机械零件三维模型的工程图表达教学探讨

崔怡 仲梁维

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2104-5640-6606

摘  要：工程图学课程最基本的教学任务是培养学生的工程图表达能力。随着机械三维CAD软件的几何建模被引入课程环节，工程图表达能力培养指导思想调整为从三维模型到二维工程图的表达。但学生很难综合应用各类表达方法和软件视图工具做出清楚、完整、规范的工程图。本文从主视图投影方向的选择、零件工程图表达一般原则、标准化和四大类零件表达方案推荐4个方面对这部分教学内容进行重新编排和深入挖掘，重新梳理的内容对提高学生从三维到二维的工程图表达能力有极大帮助。

关键词：工程图学  表达能力  三维模型  工程图

中图分类号：G642;TB23-4               文献标识码：A文章编号：1674-098X（2021）05（a）-0243-04

Teaching Discussion on the Engineering Drawing Expression of Mechanical Part Three-Dimensional Model

CUI Yi  ZHONG Liangwei

（College of Mechanical Engineering， University of Shanghai for Science and Technology， Shanghai， 200093  China）

Abstract： The basic teaching task of engineering graphics course is to cultivate students' engineering drawing expression ability. With the introduction of geometric modeling of mechanical 3D CAD software into the course， the teaching ideas is transformed into drawing two-dimensional engineering drawing based on three-dimensional model. However， it is difficult for students to make clear， complete and standardized engineering drawings by using various expression methods and software view tools. This paper discusses this part of teaching content from four aspects including the choice of projection direction， general principles， standardization and recommended expression scheme of typical parts. This part of the content can improve students' engineering drawing expression ability from 3D to 2D.

Key Words： Engineering graphics; Expression ability; 3D model; Engineering drawing

三维建模技术在机械行业的广泛应用，从根本上改变了产品的设计环节，大幅度提升了新产品开发效率，节约了产品开发成本，因此，零件的三维模型成为了设计表达的重要载体之一。同时，传统二维图纸作为大家公认的设计信息的一种表达方式，从多个视图、多种方式在一张图纸上对设计做紧凑的、高效的表達，并在此基础上进行尺寸标注、技术要求标注，使其依然成为设计表达的重要载体。三维模型与二维工程图将在很长一段时间内共存。

工程图形表达能力从来就是工程图学课程最基本的教学要求之一。在现代三维设计手段发展的情况下，基于机械三维CAD软件的几何建模被引入课程或实践环节，因此在图形表达能力培养上，也形成了从三维到二维表达的局面，体现了图形表达能力培养上指导思想的调整。

三维软件完成机械设计后，利用软件中的多种视图工具，可以快速生成所需要的二维工程图，甚至实现参数化模型驱动工程图的更新。“出图”不再是难事。但是实际上，将三维模型转换成二维工程图需要较强的二维图形表达能力，这个能力比直接绘制二维工程图的要求更高。在实际的工程应用中，经常碰到学生在确定视图表达方案时就会无从下手，不能根据零件的特点选择合适的视图投影方向，主视图选择不合理，给识图带来困难。很多学生不能综合应用各类表达方法，多数学生会直接套用常规的三视图进行表达，完成的图样不仅图线多、结构复杂，关键是不能将零部件的内、外结构特征表达清楚，表达效果差。有些学生将三维模型直接生成工程图后，不进行修改和调整，直接生成的工程图许多地方不符合国家标准。

因此，针对实际工程中遇到的任意形状特征的零件，如何完成从三维模型到生成合格的两维工程图，迫切需要进行指导。本文从主视图投影方向的选择、零件工程图表达一般原则、标准化和四大类零件表达方案推荐的4个方面对这部分内容进行重新编排和深入挖掘，重新梳理的内容对提高学生的工程图表达能力有着极大的帮助。

1  主视图投影方向的选择

要表达一个三维零件，首先要选择主视图的投影方向。主视图投影方向选择合理与否，直接关系到表达是否合理。选择主视图投影方向时，应该考虑零件放置姿态的选择和形状特征明显清晰两个方面。其中根据零件姿态确定主视图投影方向有两种方式[1]。

1.1 工作姿態

以零件在机器中工作时的姿态来确定零件的主视图投影方向。尤其对于箱体类零件，这样画图的目的是在画装配图时该零件也采用同样的主视图投影方向，各个零件之间的装配关系很容易被人理解。以图1（a）泵体为例，该零件有一个大的端面，在二维工程图表达时很容易就把端面放在下面来选择主视图的投影方向。但是实际上应该根据工作姿态把零件竖起来放置来作为主视图的投影方向，主视图投影如图1（b）所示。

1.2 加工姿态

以零件的主要加工工序中的装夹姿态来确定零件的主视图投影方向。这样画图的目的是方便零件加工师傅看图。

在确定好零件姿态后，应该以反映零件的形状、结构特征及各形体间相互位置关系较明显且清晰的方向作为主视图的投射方向。

2  零件二维工程图表达的一般原则

对零件三维模型进行二维工程图表达的一般原则可以总结为清晰、完整、简约、反映实形。

2.1 表达清晰

表达清晰是指零件的外形和内形均需表达清楚。对于内部孔，不能以虚线形式画出，均需要剖开画。具体而言，对于零件内部结构的表达，就是要能熟练运用全剖、半剖、局部剖等剖视图来表达物体的内部结构，同时需要运用各种剖切方法，如斜剖、阶梯剖、旋转剖等来提高剖切效率。针对每个零件画多少个剖视图，应根据零件的实际情况，剖开其上所有的孔、洞、槽结构。以图2涡轮箱体为例，它属于箱体类包容件，内部孔槽结构较多。图2（b）中根据三维模型简单的生成零件的工程图没有完全表达清楚其内部结构。对于内部结构，应该如图2（c）中所示，主视图采用全剖主视图表达出主体内腔结构，俯视图采用半剖视图同时表达出外形和内部腔体结构，左视图采用局部剖视图既表达端面形状又反映出涡轮箱体内部小孔形状。主视图还画出了断面图来显示肋板的厚度，最终该零件所有的孔洞槽均剖开展现出来，这样的工程图对内部结构的表达非常清晰。

2.2 表达完整

表达完整是指零件结构需要表达完整，要求能够根据零件具体结构选用6个基本视图来画图，应该熟练选用仰视图、右视图、后视图来表达零件结构。以图2为例，选用C向右视图表达右侧肋板厚度，选用D向前视和后视图反映前后端面形状，选用E向左视图表达底板开槽情况，选用F向仰视图表达底板形状。工程图对结构的表达应该完整、充分。

2.3 表达简约

表达简约是指在表达完整的基础上图形数量要少、线条要简约，图形表达效率高。图形数量不能多，对于一根轴没有必要画出其三视图来。对于一个简单的零件也没有必要全部画出6个基本视图来，图形数量应该合适即好。

同时，图纸表达不仅要求图形数量要少，对于一个图形来讲，线条表达也要求简约、高效。对于已经画清楚的结构不必多处重复表达，要学会运用局部视图、局部剖视图、半剖视图、断面图等表达方法。还要学会运用各种剖切方法，如阶梯剖、旋转剖等，在一个视图中对多处孔、槽结构完成剖切，提高剖视图的利用率。例如图2中，主视图中的断面图、俯视图的半剖、左视图的局部剖视图在一个基本视图上同时作出内形和外形的表达，提高了图形的表达效率。C、D、E、F向视图均为局部视图，以最少的线条表达清楚了局部结构。

2.4 表达反映实形

针对零件上存在倾斜部分结构的地方，不应该按照基本视图投影出图，而应该是增加斜投影面，投影表达其实形，即采用斜视图和斜剖方法来表达倾斜部分的内形或外形。

3  三维模型到二维工程图表达的标准化问题

目前的三维CAD软件都具备了三维模型转二维工程图的功能，并且可实现参数化模型驱动工程图更新，但是直接生成的工程图在视图表达存在着不符合国标工程图表达规范的问题[2]。针对根据三维模型绘制工程图需要满足国标这个要求，各个三维软件均有相应的解决方案。图形经过修改后能够保留工程图与零件三维模型之间数据的相关性，同时也可满足工程图的标准化要求。

比如国标规定如纵向剖切肋板与轮辐时，这些结构按照不剖绘制，不画剖面符号，要用粗实线将肋板、轮辐与邻接部分分开。三维软件则按零件实际剖切情况来创建图形，与国标不符，这就需要进入“草图模式”修改成国标的样子[3]。如图2主视图所示，修改后肋板画法符合国标。

三维模型中半剖视图是用两个垂直的剖切平面切掉零件产生的，所以自动生成的剖切符号也不符合国标，需要重新手动绘画。创建半剖视图后，需要将中间的粗实线隐藏，再添加点划线作为分界线。图2俯视图为半剖视图，需要手动绘制A-A剖切符号。

对于局部剖视图，需要首先创建基本视图，然后在基本视图上圈出要绘制局部剖的范围，再在其他视图上指定要剖切的孔，最后生成局部剖视图。局部剖的剖切符号也需要手动绘制，如图2左视图B-B所示。斜剖视图也用相同的方法处理。

对于局部视图，需要首先投影出基本视图，再用“修剪”剪出局部视图，如图2中C、E向视图所示。如果局部视图图形本身封闭、独立，还应该隐藏矩形框选范围线，如图2中D向视图所示。斜视图一般也是局部视图，也用相同的方法处理[4]。

对于重合断面图，还要将外轮廓粗实线改为细实线，并移至基本视图内，如图2主视图中重合断面图所示。

国家标准还规定相切时不画切边。但是在三维模型中，零件的铸造圆角、倒圆角、平面与曲面相切处以及曲面与曲面相切处，在生成工程图时就会在视图中出现切边问题，不符合国标的规定。因此在生成视图前，需要将显示类型设置为移除切边[5]。

对于用“螺纹”创建的螺纹结构件，勾选“螺纹特征”显示选项后，由零件模型生成工程图后，零件中螺纹结构在工程图中的画法符合国家标准对于内、外螺纹简化画法的要求[6]。

4  四类典型零件的推荐表达方案

针对机械工程中一般的零件模型，根据结构特点将其划分为四大类零件，分别是轴套类、轮盘盖类、叉架类和箱体类[7]。依据零件工程图表达的一般原则，对于四大类零件给出了推荐的工程图表达方案，如表1所示。在遇到具体问题时，可以首先按照零件模型结构特点对其进行分类，然后参照各类零件特有的表达方案进行出图。

5  结语

传统的图形表达能力培养要求采用国标规定的视图、剖视图、断面图等手段直接在平面上完整地表示工程或产品的设计结果。在现代三维设计手段发展的情况下，基于CAD软件的三维几何建模被引入课程或实践环节，并逐渐形成以三维为主线的教学体系、内容和方法。在图形表达能力培养上，形成了三维到二维表达的局面，体现了图形表达能力培养上指导思想的调整。

针对工程实践中设计的具体三维零件模型，灵活运用视图、剖视图、断面图等各种三维软件视图工具，将机件的内、外结构形状及形体间的相对位置完整、清楚地表达出来，是利用三维模型进行二维工程图表达的核心内容。画出清晰、完整、简约、能反映实形又符合国家标准的二维工程图，需要从主视图投影方向选择、工程图表达一般原则、标准化和四类典型零件的推荐表达方案的4个方面进行考虑。熟练掌握利用三维模型进行二维工程图表达这部分内容，能够有效提高学生的工程图表达能力。

参考文献

[1] 瞿元赏，李海渊，朱文博.机械制图[M].3版.      北京：北京高等教育出版社，2020.

[2] 陈乐.基于SolidWorks的工程图快速生成技术研究——以V2100V型球阀为例[D].银川：宁夏大学，2015.

[3] 戚剑瑾.工业产品三维设计软件中二维表达的几个问题[J].海峡科技与产业，2017（2）：138-140.

[4] 马金英.SolidWorks工程图的国标化[J].山东理工大学学报：自然科学版，2019，33（5）：54-57.

[5] 薛峰，张瑞琳，吕杨，等.SolidWorks生成符合国标工程图的方法与应用[J].机械，2018，45（2）：31-34.

[6] 张伟华.SolidWorks软件中螺纹结构的创建与分析应用[J].信息系统工程，2020（9）：131-133.

[7] 王芳.机械类本科毕业设计工程图样质量的研究[J].教育教学论坛，2019（7）：178-180.