工程图的创建与技巧(1).doc

工程图的创建与技巧1 一、 基本情况 二维工程图，是机械设计的最后一步，出工程图是必须完成的，因为工程图是设计意图实现（零部件制造）中，设计信息的最主要携带和表达者。Inventor已经提供了创建二维工程图（零件图、装配图）的功能，而且可以做到二维与三维相关联更新 据笔者的了解，目前的三维软件都不能很完美地出工程图。从三维模型开始，按照平行正投影规则得到的结果图线，这是软件能把握和重现的规则。可是这些规则与实际工程图要求规则并不是完全一致的。原因很简单工程图中有大量的人为规定。例如简化画法、筋不剖、过渡线的规定 这些规则不要说不同国家的设计标准，就是在我国，不同行业、甚至同行业的不同设计部门，也有区别。这种纷繁复杂的、各国习惯也不一致的、与三维模型的真实投影结果不完全相同的规定，要想利用一个软件的自身功能完全解决，实在是一件相当困难的事情。 但是，从三维的零件甚至装配模型开始，几乎自动地、正确地、可关联更新地得到需要的工程图，则是三维CAD软件才能做到的事情，这可望解决80以上的工程图绘制自动化的问题。这里将以最新的Inventor R10版本为环境，讨论工程图相关的问题。对于较老的版本，其中绝大多数方法和技巧都是可用的。 Inventor在解决上述问题上，作了大量的努力，目前的功能在同类软件中应当算是比较好的一个了,参见图1，其中列出的主要功能。 图1 主要功能 二、 体验工程图视图创建的过程 这里我们以现有的三维零件模型“\013\013-螺母.IPT”进行介绍。 2.1 零件视图创建 在菜单中“文件F”-〉“新建N”,在模板选定界面（参见图2）的Metric选项卡中，双击“GB.IDW”，进入Inventor提供的中国标准的工程图环境； 图2 开始新图的界面局部 在“工程视图面板”工具面板上启用“基础视图”功能,在接着弹出的“工程图视图”界面中，点击“路径”按钮，然后在“打开”界面中“\013\013-螺母.IPT。最后按下“打开O”按钮。整个过程参见图3。 图3 找到要生成工程图的零件 Inventor将自动回到“工程图视图”界面，在“方向O”中选定第一个视图的表达方向右视图；在“比例S”栏目中点击右侧黑三角，拉下比例列表，从中选定合适的比例11；在“样式T”栏目中设置成“消隐” 结果见图4； 图4 确定第一视图的各项参数 这时Inventor将动态显示未来的结果。拖动光标，确定这个视图在图纸上的位置，在合适的条件下按下拾取键。结果如图5。 图5 第一个视图结果 在这个视图中，本想将螺纹孔放在上边，而现在是在左边，完成这个要求可以使用旋转视图方向的功能。方法是，先将光标放在这个视图的区域中，Inventor将感应到它，并用红色点线方框圈出；这时单击右键，在接着弹出的菜单中选定“旋转R”功能。 接着将弹出“旋转视图”界面，在“依据”栏目选定使用“角度”方式，并输入视图转过的角度90和转动放方向。参见图6的过程。 图6 旋转视图方向的操作 从工程图总体看来，图形显得很小，可见图纸太大了，可以调整图纸大小。先将光标放在视图上，当Inventor感应出移动标记后，拖动到图纸的中心位置；之后在浏览器中选定“图纸1”，在右键菜单中“编辑图纸E”，在“格式”栏目拉出“大小S”列表，将工程图规格改成A4幅面（参见图7），以适应这个零件。 图7 调整图纸大小 2.2 零件剖视图创建 现在创建零件的全剖视图。在“工程图视图面板”工具面板上启用“剖视图”功能。先将光标放在主视图上悬停，会出现视图的红色点线边框。单击选定（图8左1）；再把光标放在螺母圆心上，等待Inventor感应到中心点（图8左2），会出现绿色圆心点；向上移拉动光标到期望的剖切符号位置（图8左3），拾取，这是剖切线的第一个点；竖直向下移动光标，确定剖切线的第二个点（图8左4），拾取； 图8 剖面图创建过程 在右键菜单中“继续”，将弹出相关的“剖视图”对话框（参见图9左），在其中设置好相关的参数（例如剖面符号“A”、比例“1”），拖动剖视图预览到合适的位置，按下拾取键确定，创建剖视图，如图9右侧。 图9 创建剖面图最后两步 2.3 零件图辅助线 自动添加中心线 选定视图，在右键菜单中启用“自动中心线”功能，将弹出图10的界面，在其中设置需要的参数和状态，“确定”之后Inventor将按设置的条件，自动创建可能的中心线。建完成的中心线，可以在选定时看到几个亮绿色的点，拖动这些点可以调整中心线的长短。 图10 自动中心线参数设置 手工添加中心线 如果Inventor没能自动创建我们所需要的中心线，工程图要求又必须有这条中心线，可以手动添加。例如启用“工程图标注”工具面板中的“对分中心线”（就是“对称线”的意思）功能，参见图11，再先后选定视图中两个对称的图线，即可创建完成的中心线。 图11 中心线功能 在Inventor的中心线上，可以在选定时看到几个亮绿色的点，拖动这些点可以调整中心线的长短。结果参见001.IDW。 三、 体验零件图尺寸标注 尺寸标注，实在是考验工程师绘制工程图和设计水平的主要指标之一。也就是说，即使是人，在设计能力不太好的条件下，尺寸标注也难以做到完美、正确。而Inventor在做这件事的时候，却有可能比不太好的工程师表现得更好。当然，在工程图尺寸标注的创建上，最后还是要*工程师的能力和后期的润色、修饰和增删。 不过，在Inventor中，一旦建立了尺寸标注，就能与三维模型建立起自动的关联关系，在模型修改后，相关尺寸将自动修改。这是Inventor十分优秀的工程图处理性能，也是在设计支持的功能中，十分重要而又有实用价值的。 Inventor目前可提供两类标注方法自动的、手动的，而且都能与图线双向关联。 3.1 自动尺寸标注 这是自动引用某视图方向可用的、全部模型上的约束尺寸，包括草图尺寸和特征尺寸，并将其转变成工程图的标注尺寸。操作如下 在“工程图标注”面板上启用“检索尺寸”，按界面中的要求选定要处理的视图，或者选定视图，在右键菜单中“检索尺寸R”； 之后会在浏览器中将展开这个视图相关的零件结构特征，并在界面中提示“选择特征”。在浏览器中选定、或者在视图中选定特征，如果有可以借用的尺寸，将会显示出来。例如图中选定了“打孔1”特征（参见图12）； 图12 借用模型尺寸 按下“选择尺寸”按钮，在视图上选定准备留下来的模型尺寸，“应用”。 接着可以继续这样操作，完成其它的模型尺寸饮用，最后以“确定”结束。这样的尺寸标注多数是不能直接使用的，需要进行位置调整和修饰。调整方法是将光标放在尺寸文字附近，当Inventor感应反馈出四个小箭头的标记时，按下拾取键，拖动到满意的位置。也可以在工程图中隐藏不需要的模型尺寸，操作方法是选定尺寸，再右键菜单中“删除D”。说“删除”，其实这个尺寸还存在，仅是藏起来了。 对于工程图上的来自模型的尺寸，可以修改它的值，并逆向关联修改相关的模型（如果在安装Inventor中确定了这种功能）。但是笔者认为这样的操作永远不应当进行。因为仅仅在工程图上修改，还不能确定对整个设计的影响到底怎样。 3.2 标注孔 对于“打孔”特征，Inventor有专门的标注工具（参见图13）。启用“孔/螺纹孔标注”，可以在这个特征的相关投影图线上标注。但是如果不是“孔特征”做的结构，即便我们认为应当是“孔”，而且确实很像（例如用圆截面拉伸切割成的孔），Inventor也不能用这个功能标注，这就是规则的差异。 图13孔特征标注功能和实例 如果读者在标注孔的时候不能实现图13的效果，可以试着改变尺寸参数。选定一个孔标注，在右键菜单中“编辑尺寸样式S”,在如图14的界面中,切换到“注释和指引线”选项卡，调整“指引线样式”下面的文字位置呈水平即可。 图14 修改指引线文字位置参数 3.3 手工尺寸标注 Inventor的尺寸标注是一种“智能”的工具，随着所选定的图线的不同，会自动切换标注类型；但是，具体的细节，还是需要操作者确认。 参见图15，选定外径的投影圆弧（图中箭头指定的线），想标直径尺寸30，拉出尺寸，可见Inventor自动加上R前缀，因为被标注的是一段弧；这时，可在右键菜单中讲“尺寸类型T”改成“直径D”。 图15 手工标注实例 特殊地，Inventor的相关规则是，所有不是圆面的投影线，就不是圆柱相关，因此就没有直径标记。参见“003.IDW”，其中的尺寸30就是对着圆柱结构的两条投影直线标注的，Inventor没有加上直径标记。这时，需要我们自己进行修饰。想在前面加上“ф”，具体过程是先选定这个尺寸，在右键菜单中“文本T”，在接着弹出的对话框中，将光标放在“”号的左边，再在符号栏目中选定“ф”（参见图16），之后确认。 图16 添加前缀符号 3.4 粗糙度和形位公差符号标注 启用工程图标注面板上的“形位公差”和“表面粗糙度”功能，按提示进行操作即可。结果参见004.IDW和图17。 图17 粗糙度和形位公差 3.5 其它注释 启用工程图标注面板上的“文字”功能，按提示进行操作，写入技术要求。参见005.IDW。 3.6 零件图线宽度调整 在Inventor中，图线的宽度、颜色、线形等特征，是在“层”中设置和控制的，默认状态下，图线在那个层中，就具有了这个层设置的特征；也可以交互操作，设置选定图线的相关特征。而默认的轮廓线宽是0.5mm，而GB的一般习惯是0.7mm，设置修改的方法是，在菜单中“格式O”-〉“样式编辑器E”，之后“样式和标准编辑器”界面中展开“图层”列表，选定并修改其中的“可见ISO”层的线宽设置，结果将立即在工程图中表现出来。结果参见006.IDW。 注意这种修改的效果，仅是控制当前图样中的线条，不是Inventor全局的控制结果。对于大多数层的参数设置，Inventor默认值是符合GB规则的。 四、 零件图小结 看来，工程图的标注，仍然是创建过程中的“瓶颈”。这种连人也不能轻易搞好的事情，软件自动实现当然更有困难。工程图的标注总是在考验着工程师的设计能力。作为支持软件的Inventor，已经提供了相当充分的支持功能。 4.1 关于双向关联 在Inventor中工程图处理结果，是“二、三维数据双向关联更新”的模式。也就是说，在相关工程图创建完成之后，三维零件模型的修改，会引发工程图的自动更新；而对于工程图尺寸的修改也会逆向造成三维模型的关联修改。这种逆向修改有两个需要注意的事情 1） 不要轻易这样做，因为这样的结果可能造成在装配中相关零部件的问题 2） 只有直接引用自模型的尺寸才可能实现这个效果（参见图18坐），交互操作所标注的尺寸，没有这种操作可能（参见图18右）。 图18 尺寸的编辑更新 4.2 关于截交与相贯 至于从三维模型投射得到相关的二维工程图，因为Inventor的算法中完全包含了平行正投影的机制，比较完整地包含了机械图表达中人为制定的规则，所以，一个并不熟悉机械制图线绘制基本技术和规则的人，如果是在Inventor的支持下，一样能做出漂亮的结果，参见图19和000.IDW。 图19 复杂投影结果 这就是CAD技术在这个局部大幅度地替代了人需要进行的、繁重的绘图过程，进而提高质量和效率的典型表现。这也是三维CAD软件给工程师们带来的新的设计支持机制，甚至因此，我们的大学机械制图教学，可能会有一些调整 4.3 以三维模型为基础的工程图 从机械工程图的原理上说，是以三维模型为基础的。在CAD软件尚未提供相关支持的时代，也是如此。与现在不同的仅在于“谁”来进行三维模型与工程图的转换、关联。 显然，传统的方法是软件操作者进行。模型只存在于人的大脑中，转换过程是人利用大学的机械制图教育确定的规则，图线是人利软件描绘而成。因为模型构造数据不在软件的数据库中，关联改变也就只能通过人的头脑进行处理，然后修改相关图线。而用三维模型投射得到相关的二维工程图的过程，则是软件管理模型数据、软件在使用我们在大学机械制图教育确定的规则、软件在产生我们需要的相当复杂的处理结果。 因此，结果虽然类似，这个“谁”的角色转变，成为主要的变化，带来新的效能。 从这个意义上说，我们宁可先作三维模型，然后据此创建二维工程图；也不会去直接绘制二维工程图。因为这可能更快捷。例如一个简单的方块 直接绘制工程图，我们需要绘制三个矩形、关心三个视图的“长对正、高平齐、宽相等”、关心比例、关心几个视图在图纸上的位置 在原始设计改变后，所有的变化都要一一处理。从三维模型开始，我们需要绘制一个矩形草图，做拉伸特征；之后的工程图创建将是极其简单的事情，与机械图基本概念完全一致。而且不必关心视图之间关系、比例、位置等问题，也不必关心原始设计改变之后的关联更新。因为这些规则Inventor知道，并能够自动处理。可见，即便是在如此简单的工程图，从三维模型开始，也会简化过程、提高效率，而对于复杂的工程图，这种效果将更为明显。 4.4 Inventor工程图数据结构的特点 值得注意的是，Inventor的工程图与AutoCAD的同类结果，在数据架构上有着本质不同。 AutoCAD下的工程图，在创建时绝大多数是独立的一根根图线，相互没有直接的关联；创建后每一根图线都可能单独修改，与其他图线也没有关联关系 而Inventor的工程图图线，并非单独的图线，而是三维模型在指定方向上、向指定平面、按平行正投影（或者其他）规则、根据机械制图的规定（轮廓线、中心线、隐藏线等处理规定）得到的“投射结果”，所以是自动关联的，所以是不可能直接修改结果图线的形状和位置的。这才是真正符合机械设计中工程图的原理和实际结果要求的。