高职高专院校AutoCAD课程三维绘图解题探讨

洪金明

（长沙通信职业技术学院计算机信息工程系，湖南长沙 410015）

高职高专院校AutoCAD课程三维绘图解题探讨

洪金明

（长沙通信职业技术学院计算机信息工程系，湖南长沙 410015）

文章针对高职高专学生缺乏“机械制图”或“工程制图”课程基础训练的实际情况，对于AutoCAD课程教学经历进行分析，引导学生学习、了解工程制图的基本知识，将各类工程构件按照其组成基本体的“构造关系”开展分解投影设计及识图，并以劳动和社会保障部全国计算机信息高新技术考试AutoCAD绘图员级试题为例，说明了常见三维实体模型的辅助设计方法，期望由此提高教学质量。

AutoCAD；三维绘图；课程教学

为适应社会发展和科技进步的需要，提高学生利用计算机操作和信息处理技能，提升毕业生在高新技术领域新职业的劳动力素质和促进就业，全国各类高职高专院校工程类专业都把计算机辅助设计（AutoCAD）课程作为必修课对学生进行讲授。

长沙通信职业技术学院紧紧围绕通信企业对人才的需求，设计人才培养方案，构建基于职业岗位工作过程的课程体系，将人才培养与企业需求相融合、专业教学与职业培训相融合、教学内容与工作任务相融合、课程考核与技能鉴定相融合，积极探索工学结合的人才培养模式，大力推行“理、实一体化”教学，有力地促进人才培养质量的提高。在计算机辅助设计（AutoCAD）课程教学方面，直接参照和引用国家劳动和社会保障部组织编写的《计算机辅助设计（AutoCAD平台）AutoCAD 2002职业技能培训教程》 (绘图员级)作为教材，一方面可以满足面向通信行业发展对于高素质技能型人才岗位职能的要求，培养具有通信工程设计与管理、通信管线工程设计、通信设备安装工程设计、通信工程监理能力的专业基本素质，另一方面也让学生尽快通过劳动和社会保障部职业技能鉴定中心在全国范围内统一组织实施的社会化职业技能考试，顺利取得全国计算机信息高新技术考试合格证书，以之为“上岗证”顺利通过相应职位实行的岗位准入控制，适应劳动力的市场化管理。

从以往的教学过程来看，由于高职高专的学生没有学习过“机械制图”或“工程制图”课程，缺乏由平面图形向三维立体图形转化想象的训练及技能，对于绘图员级培训用的《计算机辅助设计（AutoCAD平台） AutoCAD 2002职业技能培训教程》 和 《计算机辅助设计 （AutoCAD平台）AutoCAD 2002试题汇编》中的三维绘图章节部分的理解普遍存在较大难度，严重影响教师的讲课进度，学生学起来也很吃力。为此，笔者对这一部分内容开展了一些研究探索，形成以下教学建议。

1 学习、了解工程制图的基本知识

人们在日常生活中，经常看到太阳或灯光照射物体时会在墙壁或地面上呈现物体的影子，这是一种自然的投影现象。基于这种现象，人类通过对影子与物体几何关系进行科学总结，创造出了把空间物体图示在平面上的方法 （将投射线通过物体，向选定的面投射并在该面上得到图形），即投影法。投影法是在平面上表示空间形体的基本方法，点、直线和平面是组成形体的最基本的空间几何元素。由于投射线发射关系的差异，投影法一般分为中心投影法和平行投影法。中心投影法得到的是透视图，其特点是近大远小，直观逼真，但作图复杂，度量性差，多应用于建筑等效果图。在平行投影法中最常用的是投射线垂直投影面的正投影法。按投射线相对于物体的不同关系，又将不同面上的正投影图形分别称为主视图、侧视图和俯视图等，它们的度量性好且作图容易，但直观性较差。主要应用于工程图样的绘制。还有一种称之为“轴测图”的平行投影图，它的直观性强但没有透视图逼真，度量性差，多应用于工程辅助图样。在上述三种正视图中，“长对正、高平齐、宽相等”即“三等”规律是它们之间几何尺寸关系最基本的对应要求，也是正确画出三视图时必须遵循的投影规律和读图时必须掌握的要领。在Auto CAD中，参照线 (Xline命令)画出的是既无起点又无终点的无限长直线,用此命令在对应的主、俯视图中画出2条垂直参照线,可保证“长对正”；再在对应的主、侧视图中画出2条水平参照线以保证“高平齐”；至于“宽相等”,则要通过画圆 (Circle命令)、移动 (Move命令)或拷贝 (Copy命令)等命令在对应的侧视图和俯视图中来完成。通过上述方法，可完成点、直线、平面和三视图的绘制。

AutoCAD中所谓的三维绘图就是通过各种绘图技巧，在轴测图中呈现出三维实体图形，是物体空间上的几何元素在一个平面图形上的综合表达。随着新版本的不断出现，AutoCAD具有强大的三维绘图功能。几乎所有的组合体，均能通过其3D功能绘出，也就是说，凡手工能绘制的图样,AutoCAD都能做出其“实体模型”，而且作图精确。

无论其形状如何复杂，任何机械零件和工程构件都可看成是由棱柱、棱锥、圆柱、圆锥、圆球、圆环等基本形体按一定方式组合而成的。根据基本体在使用中所起的作用不同，常加工成带切口、穿孔等结构而形成带“缺陷”的基本体。按构成基本体的表面形式不同，通常又分为平面立体和曲面立体两类。同时，各种工件的构造也是多种多样的，往往不是单一或完整的基本立体，而是由平面与立体相交或立体与立体相交产生的，因此，这些零件表面会产生交线（包括由平面与立体表面相交而产生的截交线，由立体与立体表面相交而产生的相贯线），为了清楚地表达出工件的形状，也必须正确地画出这些交线的投影。

另外，为了对某些复杂、隐蔽的局部结构进行细致表述，在工程制图和AutoCAD中时常也需要进行投影变换、局部剖视等特别的补充绘图，这对于工程技术人员在设计、绘图、识图、工程化实施以及监理过程中也是必须要掌握的知识和技能。

2 工程构件基本体的组合投影及其识图

对于一般的机械零件和工程构件，从结构的形成过程考虑，都可以把它分解成若干个基本体，以便开展设计、研究和加工。在制图中，人们通过分析各个组成部分的形状、相对位置及组合方式，达到逐步了解总体的目的。这些形体的组成方式可以分为叠加式、切割式和综合式三种。

叠加式是指把各个组成部分相互堆砌、叠加起来，其基本体贴合处两表面之间的关系有以下四种情况：1)两表面平齐，2)两表面不平齐，3)两表面相交，4)两表面相切。

切割式是指把基本体用平面或曲面进行“切割”，切掉若干部分。

综合式则是既有叠加又有切割的一种组合方式。综观各种工件的结构，属于单一的叠加式或切割式的组合体很少见，而常见的是综合式。在许多情况下，同一组合体，既可以按“叠加”进行分析，也可以按“切割”进行分析，还可以视为综合式进行分析。

组合体投影图的手工画法：

1）按照基本体相互间的组合关系，进行形体分析。

2）选择投影方向，即选择主视图、侧视图、俯视图以及其它补充局部视图的投影面。

3）依据投影关系绘出三面投影图。确定投影图数目后，确定画图比例和图纸幅面大小，并合理地把各个投影图画在图纸上。一般情况下，采用1:1的比例，选用基本图纸幅面，幅面的大小应考虑有足够的位置画图、标注尺寸和画标题栏等。具体的画图步骤如下：

（1）布图：确定各个投影在图纸画面上的位置，注意各投影图之间不要太挤，也不要太散。大致确定各投影图的位置后，开始画作图基准线，如圆筒的中心线、轴线、底板底面或端面有积聚性的投影等。

（2）画主要组成部分的投影：先从能反映该部分形状特征的投影画起，例如，画圆筒时，先画正面投影；画底板时，先画水平投影。

（3）画连接部分和其他细节的投影：画这些部分时，也应先画反映形状特征的投影，若各表面相交（或相切），则应按投影关系求出表面交线或切点的投影。

（4）检查各段图线的线型和粗细：为了避免图中发生错误，应先用细线画出底稿，经检查修改无误后，再按各线型要求加深加粗图线。

（5）校对、定稿：对照设计要求（或实体模型）工件的大小并按国家标准GB/T 14689-1993、GB/T 14690-1993、GB/T 14691-1993、GB/T 4457.4-2002和GB/T 4458.4-2003的要求标注尺寸和填写标题栏。

识图时，也要按照“长对正、高平齐、宽相等”和点、线、面的投影规律进行形象思维，理解各个视图上点、线、面之间的对应关系，理清组成工件的各个基本体之间的叠加或切割关系，进而勾勒出该工件的细致轮廓。

3 三维实体绘图方法解题举例

借助计算机进行辅助设计（AutoCAD），与传统的手工绘制机械工件、工程图遵循的原理虽然完全相同，但它们之间还是存在某些差异的。计算机辅助设计是通过计算机以各种命令的方式自动执行，三维实体具有实体的特征，用户可以对其进行挖空、倒角、开槽及布尔运算等各种操作。三维实体与基本形体表面的区别在于：基本形体表面仅仅是一个面，是用面的方式来描述物体，用户不能对面进行挖孔、倒角、开槽及布尔运算等操作。三维复杂实体模型基本上都是由简单三维实体模型通过布尔运算、三维操作、实体编辑命令等来实现。要准确绘制三维实体模型，首先要学会视图的正确运用，因为很多的三维实体都是在某种二维视图下绘制其二维平面投影图，然后再使用三维命令如拉伸、旋转等创建为三维立体的模型。下面以劳动和社会保障部全国计算机信息高新技术考试AutoCAD

绘图员级试题为例，说明常见三维实体模型的绘图方法。

3.1通过拉伸下列三视图（俯视图、主视图、右视图）中某个局部的二维平面图形来创建三维实体图形

图1 二维对象拉伸后创建成三维实体

其解题步骤大致如下：

1） 在俯视图中绘制300×200的矩形，并对其中的2个角使用倒圆角命令进行倒角，其圆角半径为30，同时在俯视图中绘制半径为10的两个小圆。

2） 在命令行输入拉伸命令EXTRUDE（或别名EXT），选择需要拉伸的二维对象（矩形和2个小圆），按回车键确认，然后按命令行提示输入拉伸的高度和拉伸的角度，即可得到相应的三维实体（带圆角的长方体和2个小圆柱体）。

3） 对三维实体进行布尔运算完成对长方体的挖孔。在此例操作中，使用的布尔运算命令为“差集”。

4）切换视图至主视图，在主视图中根据尺寸绘制二维封闭图形——梯形，同样使用拉伸命令EXTRUDE完成梯形的拉伸；拉伸后的梯形实体如果不在理想位置，可以使用移动命令移动至相应位置。

5）切换视图至右视图，在右视图中绘制边长分别为140与80的直角三角形（封闭图形），然后使用拉伸命令EXTRUDE将三角形拉伸为三维实体。

6）最后将所有的三维实体使用布尔运算中的“并集”命令，即可生成它们相组合的三维实体图形。

3.2通过将主、俯、右视图中某个局部的二维平面图形进行绕轴旋转创建三维实体

图2 二维对象绕轴旋转后创建成三维实体

其解题过程简述如下：

1）在主视图中按尺寸绘制如图3所示的二维封闭的平面图形。

图3 创建二维封闭图形

2）从A点垂直向上绘制一条直线。

3）在命令行输入REVOLVE命令，以过A的垂直线为轴水平旋转360°，从而得到杯子的圆筒及其底的三维实体图。

4） 在主视图中绘制一条离杯底223.7的水平参考线，以该参考线的中点为圆心绘制一半径R为100的半圆弧，将该半圆弧编辑修改，并水平移动至与右边杯壁处相连。

5）切换视图至右视图（或俯视图），在右视图（或俯视图）中以上述半圆弧的投影直线端点为圆心，绘制直径Φ39.43的圆。

6）在主视图中，将Φ39.43的圆用EXTRUDE拉伸命令按圆弧路径拉伸，从而得到杯子手柄的投影。

7） 最后将上述三个视图通过“并集”合并成为杯子的三维组合实体。

3.3通过删除实体面和抽壳处理、编辑修改得到实体模型图形

图4 三维实体编辑示例

其绘图操作过程大致如下：

1） 在俯视图中绘制20×24的矩形，并对其中的1个角使用倒Φ30圆角的命令进行倒圆角，同时在俯视图中该倒圆角的一个角绘制如图所示的直径为2的小圆。

2） 在命令行输入拉伸命令EXTRUDE，将上述二维图形（带圆角的矩形和小圆）拉伸成三维实体。

3）通过布尔运算“抽壳”处理完成对长方体的挖孔。

4）切换视图至主视图，使用倒直角命令对长方体中的指定边实行倒直角修改操作，其倒角尺寸为 0.8×0.5。

5）利用三维实体编辑命令“抽壳”，对已有的实体实行“抽壳”操作，在执行“抽壳”命令时同时选择要删除的“面”，最终可得到如图4所示的带有一根圆柱杆的“方空盒”三维模型。

4 结束语

熟练掌握计算机word文档编辑与利用execl数据库信息处理以及AutoCAD辅助设计是现代工程技术与设计岗位从业的必备技能，获得国家统一颁发的相关计算机技能等级考试合格证书则是对职员拥有相关技能的公认佐证和顺利通过某些技能岗位准入控制的“通行证”。对于某些行业和岗位，这些技能证书比毕业文凭、外语等级证书更受重视。因此，按照高职高专院校工程类专业的培养目标，在系统学习计算机课程理论知识之后，取得全国计算机信息高新技术考试合格证书对于毕业生的顺利就业至关重要。着力增强相关课程的“理、实一体化”教学效果，提高考证通过率是很多学校和教师正在努力思考的教研课题。

[1]刘潭玉,李新华.工程制图 [M].长沙:湖南大学出版社,2005.

[2]全国计算机信息高新技术考试教材编写委员会.AutoCAD 2002职业技能培训教程（绘图员级）[M].北京:红旗出版社,2004.

[3]国家职业技能鉴定专家委员会,计算机专业委员会.AutoCAD 2002试题汇编修订版（绘图员级）[M].北京:科学出版社,2008.

Discussion on three-dimensional plotting methods in the course AutoCAD in higher vocational colleges

HONG Jin-ming
（Computer Information Engineering Department,Changsha Telecommunications and Technology Vocational College,Changsha,Hu’nan,China 410015）

The vocational college students are lack of the basic training of"mechanical drawing"or"engineering drawing".This paper analyzes the AutoCAD teaching experience to lead the students to study and understand the basic knowledge of engineering drawing.According to the"structure relationship"of the engineering components,decomposition projection design and image recognition are carried out.Taking the national AutoCAD draftsman level examination as an example,the paper illustrates the aided design method of the common three-dimensional entity model so as to expect to improve the teaching quality.

AutoCAD;three-dimensional plotting;curriculum teaching

10.3969/j.issn.1671-9581.2012.03.027】

TB237

A

1671-9581(2012)03-0106-05

2012-05-08

洪金明 （1964-），女，湖南宁乡人，长沙通信职业技术学院副教授，研究方向：计算机应用技术。