工程圖的創(chuàng)建與技巧(1)

   一、 基本情況

    二維工程圖，是機(jī)械設(shè)計(jì)的最后一步，出工程圖是必須完成的，因?yàn)楣こ虉D是設(shè)計(jì)意圖實(shí)現(xiàn)（零部件制造）中，設(shè)計(jì)信息的最主要攜帶和表達(dá)者。Inventor已經(jīng)提供了創(chuàng)建二維工程圖（零件圖、裝配圖）的功能，而且可以做到二維與三維相關(guān)聯(lián)更新…

    據(jù)筆者的了解，目前的三維軟件都不能很完美地出工程圖。從三維模型開(kāi)始，按照平行正投影規(guī)則得到的結(jié)果圖線，這是軟件能把握和重現(xiàn)的規(guī)則。可是這些規(guī)則與實(shí)際工程圖要求規(guī)則并不是完全一致的。原因很簡(jiǎn)單：工程圖中有大量的人為規(guī)定。例如：簡(jiǎn)化畫法、筋不剖、過(guò)渡線的規(guī)定… 這些規(guī)則不要說(shuō)不同國(guó)家的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，就是在我國(guó)，不同行業(yè)、甚至同行業(yè)的不同設(shè)計(jì)部門，也有區(qū)別。這種紛繁復(fù)雜的、各國(guó)習(xí)慣也不一致的、與三維模型的真實(shí)投影結(jié)果不完全相同的規(guī)定，要想利用一個(gè)軟件的自身功能完全解決，實(shí)在是一件相當(dāng)困難的事情。

    但是，從三維的零件甚至裝配模型開(kāi)始，幾乎自動(dòng)地、正確地、可關(guān)聯(lián)更新地得到需要的工程圖，則是三維CAD軟件才能做到的事情，這可望解決80%以上的工程圖繪制自動(dòng)化的問(wèn)題。這里將以最新的Inventor R10版本為環(huán)境，討論工程圖相關(guān)的問(wèn)題。對(duì)于較老的版本，其中絕大多數(shù)方法和技巧都是可用的。

    Inventor在解決上述問(wèn)題上，作了大量的努力，目前的功能在同類軟件中應(yīng)當(dāng)算是比較好的一個(gè)了,參見(jiàn)圖1，其中列出的主要功能。

圖1 主要功能

二、 體驗(yàn)工程圖視圖創(chuàng)建的過(guò)程

    這里我們以現(xiàn)有的三維零件模型“1313-螺母.IPT”進(jìn)行介紹。

    2.1 零件視圖創(chuàng)建

    ☆ 在菜單中“文件(F)”-〉“新建(N)”,在模板選定界面（參見(jiàn)圖2）的Metric選項(xiàng)卡中，雙擊“GB.IDW”，進(jìn)入Inventor提供的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的工程圖環(huán)境；

圖2 開(kāi)始新圖的界面局部

    ☆ 在“工程視圖面板”工具面板上啟用“基礎(chǔ)視圖”功能,在接著彈出的“工程圖視圖”界面中，點(diǎn)擊“路徑”按鈕，然后在“打開(kāi)”界面中“1313-螺母.IPT。最后按下“打開(kāi)(O)”按鈕。整個(gè)過(guò)程參見(jiàn)圖3。

圖3 找到要生成工程圖的零件

    ☆ Inventor將自動(dòng)回到“工程圖視圖”界面，在“方向(O)”中選定第一個(gè)視圖的表達(dá)方向(右視圖)；在“比例(S)”欄目中點(diǎn)擊右側(cè)黑三角，拉下比例列表，從中選定合適的比例(1:1)；在“樣式(T)”欄目中設(shè)置成“消隱”… 結(jié)果見(jiàn)圖4；

圖4 確定第一視圖的各項(xiàng)參數(shù)

    ☆ 這時(shí)Inventor將動(dòng)態(tài)顯示未來(lái)的結(jié)果。拖動(dòng)光標(biāo)，確定這個(gè)視圖在圖紙上的位置，在合適的條件下按下拾取鍵。結(jié)果如圖5。

圖5 第一個(gè)視圖結(jié)果

    ☆ 在這個(gè)視圖中，本想將螺紋孔放在上邊，而現(xiàn)在是在左邊，完成這個(gè)要求可以使用旋轉(zhuǎn)視圖方向的功能。方法是，先將光標(biāo)放在這個(gè)視圖的區(qū)域中，Inventor將感應(yīng)到它，并用紅色點(diǎn)線方框圈出；這時(shí)單擊右鍵，在接著彈出的菜單中選定“旋轉(zhuǎn)(R)”功能。

    接著將彈出“旋轉(zhuǎn)視圖”界面，在“依據(jù)”欄目選定使用“角度”方式，并輸入視圖轉(zhuǎn)過(guò)的角度90°和轉(zhuǎn)動(dòng)放方向。參見(jiàn)圖6的過(guò)程。

圖6 旋轉(zhuǎn)視圖方向的操作

    ☆ 從工程圖總體看來(lái)，圖形顯得很小，可見(jiàn)圖紙?zhí)�大了，可以調(diào)整圖紙大小。先將光標(biāo)放在視圖上，當(dāng)Inventor感應(yīng)出移動(dòng)標(biāo)記后，拖動(dòng)到圖紙的中心位置；之后在瀏覽器中選定“圖紙：1”，在右鍵菜單中“編輯圖紙(E)…”，在“格式”欄目拉出“大小(S)”列表，將工程圖規(guī)格改成A4幅面（參見(jiàn)圖7），以適應(yīng)這個(gè)零件。

圖7 調(diào)整圖紙大小

    2.2 零件剖視圖創(chuàng)建

    ☆ 現(xiàn)在創(chuàng)建零件的全剖視圖。在“工程圖視圖面板”工具面板上啟用“剖視圖”功能。先將光標(biāo)放在主視圖上懸停，會(huì)出現(xiàn)視圖的紅色點(diǎn)線邊框。單擊選定（圖8左 1）；再把光標(biāo)放在螺母圓心上，等待Inventor感應(yīng)到中心點(diǎn)（圖8左2），會(huì)出現(xiàn)綠色圓心點(diǎn)；向上移拉動(dòng)光標(biāo)到期望的剖切符號(hào)位置（圖8左3），拾取，這是剖切線的第一個(gè)點(diǎn)；豎直向下移動(dòng)光標(biāo)，確定剖切線的第二個(gè)點(diǎn)（圖8左4），拾取；

圖8 剖面圖創(chuàng)建過(guò)程

    ☆ 在右鍵菜單中“繼續(xù)”，將彈出相關(guān)的“剖視圖”對(duì)話框（參見(jiàn)圖9左），在其中設(shè)置好相關(guān)的參數(shù)（例如剖面符號(hào)“A”、比例“1”…），拖動(dòng)剖視圖預(yù)覽到合適的位置，按下拾取鍵確定，創(chuàng)建剖視圖，如圖9右側(cè)。

圖9 創(chuàng)建剖面圖最后兩步

    2.3 零件圖輔助線

    ☆ 自動(dòng)添加中心線

    選定視圖，在右鍵菜單中啟用“自動(dòng)中心線…”功能，將彈出圖10的界面，在其中設(shè)置需要的參數(shù)和狀態(tài)，“確定”之后Inventor將按設(shè)置的條件，自動(dòng)創(chuàng)建可能的中心線。建完成的中心線，可以在選定時(shí)看到幾個(gè)亮綠色的點(diǎn)，拖動(dòng)這些點(diǎn)可以調(diào)整中心線的長(zhǎng)短。

圖10 自動(dòng)中心線參數(shù)設(shè)置

    ☆ 手工添加中心線

    如果Inventor沒(méi)能自動(dòng)創(chuàng)建我們所需要的中心線，工程圖要求又必須有這條中心線，可以手動(dòng)添加。例如啟用“工程圖標(biāo)注”工具面板中的“對(duì)分中心線”（就是“對(duì)稱線”的意思）功能，參見(jiàn)圖11，再先后選定視圖中兩個(gè)對(duì)稱的圖線，即可創(chuàng)建完成的中心線。

圖11 中心線功能

    在Inventor的中心線上，可以在選定時(shí)看到幾個(gè)亮綠色的點(diǎn)，拖動(dòng)這些點(diǎn)可以調(diào)整中心線的長(zhǎng)短。結(jié)果參見(jiàn)001.IDW。

三、 體驗(yàn)零件圖尺寸標(biāo)注

    尺寸標(biāo)注，實(shí)在是考驗(yàn)工程師繪制工程圖和設(shè)計(jì)水平的主要指標(biāo)之一。也就是說(shuō)，即使是人，在設(shè)計(jì)能力不太好的條件下，尺寸標(biāo)注也難以做到完美、正確。而 Inventor在做這件事的時(shí)候，卻有可能比不太好的工程師表現(xiàn)得更好。當(dāng)然，在工程圖尺寸標(biāo)注的創(chuàng)建上，最后還是要*工程師的能力和后期的潤(rùn)色、修飾和增刪。

    不過(guò)，在Inventor中，一旦建立了尺寸標(biāo)注，就能與三維模型建立起自動(dòng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在模型修改后，相關(guān)尺寸將自動(dòng)修改。這是Inventor十分優(yōu)秀的工程圖處理性能，也是在設(shè)計(jì)支持的功能中，十分重要而又有實(shí)用價(jià)值的。

    Inventor目前可提供兩類標(biāo)注方法：自動(dòng)的、手動(dòng)的，而且都能與圖線雙向關(guān)聯(lián)。

    3.1 自動(dòng)尺寸標(biāo)注

    這是自動(dòng)引用某視圖方向可用的、全部模型上的約束尺寸，包括草圖尺寸和特征尺寸，并將其轉(zhuǎn)變成工程圖的標(biāo)注尺寸。操作如下：

    ☆ 在“工程圖標(biāo)注”面板上啟用“檢索尺寸”，按界面中的要求選定要處理的視圖，或者選定視圖，在右鍵菜單中“檢索尺寸(R)…”；

    ☆ 之后會(huì)在瀏覽器中將展開(kāi)這個(gè)視圖相關(guān)的零件結(jié)構(gòu)特征，并在界面中提示“選擇特征”。在瀏覽器中選定、或者在視圖中選定特征，如果有可以借用的尺寸，將會(huì)顯示出來(lái)。例如圖中選定了“打孔1”特征（參見(jiàn)圖12）；

圖12 借用模型尺寸

    ☆ 按下“選擇尺寸”按鈕，在視圖上選定準(zhǔn)備留下來(lái)的模型尺寸，“應(yīng)用”。

    接著可以繼續(xù)這樣操作，完成其它的模型尺寸飲用，最后以“確定”結(jié)束。這樣的尺寸標(biāo)注多數(shù)是不能直接使用的，需要進(jìn)行位置調(diào)整和修飾。調(diào)整方法是：將光標(biāo)放在尺寸文字附近，當(dāng)Inventor感應(yīng)反饋出四個(gè)小箭頭的標(biāo)記時(shí)，按下拾取鍵，拖動(dòng)到滿意的位置。也可以在工程圖中隱藏不需要的模型尺寸，操作方法是：選定尺寸，再右鍵菜單中“刪除(D)”。說(shuō)“刪除”，其實(shí)這個(gè)尺寸還存在，僅是藏起來(lái)了。

    對(duì)于工程圖上的來(lái)自模型的尺寸，可以修改它的值，并逆向關(guān)聯(lián)修改相關(guān)的模型（如果在安裝Inventor中確定了這種功能）。但是筆者認(rèn)為這樣的操作永遠(yuǎn)不應(yīng)當(dāng)進(jìn)行。因?yàn)閮H僅在工程圖上修改，還不能確定對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)的影響到底怎樣。

    3.2 標(biāo)注孔

    對(duì)于“打孔”特征，Inventor有專門的標(biāo)注工具（參見(jiàn)圖13）。啟用“孔/螺紋孔標(biāo)注”，可以在這個(gè)特征的相關(guān)投影圖線上標(biāo)注。但是如果不是“孔特征”做的結(jié)構(gòu)，即便我們認(rèn)為應(yīng)當(dāng)是“孔”，而且確實(shí)很像（例如用圓截面拉伸切割成的孔），Inventor也不能用這個(gè)功能標(biāo)注，這就是規(guī)則的差異。

圖13孔特征標(biāo)注功能和實(shí)例

    如果讀者在標(biāo)注孔的時(shí)候不能實(shí)現(xiàn)圖13的效果，可以試著改變尺寸參數(shù)。選定一個(gè)孔標(biāo)注，在右鍵菜單中“編輯尺寸樣式(S)…”,在如圖14的界面中,切換到“注釋和指引線”選項(xiàng)卡，調(diào)整“指引線樣式”下面的文字位置呈水平即可。

圖14 修改指引線文字位置參數(shù)

    3.3 手工尺寸標(biāo)注

    Inventor的尺寸標(biāo)注是一種“智能”的工具，隨著所選定的圖線的不同，會(huì)自動(dòng)切換標(biāo)注類型；但是，具體的細(xì)節(jié)，還是需要操作者確認(rèn)。

    參見(jiàn)圖15，選定外徑的投影圓�。▓D中箭頭指定的線），想標(biāo)直徑尺寸30，拉出尺寸，可見(jiàn)Inventor自動(dòng)加上R前綴，因?yàn)楸粯?biāo)注的是一段弧；這時(shí)，可在右鍵菜單中講“尺寸類型(T)”改成“直徑(D)”。

圖15 手工標(biāo)注實(shí)例

    特殊地，Inventor的相關(guān)規(guī)則是，所有不是圓面的投影線，就不是圓柱相關(guān)，因此就沒(méi)有直徑標(biāo)記。參見(jiàn)“003.IDW”，其中的尺寸30就是對(duì)著圓柱結(jié)構(gòu)的兩條投影直線標(biāo)注的，Inventor沒(méi)有加上直徑標(biāo)記。這時(shí)，需要我們自己進(jìn)行修飾。想在前面加上“ф”，具體過(guò)程是：先選定這個(gè)尺寸，在右鍵菜單中“文本(T)…”，在接著彈出的對(duì)話框中，將光標(biāo)放在“<<>>”號(hào)的左邊，再在符號(hào)欄目中選定“ф”（參見(jiàn)圖16），之后確認(rèn)。

圖16 添加前綴符號(hào)

    3.4 粗糙度和形位公差符號(hào)標(biāo)注

    啟用工程圖標(biāo)注面板上的“形位公差”和“表面粗糙度”功能，按提示進(jìn)行操作即可。結(jié)果參見(jiàn)004.IDW和圖17。

圖17 粗糙度和形位公差

    3.5 其它注釋

    啟用工程圖標(biāo)注面板上的“文字”功能，按提示進(jìn)行操作，寫入技術(shù)要求。參見(jiàn)005.IDW。

    3.6 零件圖線寬度調(diào)整

    在Inventor中，圖線的寬度、顏色、線形等特征，是在“層”中設(shè)置和控制的，默認(rèn)狀態(tài)下，圖線在那個(gè)層中，就具有了這個(gè)層設(shè)置的特征；也可以交互操作，設(shè)置選定圖線的相關(guān)特征。而默認(rèn)的輪廓線寬是0.5mm，而GB的一般習(xí)慣是0.7mm，設(shè)置修改的方法是，在菜單中“格式(O)”-〉“樣式編輯器 (E)…”，之后“樣式和標(biāo)準(zhǔn)編輯器”界面中展開(kāi)“圖層”列表，選定并修改其中的“可見(jiàn)(ISO)”層的線寬設(shè)置，結(jié)果將立即在工程圖中表現(xiàn)出來(lái)。結(jié)果參見(jiàn)006.IDW。

    注意：這種修改的效果，僅是控制當(dāng)前圖樣中的線條，不是Inventor全局的控制結(jié)果。對(duì)于大多數(shù)層的參數(shù)設(shè)置，Inventor默認(rèn)值是符合GB規(guī)則的。

四、 零件圖小結(jié)

    看來(lái)，工程圖的標(biāo)注，仍然是創(chuàng)建過(guò)程中的“瓶頸”。這種連人也不能輕易搞好的事情，軟件自動(dòng)實(shí)現(xiàn)當(dāng)然更有困難。工程圖的標(biāo)注總是在考驗(yàn)著工程師的設(shè)計(jì)能力。作為支持軟件的Inventor，已經(jīng)提供了相當(dāng)充分的支持功能。

    4.1 關(guān)于雙向關(guān)聯(lián)

    在Inventor中工程圖處理結(jié)果，是“二、三維數(shù)據(jù)雙向關(guān)聯(lián)更新”的模式。也就是說(shuō)，在相關(guān)工程圖創(chuàng)建完成之后，三維零件模型的修改，會(huì)引發(fā)工程圖的自動(dòng)更新；而對(duì)于工程圖尺寸的修改也會(huì)逆向造成三維模型的關(guān)聯(lián)修改。這種逆向修改有兩個(gè)需要注意的事情：

    1） 不要輕易這樣做，因?yàn)檫@樣的結(jié)果可能造成在裝配中相關(guān)零部件的問(wèn)題…

    2） 只有直接引用自模型的尺寸才可能實(shí)現(xiàn)這個(gè)效果（參見(jiàn)圖18坐），交互操作所標(biāo)注的尺寸，沒(méi)有這種操作可能（參見(jiàn)圖18右）。

圖18 尺寸的編輯更新

    4.2 關(guān)于截交與相貫

    至于從三維模型投射得到相關(guān)的二維工程圖，因?yàn)镮nventor的算法中完全包含了平行正投影的機(jī)制，比較完整地包含了機(jī)械圖表達(dá)中人為制定的規(guī)則，所以，一個(gè)并不熟悉機(jī)械制圖線繪制基本技術(shù)和規(guī)則的人，如果是在Inventor的支持下，一樣能做出漂亮的結(jié)果，參見(jiàn)圖19和000.IDW。

圖19 復(fù)雜投影結(jié)果

    這就是CAD技術(shù)在這個(gè)局部大幅度地替代了人需要進(jìn)行的、繁重的繪圖過(guò)程，進(jìn)而提高質(zhì)量和效率的典型表現(xiàn)。這也是三維CAD軟件給工程師們帶來(lái)的新的設(shè)計(jì)支持機(jī)制，甚至因此，我們的大學(xué)機(jī)械制圖教學(xué)，可能會(huì)有一些調(diào)整…

    4.3 以三維模型為基礎(chǔ)的工程圖

    從機(jī)械工程圖的原理上說(shuō)，是以三維模型為基礎(chǔ)的。在CAD軟件尚未提供相關(guān)支持的時(shí)代，也是如此。與現(xiàn)在不同的僅在于“誰(shuí)”來(lái)進(jìn)行三維模型與工程圖的轉(zhuǎn)換、關(guān)聯(lián)。

    顯然，傳統(tǒng)的方法是軟件操作者進(jìn)行。模型只存在于人的大腦中，轉(zhuǎn)換過(guò)程是人利用大學(xué)的機(jī)械制圖教育確定的規(guī)則，圖線是人利軟件描繪而成。因?yàn)槟Ｐ蜆?gòu)造數(shù)據(jù)不在軟件的數(shù)據(jù)庫(kù)中，關(guān)聯(lián)改變也就只能通過(guò)人的頭腦進(jìn)行處理，然后修改相關(guān)圖線。而用三維模型投射得到相關(guān)的二維工程圖的過(guò)程，則是軟件管理模型數(shù)據(jù)、軟件在使用我們?cè)诖髮W(xué)機(jī)械制圖教育確定的規(guī)則、軟件在產(chǎn)生我們需要的相當(dāng)復(fù)雜的處理結(jié)果。

    因此，結(jié)果雖然類似，這個(gè)“誰(shuí)”的角色轉(zhuǎn)變，成為主要的變化，帶來(lái)新的效能。

    從這個(gè)意義上說(shuō)，我們寧可先作三維模型，然后據(jù)此創(chuàng)建二維工程圖；也不會(huì)去直接繪制二維工程圖。因?yàn)檫@可能更快捷。例如一個(gè)簡(jiǎn)單的方塊：

    直接繪制工程圖，我們需要繪制三個(gè)矩形、關(guān)心三個(gè)視圖的“長(zhǎng)對(duì)正、高平齊、寬相等”、關(guān)心比例、關(guān)心幾個(gè)視圖在圖紙上的位置… 在原始設(shè)計(jì)改變后，所有的變化都要一一處理。從三維模型開(kāi)始，我們需要繪制一個(gè)矩形草圖，做拉伸特征；之后的工程圖創(chuàng)建將是極其簡(jiǎn)單的事情，與機(jī)械圖基本概念完全一致。而且不必關(guān)心視圖之間關(guān)系、比例、位置等問(wèn)題，也不必關(guān)心原始設(shè)計(jì)改變之后的關(guān)聯(lián)更新。因?yàn)檫@些規(guī)則Inventor知道，并能夠自動(dòng)處理。可見(jiàn)，即便是在如此簡(jiǎn)單的工程圖，從三維模型開(kāi)始，也會(huì)簡(jiǎn)化過(guò)程、提高效率，而對(duì)于復(fù)雜的工程圖，這種效果將更為明顯。

    4.4 Inventor工程圖數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

    值得注意的是，Inventor的工程圖與AutoCAD的同類結(jié)果，在數(shù)據(jù)架構(gòu)上有著本質(zhì)不同。

    AutoCAD下的工程圖，在創(chuàng)建時(shí)絕大多數(shù)是獨(dú)立的一根根圖線，相互沒(méi)有直接的關(guān)聯(lián)；創(chuàng)建后每一根圖線都可能單獨(dú)修改，與其他圖線也沒(méi)有關(guān)聯(lián)關(guān)系…

    而Inventor的工程圖圖線，并非單獨(dú)的圖線，而是三維模型在指定方向上、向指定平面、按平行正投影（或者其他）規(guī)則、根據(jù)機(jī)械制圖的規(guī)定（輪廓線、中心線、隱藏線等處理規(guī)定）得到的“投射結(jié)果”，所以是自動(dòng)關(guān)聯(lián)的，所以是不可能直接修改結(jié)果圖線的形狀和位置的。這才是真正符合機(jī)械設(shè)計(jì)中工程圖的原理和實(shí)際結(jié)果要求的。

    總之，Inventor中這種以三維模型為基礎(chǔ)的工程圖創(chuàng)建功能和全過(guò)程，完全符合經(jīng)典的設(shè)計(jì)成和規(guī)則，能大大減輕工程師的勞動(dòng)量，保證質(zhì)量，提高效率。