AutoCAD绘制机械零件三维图的操作和技巧

何兵+陆文胜

摘要：Auto CAD广泛应用于机械设计之中，利用Auto CAD可以高效、准确画出机械零件的平面、三维的设计图纸，方便零件的加工制造。本文从实物出发，通过测量机械零件的相关尺寸，利用Auto CAD三维设计功能，绘制零件的三维图形，提高Auto CAD的实践技能。

关键词：CAD；机械零件；齿轮

中图分类号：G642.3 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）13-0174-04

一、引言

CAD是世界性的通用专业名词，是“Computer Aided Design”（计算机辅助绘图）的缩写，是计算机技术的应用领域之一。Auto是美国Autodesk公司的简称，AutoCAD是美国Autodesk公司推出的通用计算机辅助绘图和设计软件。它在计算机绘图和设计领域已经领导潮流多年，是迄今为止流行最广、普及最多的计算机绘图软件之一，具有丰富而强大的绘图、图形编辑、显示控制、图形输出等功能，现已广泛应用于机械、电子、建筑、汽车制造、航天、造船、医学等领域。[1]

二、绘制组合齿轮实例

齿轮是减速机的重要组成零件。如图1是型号JZQ200圆柱齿轮减速机的内部齿轮分布。

下面以绘制该减速机的内部齿轮为实例，介绍绘制CAD机械三维图的操作和技巧。

首先，利用测量工具（如游标卡尺、量角器等）分别测得如表1的数据：

测量出啮合齿轮的中心距a13、a24，法面齿距Pn1、Pn2、端面齿距Pt1、Pt2：

根据标准斜齿轮的相关公式a=m（Z1+Z2）/（2cosβ）和cosβ=Pn/Pt，和标准渐开线齿轮的啮合条件：（1）m1=m2=m；（2）a1=a2=a（标准齿轮的压力角为20°）；（3）两齿轮截面的分度圆相切；（4）分度圆直径d=mz/cosβ；（5）齿厚s=1.5708m。准直齿圆柱齿轮，齿顶高系数是1，顶隙系数是0.25，将数据带入相关的公式计算可计算出模数m1=m3=2.25，m2=m4=1.5；分度圆螺旋角β1=14，β2=15；获得的参数如表2所示。

1.绘制齿轮截面。为了节省齿轮截面图的绘制，减少误差，长期从事专业的机械CAD绘图员根据经验和齿轮的规律，制定了专业的CAD绘图齿轮插件，既方便又省时。[2]

下面以绘制齿轮的齿轮参数化绘制（GEAR.VLX）插件为例介绍使用方法。这种插件的使用方法很简单，首先将GEAR插件安装在CAD的根目录中，启动CAD后，选择工具→载入应用程序，选择GEAR插件，即可为CAD添加绘制齿轮的命令——GEAR。

设置单位精度为毫米制，建立图层如下图所示。

输入gear命令，系统将提示指定模数、齿数、压力角、分度圆螺旋角、分度圆弧齿厚、齿顶圆直径和齿根圆直径参数，并确定是否绘制齿根过度圆弧和指定圆心即可获得符合要求的齿轮截面。如图2所示。

注意：输入gear命令后，只需输入法面模数2.25、齿数85和分度圆螺旋角14，其他参数系统已自动计算出来，如果有较大的误差再另行改动。[3]

按照上述方法绘制出齿轮1和齿轮3的截面图形，再将中心线和虚线分别归属到对应的图层。根据齿轮啮合条件，以分度圆与中心线的交点为基点将齿轮3移动到齿轮1的对应位置，使两齿轮截面啮合，如图3。

冻结齿轮3图层，视图切换至东南等轴测，接着将齿轮1沿着Z轴正向复制齿轮1，高度为30，并以圆心为基点在XY平面旋转14°（螺旋角）。并绘制齿轮1的齿根圆，用直线连接上下对应的齿条截面，如图4。

采用修剪命令处理齿轮1，并删除多余线条，获得上下两个对应的轮齿截面如图5。

用直线连接上下两个齿轮截面，获得齿轮1的齿条模样，如图6。

关闭中心线图层，向右侧复制齿条1模样，采用edgesurf（边界网格）命令，将复制后的齿轮1模样上的每四条线围成的所有封闭区域转成边界网格，如图7。

将该边界网格移动到齿轮1模样的对应位置，按照该步骤将所有的封闭区域转换的边界网格移动到对应位置后。获得齿条如图8。将原齿轮1模样的线条删除，只留边界网格围成的封闭齿条，即为齿轮1的齿条。

注意：在转换边界网格时，如果发现边界网格的边界与齿轮1模样的线条曲线重合度变差太大时，可采增加网格数量来优化，减小网格边界与齿轮模样的重合误差。输入surftab1，设置suftab1和surftab2的值为10或者更高即可。

接着按照绘制齿轮1的齿条的方法，绘制齿轮2、齿轮3的齿条。

2.绘制轮毂截面。绘制如图9的轮毂截面，绕X轴进行旋转，并切换到三维隐藏视觉样式，获得轮毂的三维模型。

绘制长30宽33高12的长方体，并移动至轮毂的对应位置，如图10。

用差集命令，用轮毂减去长方体，获得带键槽的轮廓，如图11所示。

以轮毂的底面圆圆心为移动基点，移动至齿轮1底面截面的中心，并沿着X轴旋转90度，打开齿轮1图层，显示齿条1，获得图12。

以底面齿轮1截面的圆心为阵列中心，对齿轮1的齿条进行数量为85的环形阵列，获得齿轮1的完整模型，如图13。

关闭齿轮1图层和齿轮3图层，按以上方法，绘制出齿轮2的完整模型和齿条4，如图14。

3.绘制齿轮1的轴——轴1。分别绘制半径为28.69、高170；半径为22.42、高30；半径为20.1、高40.3的圆柱体，并将这三个圆柱体归属于轴1图层。并对高度为170的圆柱体上下两个圆的边、高度为30和高度为40.3的圆柱体底圆的边进行半径2的圆角，如图15。

以圆柱体的圆心为基点移动三个圆柱体，成为一个三级轴，并选择键槽，以线段39.3的上端点为移动基点，捕捉半径为28.69的圆柱体顶面圆心为最终移动点，获得最终的轴1完整模型如图16。endprint

将“键槽”置为当前图层，以轴1的顶部圆圆心为基点，90°旋转轴1，并捕捉长度为39.3的线段的上端点移动至轴1的顶部圆心，如图17。

捕捉长度为39.3的线段的下端点移动轴1至齿轮1的中心线的上端点，获得完整的轴——齿轮模型，如图18。

按绘制轴1的方法，根据轴2、轴3的尺寸分别绘制出轴2和轴3，为了方便观察，将视觉样式切换到真实视觉样式，如图19所示。

打开齿轮1、齿轮2、齿轮3、齿轮4和轴1图层，将轴2和轴3分别移动到合适位置，关闭多余图层，获得最终的减速器内部齿轮组合模型显示，如图20。

如果要提高模型的真实性，可通过CAD的渲染设置后进行渲染。CAD的渲染属于三维的后期处理技术，相对于其他专业渲染软件（如Vray等），CAD的渲染功能过于单薄[4]，在此不做进一步的示范和介绍。

三、绘图注意事项

1.绘图前，根据绘制图形的不同，设置好合适、明确的图层，以达到绘图过程的清晰、准确。此外，配合图层的冻结和开启可以提高绘图效率。

2.在实际绘制齿轮截面中，应采用CAD插件来绘图，提高绘图效率和绘图精确性。

3.在使用复制（移动）命令时，多采用带基点复制（移动）的方法，提高复制（移动）位置的准确性。

4.图层尽量采用随层（bylayer），保持图元与图层的一致性，有利于绘图界面的清晰。

5.CAD的三维绘图少不了视口的切换，因此熟悉视口切换会提高绘图效率。此外，当CAD自带的视口不能满足观察角度时，可通过shift+鼠标中键来转动视口，从而获得满意的观察角度。

6.键槽与键的位置要相对应、吻合。

8.在几种视觉样式模式中，建议采用三维隐藏视觉样式，该样式节省了计算机计算量，提高运行速度，而三维真实样式需要计算机计算量大，容易出现卡机状态。[5]

参考文献：

[1]张强华，李小青.AutoCAD实用教程[M].北京：清华大学出版社，2006.

[2]王公元，胡仁喜.精通AutoCAD2011机械设计[M].北京：化学工业出版社，2011.

[3]郭建尊.机械制图与计算机绘图[M].北京：人民邮电出版社，2009.

[4]邢玲.计算机辅助制图与设计[M].北京：清华大学出版社，1999.

[5]王利华，张振军.CAD在机械设计中的应用现状与发展趋势[J].内蒙古民族大学学报（自然科学版），2006，21（2）.endprint