,字宽一般为h/4.字母和数字分为A型和B型，但在同一图样上只能用一种形式的字体。字母和字体可以写成直体和斜体，字头向右斜，与水平基准成75°。如AutoCAD为中国用户提供的符合国标的字体有：西文字体“gbenor.shx”、“gbeitc.shx”和“isocp.shx”；中文字体长仿宋“gbcbig.shx”和“仿宋GB2312”，宽度比例为2/3。,四、图线型式及应用（GB/T17450-1998）线宽b=0.5-2mm粗线：细线=2：101实线02虚线04点画线代码o.示例：图线GB/T17540-1998—02x0.25No.2(02)线宽为0.25mm的图线1.图线型式及应用尺寸线、尺寸界线中心线、轴线、轨迹线粗实线细实线虚线点画线不可见轮廓线可见轮廓线计算机绘图程序用代码来表示线型。,四、图线型式及应用（GB/T17450-1998）,2.图线画法a.各种图线相交应交在线段上b.虚线、实线为同一方向时，虚线应留空隙①同一图样中的同类图线的宽度应基本一致。虚线、点划线及双点划线的线段长度和间隔应各自大致相等。注意：②两条平行线（包括剖面线）之间的距离不小于0.7mm。③绘制圆的对称中心线时，圆心应为线段的交点。点划线和双点划线的首末两端应是线段而不是短划。中心线应超出图形轮廓2～5mm。④在较小的图形上绘制点划线或双点划线有困难时，可用细实线代替。,五、尺寸标注（GB/T4458.4-2003）(重点一）（一）基本规则（1）真实大小,和图形的大小及精确度无关（2）以mm为单位（3）机件的每一尺寸只标注一次。1:11:2404cm不以mm为单位需注出单位符号,（二）尺寸四要素尺寸界线——轮廓线或其延长线尺寸线——必须单独绘制尺寸数字——水平数字字头朝上；垂直数字字头朝左40102518尺寸界线尺寸线尺寸数字尺寸终端——箭头和斜线尺寸终端,（三）尺寸注法1.尺寸界线中心线作轮廓界限(1)尺寸界线用细实线绘制，并应由图形的轮廓线、轴线或对称中心线处引出，也可利用轮廓线、轴线或对称中心线作尺寸界线。轮廓线作尺寸界限,尺寸界限允许倾斜画出圆角地方要从交点出引出界限(2)在光滑过渡处标注尺寸时，必须用细实线将轮廓线延长，从他们的交点出引出尺寸界线,正确错误尺寸线和轮廓线不平行·尺寸线和轮廓线重合尺寸线和中心线重合尺寸线为轮廓线的延长线尺寸线为中心线的延长线2尺寸线(1)尺寸线不能用其它图线代替，一般也不得与其它图线重合或画在其延长线上。(2)标注线性尺寸时，尺寸线必须与所标注的线段平行。,3尺寸数字及箭头尺寸线上方尺寸线中间线要将线断开(1)线性尺寸的数字一般应写在尺寸线的上方，也允许写在尺寸线的中断处(2)尺寸数字不能被任何图线通过，否则必须将该图线断开,32(四)尺寸标注示例1.线性尺寸线性尺寸按图(a)示方向标注，且不要标注在图中三十度范围内，当尺寸线在三十度范围内，可按右图(b)方式标注30°32323232(a)(b),2.角度尺寸(1)角度尺寸界线沿径向引出。(2)角度尺寸线画成圆弧，圆心是该角顶点。(3)角度尺寸数字一律写成水平方向。,3.直径的标注Φ50Φ50(1)直径尺寸应在尺寸数字前加注符号“”。(2)尺寸线应通过圆心，其终端画成箭头。(3)整圆或大于半圆应注直径。,4.圆弧的半径标注R30R28R24(1)半径尺寸数字前加注符号“R”。(2)半径尺寸必须注在投影为圆弧的图形上，且尺寸线或其延长线应通过圆心。(3)小于或等于半圆的圆弧应注半径尺寸。,5.大圆弧的标注R120在图纸范围内无法标出圆心位置时，可以如图所示进行标注R100,6.球面的标注标注球面直径或半径时，应在“”或“R”前面加注符号“S”。对标准件，轴或手柄的前端，在不引起误解的情况下，可以省略符“S”。,7.狭小位置、小直径、小半径的标注55555Φ8Φ8Φ6R8R8R64在没有足够位置画箭头或注写数字时，可按上图的形式注写。,8.板类零件的标注t6标注板状类零件的厚度时，可在尺寸数字前加注符号“t”。,3.2绘图工具及使用方法计算机绘图（使用CAD软件），包括AutoCAD,凯图CADInventor,UG，Pro/E,Catia等2.尺规绘图：图板，丁直尺，圆规，铅笔等正确使用绘图工具第一，可保证绘图质量第二，可提高绘图工作效率。,图板尺规绘图工具：,丁字尺和三角板的使用方法,分规截取长度和等分线段圆规画圆,B前面的数字越大，表示铅芯越软。H前面的数字越大，表示铅芯越硬，HB标号的铅芯硬软适中。绘图时：打底稿和写字描深画粗实线时选用HB或B型铅笔；写字、画箭头时选用HB型铅笔；打底稿和画细实线及各类点划线时用H型铅笔。,3.3几何作图（自学）一、正六边形的画法二、斜度和锥度斜度=H/L=tg1:3LH已知外接圆直径定义与画法斜度是指直线或平面对另一直线或平面的倾斜程度。D1:31:3,锥度=D/L=2tga锥度是指圆锥的底圆直径D与高度L之比。aDL1:21:2,三、圆弧连接1、求圆心2、求切点3、画圆弧4、整理加粗cd圆弧与圆弧的光滑连接，关键在于正确找出连接圆弧的圆心以及切点的位置。当两圆弧以内切方式相连接时，连接弧的圆心要用RR0来确定；当两圆弧以外切方式相连接时，连接弧的圆心要用R+R0来确定。用半径R的圆弧光滑连接直线AB、CD用半径R的圆弧光滑连接两个圆,3.4平面图形的画法(重点二）一、尺寸分析：基准：标注尺寸的起点；平面图形有长、宽两个方向的基准定形尺寸：定位尺寸:确定几何元素大小的尺寸确定几何元素位置的尺寸长度方向基准宽度方向基准,长度方向基准宽度方向基准二、线段分析已知线段:已知定形和两个方向的定位尺寸中间线段:已知定形和一个方向的定位尺寸连接线段:已知定形尺寸,三、作图步骤2）画已知线段3）画中间线段4）连接线段1）画基准5）检查、描深,第4章几何实体建模的基础知识4.1参数化设计在开发产品时，零件设计模型建立的速度是决定整个产品开发效率的关键。参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同形状和大小的零件模型。参数化设计可以大大提高模型的生成速度和修改速度，特别在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。,4.1.2常用的约束形式1.几何约束几何约束是指图形中几何元素之间的拓扑关系，如平行、垂直、相切、对称和同心等约束。因此，建模时首先确定几何约束。2.尺寸约束(a)垂直约束(b)平行约束(c)同心约束(d)相切约束(e)对称约束(a)参数化的图形(b)修改尺寸，图形改变,4.2特征设计特征设计是:面向设计和制造的全过程，它是以几何模型为基础并包括零件设计、生产过程所需的各种信息的一种产品模型方案。它允许设计者通过组合常见形体，如：孔、槽、筋、凸台等来完成产品的设计，而不是使用抽象的几何点、线、面。如图为支架的特征建模过程:(a)建立主体特征(b)添加辅助特征-槽(c)添加辅助特征-凸台(d)添加辅助特征-螺纹孔(e)添加辅助特征-孔(f)添加辅助特征-倒角图4-4支架的特征建模过程,4.3基于特征的参数化CAD系统—Inventor基础知识1.InventorProfessional2010的界面2.Inventor新建文件类型对话框,3.Inventor的零件模型设计环境4.二维草图选项卡,5.尺寸约束和几何约束6.草图的编辑功能,一、草图设计的原则：4.4Inventor的特征草图设计（1）草图越简单越好。在绘制草图时，应尽量简单，如圆角、倒角等可以在基础特征完成后，再用修改特征造型。（2）在新建草图上，尽可能将原始坐标系的原点、坐标轴和坐标平面的投影作为所绘几何图形的中心、对称线等参考要素。在草图定位时尽量以基准平面FRONT、TOP、RIGHT面为基准进行绘制。这样零件容易定位，也便于复杂的图形进一步的定位造型。（3）通常生成实体所用的草图应为闭合的截面轮廓，不闭合的轮廓一般只能生成面。截面轮廓不能出现自交叉的情况。（4）草图中一般是先画出轮廓的大致形状，但应尽量接近实际形状，否则在添加约束时容易使绘制的草图变形。（5）草图要求全约束。草图绘制完成后要首先进行几何约束，然后再进行尺寸约束，约束一定要完全。添加约束的顺序对草图的结果是有影响的，甚至无法完成正确的草图。因此设计者要有明确的设计思路。（6）添加约束时应尽量采用“先定形状，后定大小”的策略，即在标注尺寸前应先固定轮廓的几何形状。尽可能用几何约束来确定几何元素的位置，而不是采用尺寸定位。,例题1、拉伸生成的立体4.4Inventor的特征草图设计,例题2、旋转生成的立体4.4Inventor的特征草图设计