巧用AutoCAD绘图软件绘制工程图

2022-11-18江汉大学智能制造学院方清华

河北农机 2022年9期

江汉大学智能制造学院方清华

前言

21世纪，在新工科建设、智能制造和工业4.0大放异彩的当前，工业制造各个行业都离不开机械类专业，工程师表达设计思想离不开工程图，工程图是新工科发展的基础，是工程师技术交流的语言，工程图在机械、电子等各行各业中都有应用[1]。工程图的空间表面问题求解，很多需要精确定位，AutoCAD是一款精确的二维绘图软件[2]，运用AutoCAD替代一部分传统的手工绘图，在一定程度上解放了劳动力。同时AutoCAD绘图精准，其精度是手工绘图所无法达到的，在设计过程中，巧用AutoCAD绘图软件各项功能，为产品设计及新品研发提高胜任力[3]。

1 用AutoCAD绘制多圆弧图形

计算机技术的迅猛发展，让产品设计更能得心应手，利用计算机进行二维平面图形设计和三维立体造型设计，是目前机械产品设计的主要方式，特别是对于多段圆弧连接构成的产品设计会在日常生活生产中经常用到。

在日常产品设计过程中，有很多圆弧连接的画法，如手柄，吊钩等，传统的手工作图，往往要先分析已知线段、中间线段和连接线段[4]，并利用定形尺寸和定位尺寸的多少，分别绘制已知线段、中间线段，再通过定切点定圆心绘制连接线段，由于受作图工具精确度的限制，往往连接线段的求解并不是那么精准，有时甚至出现小误差导致成图不美观。

以手柄为例，运用AutoCAD绘图软件，直接绘制已知线段和中间线段，并利用绘图软件画圆的强大功能，可以不需要像手工绘图那样用辅助线找切点和圆心，直接利用AutoCAD画圆的递延切点功能，直接捕捉绘制连接线段。如图1所示。

图1 平面图形手柄

AutoCAD绘图，准确、快捷，编辑修改及存储方便，对于平面图形，特别是有圆弧连接的图形，应用Auto-CAD画圆的3P与2P半径选项，很容易绘制。

2 用AutoCAD解决平面求解问题

在工程图绘制过程中，零件结构有很多倾斜结构，绘图时往往会遇见很多倾斜面求实形问题，常用的解决方法是换面法和斜视图等，换面法能够解决常见的四个基本问题，即将一般位置直线换成投影面平行线，将投影面平行线换成投影面垂直线，将一般位置平面换成投影面垂直面，将投影面垂直面换成投影面平行面[5]，通过投影变换，可以解决直线的实长比如工程中布管线及平面的实形如倾斜结构的形状问题。

2.1 用AutoCAD求解平面实形相关问题

以下图为例，已知正方形ABCD两次换面后的实形，完成正方形在V、H面上的投影及二次变换所用的两根新轴X1和X2。如图2所示。

图2 AutoCAD绘制实形类平面

我们观察已知分析，正方形是经过二次换面得到的实形，现在需要求解它的两面投影。因为直线AB是正平线，我们在选择新轴X1时，应该和直线AB的正面投影a’b’保持垂直，新投影a1就应该在正面投影a’b’的延长线上；AB经过一次变换，积聚成点a1，再选择二次变换的X2轴时，实形与积聚点a1连线应该和轴X2垂直，也就是说a1在a’b’及a”2b”2两条直线的延长线交点上。

求得新投影a1后，利用a到X轴的距离和a1到X1轴的距离相等，求得X1轴。同样的方法，可以求得第二个轴——X2轴。如图3所示。

图3 实形类平面换面法求轴

X1轴和X2轴位置确定之后，很容易，通过X2轴求a1c1。再利用新投影到新轴的距离与旧投影到旧轴的距离相等，新投影与不变投影的连线垂直与新轴，很容易求出正方形原来的两面投影。如图4所示。

图4 AutoCAD绘制实形类平面投影

在这个求解过程中，如果采用传统的手工绘图，因为作图误差，很容易造成正方形对边投影不平行，或点的投影之间不对正。

采用AutoCAD绘图软件绘制，可利用AutoCAD的延长、复制等命令，垂直捕捉功能，以及复制辅助圆，能够保证距离的精确相等，优势明显。

2.2 用AutoCAD求解平面夹角相关问题

在工程实践中，往往会遇见直线或平面与直线或平面的垂直问题，直角三角形法求实长及对投影面的倾角问题，以及最大斜度线问题等，如厂房的坡屋顶铺设瓦方向就是沿最大斜度线方向方便滴落雨水，这些问题的解决都可以利用AutoCAD精确求解的特点来实现。

以下图为例，已知两相交直线AB、BC给的平面对H面的倾角α等于30°，完成该平面的水平投影。如图5所示。

图5 平面的夹角与投影

解决这类问题，首先会想到换面法，但因为表示平面的另外一条边，水平投影不确定，很难找到辅助线，这个时候如果我们一味追求换面法求解，可能就走入一条死胡同了。这时，从夹角已知，要联想直角三角形法与实长及对投影面的倾角关系，最大斜度线的定义，以及最大斜度线与投影面平行线垂直的问题等等，梳理思路。

平面与H面的夹角α也是其平面内的最大斜度线BD对H面的倾角[5]，如图6所示。可以利用Z差和水平投影，构成直角三角形，用直角三角形法，反映夹角α。

图6 夹角类平面最大斜度线

在AutoCAD软件中，利用正交模式，很精确得到ABC内的水平线CM，再利用水平投影中反映垂直关系，AutoCAD垂直捕捉和正交平行很容易实现。

平面与H面的夹角α也是其平面内的最大斜度线BK对H面的倾角，求解时，利用最大斜度线投影的直角三角形内反映夹角，先在平面三角形ABC内做一条水平线的正面投影c’g’平行于X轴交AB直线于F点，再在正面投影中利用直角三角形法求出BKK0,水平投影bk就在动圆周上，再通过CK与BK垂直，问题迎刃而解。如图7所示，图中CF是水平线，BH垂直与CF，为最大斜度线。利用AutoCAD求解线型清晰，步骤一目了然，作图精确。

图7 AutoCAD绘制求解夹角类平面

3 用AutoCAD求解立体相贯线

两个立体相互贯穿所产生的交线，称之为相贯线，工程中经常会用到相贯的立体，相贯线是空间曲线时，一般采用描点法，以下图为例，已知圆柱与圆锥轴线垂直相贯，求相贯线。如图8所示。

图8 AutoCAD求解圆柱圆锥相贯线

圆柱和圆锥垂直相交，求相贯线的时候，要利用辅助平面法和描点法求解。描点法，我们一般又分描特殊点和一般点，在AutoCAD中很容易实现。通过不同的颜色区分特殊点和一般点，在利用辅助平面切割不同位置，保留作图过程，每一个点都很精确的求解，最后，用不同线型连接交线，区分可见性，并利用AutoCAD拟合曲线功能拟合出比较美观的交线。

在工程图相贯线求解过程中，可以单独设置辅助线层，通过开关图层实现保留过程和呈现结果，方便检查绘制是否正确和修改。举一反三，AutoCAD绘图软件拟合曲线功能能够拟合出圆柱与圆柱、圆柱与圆锥、圆柱与圆球，以及圆锥与圆锥、圆锥与圆球，圆球与圆球的相贯线。

4 用AutoCAD求解产品下料问题

在工业制造过程中，设备制造会牵涉到产品下料的问题，最大限度的利用已有的材料，节约资源，避免不必要的浪费，是工程师必备的基本要求。如图9所示，如果只知道三角形（边长L）和圆形(大圆半径R)材料的大小，即图中粗实线所示为已知，下面讨论Auto-CAD绘图的优势。

图9 AutoCAD求解产品下料

左图中如果下料的条件是四个完全相等的圆周，我们通过数学公式计算，手工绘图和计算机绘图都容易实现。但如果换成中间的三角形材料，三角形内的相切圆周手工绘图及计算机绘图容易实现，但三个小圆周，如果没有尺寸，手工绘图无法完成，而计算机绘图通过递延切点实现三方相切，很容易绘制出来。同样，右图中圆形材料，在没给小圆尺寸的情况下，也可以利用AutoCAD递延切点，轻松实现圆周最大化，无浪费。