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             工程圖的創(chuàng )建與技巧(1)

   一、 基本情況

    二維工程圖,是機械設計的最后一步,出工程圖是必須完成的,因為工程圖是設計意圖實(shí)現(零部件制造)中,設計信息的最主要攜帶和表達者。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,按照平行正投影規則得到的結果圖線(xiàn),這是軟件能把握和重現的規則?墒沁@些規則與實(shí)際工程圖要求規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定。例如:簡(jiǎn)化畫(huà)法、筋不剖、過(guò)渡線(xiàn)的規定… 這些規則不要說(shuō)不同國家的設計標準,就是在我國,不同行業(yè)、甚至同行業(yè)的不同設計部門(mén),也有區別。這種紛繁復雜的、各國習慣也不一致的、與三維模型的真實(shí)投影結果不完全相同的規定,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。對于較老的版本,其中絕大多數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(lèi)軟件中應當算是比較好的一個(gè)了,參見(jiàn)圖1,其中列出的主要功能。



圖1 主要功能


二、 體驗工程圖視圖創(chuàng )建的過(guò)程

    這里我們以現有的三維零件模型“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選項卡中,雙擊“GB.IDW”,進(jìn)入Inventor提供的中國標準的工程圖環(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“基礎視圖”功能,在接著(zhù)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)視圖的表達方向(右視圖);在“比例(S)”欄目中點(diǎn)擊右側黑三角,拉下比例列表,從中選定合適的比例(1:1);在“樣式(T)”欄目中設置成“消隱”… 結果見(jiàn)圖4;



圖4 確定第一視圖的各項參數

    ☆ 這時(shí)Inventor將動(dòng)態(tài)顯示未來(lái)的結果。拖動(dòng)光標,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。結果如圖5。



圖5 第一個(gè)視圖結果

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

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



圖6 旋轉視圖方向的操作

    ☆ 從工程圖總體看來(lái),圖形顯得很小,可見(jiàn)圖紙太大了,可以調整圖紙大小。先將光標放在視圖上,當Inventor感應出移動(dòng)標記后,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,將工程圖規格改成A4幅面(參見(jiàn)圖7),以適應這個(gè)零件。



圖7 調整圖紙大小

    2.2 零件剖視圖創(chuàng )建

    ☆ 現在創(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。先將光標放在主視圖上懸停,會(huì )出現視圖的紅色點(diǎn)線(xiàn)邊框。單擊選定(圖8左 1);再把光標放在螺母圓心上,等待Inventor感應到中心點(diǎn)(圖8左2),會(huì )出現綠色圓心點(diǎn);向上移拉動(dòng)光標到期望的剖切符號位置(圖8左3),拾取,這是剖切線(xiàn)的第一個(gè)點(diǎn);豎直向下移動(dòng)光標,確定剖切線(xiàn)的第二個(gè)點(diǎn)(圖8左4),拾;



圖8 剖面圖創(chuàng )建過(guò)程

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



圖9 創(chuàng )建剖面圖最后兩步

    2.3 零件圖輔助線(xiàn)

    ☆ 自動(dòng)添加中心線(xiàn)

    選定視圖,在右鍵菜單中啟用“自動(dòng)中心線(xiàn)…”功能,將彈出圖10的界面,在其中設置需要的參數和狀態(tài),“確定”之后Inventor將按設置的條件,自動(dòng)創(chuàng )建可能的中心線(xiàn)。建完成的中心線(xiàn),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)可以調整中心線(xiàn)的長(cháng)短。



圖10 自動(dòng)中心線(xiàn)參數設置

    ☆ 手工添加中心線(xiàn)

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



圖11 中心線(xiàn)功能

    在Inventor的中心線(xiàn)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)可以調整中心線(xiàn)的長(cháng)短。結果參見(jiàn)001.IDW。


三、 體驗零件圖尺寸標注

    尺寸標注,實(shí)在是考驗工程師繪制工程圖和設計水平的主要指標之一。也就是說(shuō),即使是人,在設計能力不太好的條件下,尺寸標注也難以做到完美、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得更好。當然,在工程圖尺寸標注的創(chuàng )建上,最后還是要*工程師的能力和后期的潤色、修飾和增刪。

    不過(guò),在Inventor中,一旦建立了尺寸標注,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,也是在設計支持的功能中,十分重要而又有實(shí)用價(jià)值的。

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

    3.1 自動(dòng)尺寸標注

    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,并將其轉變成工程圖的標注尺寸。操作如下:

    ☆ 在“工程圖標注”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)的零件結構特征,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,在視圖上選定準備留下來(lái)的模型尺寸,“應用”。

    接著(zhù)可以繼續這樣操作,完成其它的模型尺寸飲用,最后以“確定”結束。這樣的尺寸標注多數是不能直接使用的,需要進(jìn)行位置調整和修飾。調整方法是:將光標放在尺寸文字附近,當Inventor感應反饋出四個(gè)小箭頭的標記時(shí),按下拾取鍵,拖動(dòng)到滿(mǎn)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)。但是筆者認為這樣的操作永遠不應當進(jìn)行。因為僅僅在工程圖上修改,還不能確定對整個(gè)設計的影響到底怎樣。

    3.2 標注孔

    對于“打孔”特征,Inventor有專(zhuān)門(mén)的標注工具(參見(jiàn)圖13)。啟用“孔/螺紋孔標注”,可以在這個(gè)特征的相關(guān)投影圖線(xiàn)上標注。但是如果不是“孔特征”做的結構,即便我們認為應當是“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)功能標注,這就是規則的差異。



圖13孔特征標注功能和實(shí)例

    如果讀者在標注孔的時(shí)候不能實(shí)現圖13的效果,可以試著(zhù)改變尺寸參數。選定一個(gè)孔標注,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(xiàn)”選項卡,調整“指引線(xiàn)樣式”下面的文字位置呈水平即可。



圖14 修改指引線(xiàn)文字位置參數

    3.3 手工尺寸標注

    Inventor的尺寸標注是一種“智能”的工具,隨著(zhù)所選定的圖線(xiàn)的不同,會(huì )自動(dòng)切換標注類(lèi)型;但是,具體的細節,還是需要操作者確認。

    參見(jiàn)圖15,選定外徑的投影圓。▓D中箭頭指定的線(xiàn)),想標直徑尺寸30,拉出尺寸,可見(jiàn)Inventor自動(dòng)加上R前綴,因為被標注的是一段;這時(shí),可在右鍵菜單中講“尺寸類(lèi)型(T)”改成“直徑(D)”。



圖15 手工標注實(shí)例

    特殊地,Inventor的相關(guān)規則是,所有不是圓面的投影線(xiàn),就不是圓柱相關(guān),因此就沒(méi)有直徑標記。參見(jiàn)“003.IDW”,其中的尺寸30就是對著(zhù)圓柱結構的兩條投影直線(xiàn)標注的,Inventor沒(méi)有加上直徑標記。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(zhù)彈出的對話(huà)框中,將光標放在“<<>>”號的左邊,再在符號欄目中選定“ф”(參見(jiàn)圖16),之后確認。



圖16 添加前綴符號

    3.4 粗糙度和形位公差符號標注

    啟用工程圖標注面板上的“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

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

    3.6 零件圖線(xiàn)寬度調整

    在Inventor中,圖線(xiàn)的寬度、顏色、線(xiàn)形等特征,是在“層”中設置和控制的,默認狀態(tài)下,圖線(xiàn)在那個(gè)層中,就具有了這個(gè)層設置的特征;也可以交互操作,設置選定圖線(xiàn)的相關(guān)特征。而默認的輪廓線(xiàn)寬是0.5mm,而GB的一般習慣是0.7mm,設置修改的方法是,在菜單中“格式(O)”-〉“樣式編輯器 (E)…”,之后“樣式和標準編輯器”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(xiàn)寬設置,結果將立即在工程圖中表現出來(lái)。結果參見(jiàn)006.IDW。

    注意:這種修改的效果,僅是控制當前圖樣中的線(xiàn)條,不是Inventor全局的控制結果。對于大多數層的參數設置,Inventor默認值是符合GB規則的。


四、 零件圖小結

    看來(lái),工程圖的標注,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)現當然更有困難。工程圖的標注總是在考驗著(zhù)工程師的設計能力。作為支持軟件的Inventor,已經(jīng)提供了相當充分的支持功能。

    4.1 關(guān)于雙向關(guān)聯(lián)

    在Inventor中工程圖處理結果,是“二、三維數據雙向關(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,因為這樣的結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)現這個(gè)效果(參見(jiàn)圖18坐),交互操作所標注的尺寸,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,因為Inventor的算法中完全包含了平行正投影的機制,比較完整地包含了機械圖表達中人為制定的規則,所以,一個(gè)并不熟悉機械制圖線(xiàn)繪制基本技術(shù)和規則的人,如果是在Inventor的支持下,一樣能做出漂亮的結果,參見(jiàn)圖19和000.IDW。



圖19 復雜投影結果

    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。這也是三維CAD軟件給工程師們帶來(lái)的新的設計支持機制,甚至因此,我們的大學(xué)機械制圖教學(xué),可能會(huì )有一些調整…

    4.3 以三維模型為基礎的工程圖

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

    顯然,傳統的方法是軟件操作者進(jìn)行。模型只存在于人的大腦中,轉換過(guò)程是人利用大學(xué)的機械制圖教育確定的規則,圖線(xiàn)是人利軟件描繪而成。因為模型構造數據不在軟件的數據庫中,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(xiàn)。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據、軟件在使用我們在大學(xué)機械制圖教育確定的規則、軟件在產(chǎn)生我們需要的相當復雜的處理結果。

    因此,結果雖然類(lèi)似,這個(gè)“誰(shuí)”的角色轉變,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,然后據此創(chuàng )建二維工程圖;也不會(huì )去直接繪制二維工程圖。因為這可能更快捷。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(cháng)對正、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… 在原始設計改變后,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)心原始設計改變之后的關(guān)聯(lián)更新。因為這些規則Inventor知道,并能夠自動(dòng)處理?梢(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,而對于復雜的工程圖,這種效果將更為明顯。

    4.4 Inventor工程圖數據結構的特點(diǎn)

    值得注意的是,Inventor的工程圖與AutoCAD的同類(lèi)結果,在數據架構上有著(zhù)本質(zhì)不同。

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

    而Inventor的工程圖圖線(xiàn),并非單獨的圖線(xiàn),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)規則、根據機械制圖的規定(輪廓線(xiàn)、中心線(xiàn)、隱藏線(xiàn)等處理規定)得到的“投射結果”,所以是自動(dòng)關(guān)聯(lián)的,所以是不可能直接修改結果圖線(xiàn)的形狀和位置的。這才是真正符合機械設計中工程圖的原理和實(shí)際結果要求的。

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

 
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