第十七章 计算机绘制机械图的方法和技巧

1第十七章计算机绘制机械图的方法和技巧本章将介绍计算机绘图的基本知识及采用AutoCAD软件绘制工程图的方法和技巧。§17-1概述计算机图形学是近五十年来随着计算机科学技术的发展而产生的一门新兴学科。它是计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）的重要组成部分，不仅广泛应用于机械、建筑、电子、航空、服装、石油、汽车设计与制造等行业，而且在医学、地理（质）学、计算机动画设计、仿真模拟及计算机辅助教学等领域也有大规模的应用。随着计算机硬件和软件技术的不断进步及多媒体技术的发展，计算机绘图技术的水平将越来越高，应用领域和规模也将越来越广泛。一、计算机绘图系统的硬件构成典型的计算机绘图硬件系统由以下几部分构成：主机（计算机）、显示器、外存储器（软盘、硬盘和光盘等）、图形输入设备（键盘、鼠标、数字化仪、图形输入板和扫描仪等）及图形输出设备（打印机、绘图仪等）。目前，微型计算机硬件系统在速度、精度及内外存容量等方面已能充分满足计算机绘图的要求，微机版的各种绘图软件也可满足一般用户的需求，计算机网络技术又实现了（图形）软件资源和硬件资源的共享，因此微机绘图系统在中、小型企业和教学科研单位中得到了广泛应用。此外，在大型企业和科研院所还有工作站系统，这种系统的构成与微机绘图系统基本相似，但其中央处理器（CPU）的功能更加强大、内外存储器的容量更大，图形处理和显示设备的性能也更优越，因此工作站为CAD/CAM的应用及处理各种复杂图形提供了更好的硬件环境。二、计算机绘图系统的软件一个计算机绘图系统除了完善的硬件设备外，还必须具备性能优越的软件系统。目前在我国的教学、科研院所及工矿企业中使用的各类国内外计算机绘图软件有几十种之多。根据软件对计算机硬件环境的要求、软件的性能及应用领域的不同可大致分为以下几类。1．国外的计算机绘图软件如美国Autodesk公司的AutoCAD软件，德国西门子公司的Sigraph-Design软件等。2．国内自主版权的计算机绘图软件如北京华正软件工程研究所的CAXA电子图板、华中理工大学的KMCAD、中科院凯思集团的PICAD及清华大学的GHCAD等。23．在国外软件上二次开发的计算机绘图软件这类软件都是在AutoCAD软件的基础上进行二次开发，使其汉化并采用中国的国家标准，还配置了各种通用或专用图形库。4．三维设计绘图软件如美国SolidWorks公司推出的SolidWorks软件，它具有极强的参数化特征造型功能。同类软件还有以色列的Cimatron软件，美国Autodesk公司的MechanicalDesktop软件中文版等。5．大型集成化设计绘图软件如美国PTC公司的Pro/Engineer、EDS/UG公司的UG、SDRC公司的I-DEAS、法国达索公司的CATIA等，这类软件都运行于高档图形工作站，功能模块繁多，主要功能有草图设计、参数化和非参数化三维实体造型、有限元分析、模拟装配、模拟数控加工、高级曲面设计、高级着色及真实感立体表面润饰、二次开发软件等。我们主要介绍美国Autodesk公司的AutoCAD软件，该软件是当今世界上应用昀广泛的微机CAD软件，其应用遍及机械、建筑、地质、交通、气象等众多领域。在我国的应用规模和范围也是其它软件无法比拟的。三、计算机绘图的方法计算机绘图的方法可分为编程绘图和不编程绘图。编程绘图是采用某种计算机高级语言（如C、Delphi等）中的绘图语句编制程序，在屏幕上生成图形或由绘图仪输出图形的方法。这种绘图方式的过程为：编程——运行——查看结果——调试程序——再运行……，该方式绘制的图形是否正确，只有程序运行后才能知道。如需修改，也必须从修改原程序开始，从头做起，不能进行人机交互和实时修改。这种绘图方式也称为被动式绘图。不编程绘图，也称为交互式绘图，是使用专门的计算机绘图软件系统（如AutoCAD），利用图形输入设备，通过菜单驱动方式，输入各种命令和数据，生成所需图形，并利用编辑功能对图形进行实时修改的过程。整个过程人机随时交互，非常灵活方便，一般情况下不需要编程，不懂高级语言的人也能使用交互式绘图软件进行绘图。两种绘图方式各有特点，在实际应用中都有用处，使用时可根据具体情况来决定采用何种方式。§17-2AutoCAD绘图系统概述AutoCAD是美国Autodesk公司于1982年首次推出的交互式绘图软件，经过这些年来的发展，其版本由昀初的AutoCADR1.0开始，经由AutoCADR2.6、AutoCADR10、AutoCADR12、AutoCADR14、AutoCAD2000等典型版本至AutoCAD2005。其功能日趋完善、使用愈加方便，从简单的二维绘图发展到集二维绘图、三维实体造型设计、真实感立体显示及通用数据库管理于一体的高级绘图软件。本章主要介绍其昀新版本AutoCAD2005。一、AutoCAD2005的功能特点1．可运行于绝大多数类型的微型机和工作站上，支持各种类型、各种型号的计算机外部设备。2．优越的设计环境。3．丰富的绘图功能。不仅可准确、方便、快速地绘制各种二维图形，还可进行三维实体造型。4．强大的图形编辑功能。具备各种编辑命令，便于用户修改图形。5．方便实用的图形显示功能。6．使用方便的图形界面。7．开放的体系结构，为用户提供了多种开发手段，以供用户进行二次开发。8．软件易学易用，可适用于各种层次的用户。二、用户界面AutoCAD2005启动后，其图形界面如图17-1所示，可分为以下几个部分。（1）绘图区是用户在屏幕上绘制和显示图形的区域。（2）命令提示区是用户输入命令及显示命令提示信息的区域。图17-1AutoCAD2005的图形界面3（3）状态行实时显示AutoCAD的绘图状态及光标当前所在位置的坐标（左方所示）。其中的“捕捉”（网格捕捉SNAP）、“栅格”（网点显示GRID）、正交（正交绘图模式ORTHO）、极轴（极轴追踪）、对象捕捉（捕捉特征点OSNAP）、对象追踪、线宽（是否显示线宽）、模型（模型空间与图纸空间的切换）等为各种辅助绘图工具的图标按钮，当图标按钮被选中（按下去）时，表明其状态为ON（生效）；否则为OFF。用户可移动光标指向某图标，单击鼠标左键进行其ON/OFF状态的切换。点击鼠标右键则可打开快捷菜单，选择“设置”即可进行该辅助绘图按钮各种状态及参数的详细设置。（4）十字光标呈十字线或方形拾取盒形状，用于作图、选择对象、拾取菜单及对话框等。（5）下拉式菜单用户可通过下拉式菜单选择某个子菜单中的命令并执行。（6）工具栏工具栏是昀快捷的选择并执行命令的工具。用户直接用鼠标左键点击工具栏的图标即可执行相应的命令。AutoCAD2005共有29个已命名的工具栏，每个工具栏分别包含数量不等的一类命令图标。缺省界面显示的工具栏包括“标准”工具栏、“对象特性”工具栏、“绘图”工具栏及“修改”工具栏等。如果用户需要，也可把其它工具栏（例如图17-1绘图区右侧的三个工具栏）显示并安放在屏幕的合适位置，方法是在任意一个工具栏上点击鼠标右键，在随后弹出的快捷菜单（如图17-3(c)）中将显示出所有已命名的工具栏（名称前有“√”的工具栏即为当前已显示在界面上的工具栏），用鼠标左键点击要显示的工具栏即可。若选择快捷菜单中的“自定义”，将打开“自定义”工具栏对话框，如图17-2所示.。用户可通过其中的“工具栏”选项卡显示某个工具栏；通过“命令”选项卡将某个单个命令的图标按钮拖动到屏幕上，或添加到现有的工具栏中。图17-1“绘图”工具栏中的“边界”命令图标和“单行文字”命令图标就是后来添加的。图17-2自定义工具栏工具栏的安放位置，用户可以通过拖动使其浮动在屏幕中间，或固定在绘图区域四周。对于浮动工具栏，用户还可以拖动其边界调整或修改它的形状和大小。（7）快捷菜单在AutoCAD2005中，用户可以随时单击鼠标右键打开一个和光标当前位置及当前操作状态密切相关的快捷菜单。通过快捷菜单用户无需用键盘，就可以快速方便地选择某些命令或命令中的选项，如图17-3分别显示了几种情况下的快捷菜单4(a)在绘图区选中某个对象时（b）在绘图区选中任何对象时(c)“工具栏”快捷菜单图17-3快捷菜单示例三、AutoCAD的基本概念1．AutoCAD图形图一般是指一张二维的、记录了各种图素信息（几何形状、大小、方位、颜色……等特性）的图画。AutoCAD的图也是如此，只不过它是以矢量图的形式，用二进制代码来记录这些信息，并以扩展名为*.DWG的图形文件保存在磁盘上。2．坐标系统AutoCAD仍然采用笛卡尔直角坐标系统，屏幕绘图区的左下角为坐标原点；从原点水平向右为X轴正向；从原点竖直向上为Y轴正向；Z轴正方向从原点垂直屏幕指向用户一侧。这个坐标系称“世界坐标系”，以“WCS”表示。用户还可根据需要定义一个任意的坐标系，称“用户坐标系”，以“UCS”表示，其原点可在“WCS”的任意位置，其坐标轴可随用户的选择任意旋转和倾斜。定义用户坐标系用“UCS”命令。一般AutoCAD在屏幕绘图区的左下角标出当前坐标系的图标，如图17-1，图标除指明X和Y轴的正向外，还用“W”表示“WCS”坐标系，用“+”表示图标位于当前坐标系的原点上；方格表示沿Z轴正向观看，否则没有方格。3．绘图单位56在绘图坐标系中，需要用绘图单位来度量两个坐标点之间的距离。AutoCAD的绘图单位是无量纲的，用户绘图时可以取任何长度单位，如：mm、in或m等。但图形在用绘图仪或打印机输出时，要设好单位和比例因子，以使图形按需要的尺寸输出。4．AutoCAD的实体实体（Entity）是AutoCAD系统定义的图形元素。点（point）、直线（line）、圆（circle）与圆弧（arc）、文本（text）等是昀常用的基本实体；多义线（pline）、复线（mline）、阴影线图案（hatch或bhatch）、块（block）、尺寸标注等是常用的复杂实体。复杂实体实际是由被作为整体对待的一些基本实体组成的，用户可以方便地对这些实体统一进行各种修改或编辑操作。需要时也可把复杂实体“分解（explode）”以便对其中的某一个实体进行单独处理，用AutoCAD绘图实质上就是对这些实体的操作。5．图形极限、图形范围及显示范围这三个概念都是用矩形区域进行定义的。图形极限（DrawingLimits），是指当前的绘图界限，用来防止在该区域外绘制图形，类似于我们手工绘图的“图纸”大小。在绘制一幅图前可用“limits”命令设置图形极限，一般要大于整个图的绝对尺寸。对Z轴方向没有极限限制。图形范围（ThecurrentDrawingExtents）是包含当前图中全部实体的昀小矩形区域。显示范围（Displayextents）是当前从显示屏幕上看到的区域，AutoCAD把屏幕作为窗口使用，通过窗口可观察图形的全部或某一局部，并能作任意的缩放（用zoom命令）和平移（用pan命令），这个过程实际是通过显示范围的改变实现的。但要注意，显示范围变化造成的图形缩放或移动，只是视觉效果不同而已，图形的真实大小和位置在数据库中并没有发生改变。四、AutoCAD命令输入方法AutoCAD所有功能都是通过命令的执行来实现的。因此，命令是AutoCAD的核心。1．通过键盘直接键入命令名当命令提示区出现“命令：”提示时，从键盘上键入命令名（全称或缩写名称），并按回车键完成输入。2．下拉式菜单3．工具栏4．快捷菜单无论以何种方式启动命令，命令提示都以同样的方式运作。系统要么在命令行中显示提示信息，要么在屏幕上显示一个对话框，要求用户给出进一步的选择和设置。下面以Circle（画圆）命令为例，介绍AutoCAD命令的响应方法。命令:circle；启动画圆命令指定圆的圆心或[三点(3P)/两点(2P)/相切、相切、半径(T)]:160,100；输入圆心坐标并回车指定圆的半径或[直径(D)]〈20〉:；回车，默认半径为207说明：（1）一般命令要在命令提示区出现“命令：”提示时输入。（2）命令名或参数输入均需用空响应键（回车键或空格键，有时可用鼠标