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             工程圖的創建與技巧(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現(零部件制造)中,設計信息的最主要攜帶和表達者。Inventor已經提供了創建二維工程圖(零件圖、裝配圖)的功能,而且可以做到二維與三維相關聯更新…

    據筆者的了解,目前的三維軟件都不能很完美地出工程圖。從三維模型開始,按照平行正投影規則得到的結果圖線,這是軟件能把握和重現的規則。可是這些規則與實際工程圖要求規則并不是完全一致的。原因很簡單:工程圖中有大量的人為規定。例如:簡化畫法、筋不剖、過渡線的規定… 這些規則不要說不同國家的設計標準,就是在我國,不同行業、甚至同行業的不同設計部門,也有區別。這種紛繁復雜的、各國習慣也不一致的、與三維模型的真實投影結果不完全相同的規定,要想利用一個軟件的自身功能完全解決,實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始,幾乎自動地、正確地、可關聯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化的問題。這里將以最新的Inventor R10版本為環境,討論工程圖相關的問題。對于較老的版本,其中絕大多數方法和技巧都是可用的。

    Inventor在解決上述問題上,作了大量的努力,目前的功能在同類軟件中應當算是比較好的一個了,參見圖1,其中列出的主要功能。



圖1 主要功能


二、 體驗工程圖視圖創建的過程

    這里我們以現有的三維零件模型“1313-螺母.IPT”進行介紹。

    2.1 零件視圖創建

    ☆ 在菜單中“文件(F)”-〉“新建(N)”,在模板選定界面(參見圖2)的Metric選項卡中,雙擊“GB.IDW”,進入Inventor提供的中國標準的工程圖環境;



圖2 開始新圖的界面局部

    ☆ 在“工程視圖面板”工具面板上啟用“基礎視圖”功能,在接著彈出的“工程圖視圖”界面中,點擊“路徑”按鈕,然后在“打開”界面中“1313-螺母.IPT。最后按下“打開(O)”按鈕。整個過程參見圖3。



圖3 找到要生成工程圖的零件

    ☆ Inventor將自動回到“工程圖視圖”界面,在“方向(O)”中選定第一個視圖的表達方向(右視圖);在“比例(S)”欄目中點擊右側黑三角,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”… 結果見圖4;



圖4 確定第一視圖的各項參數

    ☆ 這時Inventor將動態顯示未來的結果。拖動光標,確定這個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 第一個視圖結果

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

    接著將彈出“旋轉視圖”界面,在“依據”欄目選定使用“角度”方式,并輸入視圖轉過的角度90°和轉動放方向。參見圖6的過程。



圖6 旋轉視圖方向的操作

    ☆ 從工程圖總體看來,圖形顯得很小,可見圖紙太大了,可以調整圖紙大小。先將光標放在視圖上,當Inventor感應出移動標記后,拖動到圖紙的中心位置;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(參見圖7),以適應這個零件。



圖7 調整圖紙大小

    2.2 零件剖視圖創建

    ☆ 現在創建零件的全剖視圖。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,會出現視圖的紅色點線邊框。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(圖8左2),會出現綠色圓心點;向上移拉動光標到期望的剖切符號位置(圖8左3),拾取,這是剖切線的第一個點;豎直向下移動光標,確定剖切線的第二個點(圖8左4),拾取;



圖8 剖面圖創建過程

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



圖9 創建剖面圖最后兩步

    2.3 零件圖輔助線

    ☆ 自動添加中心線

    選定視圖,在右鍵菜單中啟用“自動中心線…”功能,將彈出圖10的界面,在其中設置需要的參數和狀態,“確定”之后Inventor將按設置的條件,自動創建可能的中心線。建完成的中心線,可以在選定時看到幾個亮綠色的點,拖動這些點可以調整中心線的長短。



圖10 自動中心線參數設置

    ☆ 手工添加中心線

    如果Inventor沒能自動創建我們所需要的中心線,工程圖要求又必須有這條中心線,可以手動添加。例如啟用“工程圖標注”工具面板中的“對分中心線”(就是“對稱線”的意思)功能,參見圖11,再先后選定視圖中兩個對稱的圖線,即可創建完成的中心線。



圖11 中心線功能

    在Inventor的中心線上,可以在選定時看到幾個亮綠色的點,拖動這些點可以調整中心線的長短。結果參見001.IDW。


三、 體驗零件圖尺寸標注

    尺寸標注,實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,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,在Inventor中,一旦建立了尺寸標注,就能與三維模型建立起自動的關聯關系,在模型修改后,相關尺寸將自動修改。這是Inventor十分優秀的工程圖處理性能,也是在設計支持的功能中,十分重要而又有實用價值的。

    Inventor目前可提供兩類標注方法:自動的、手動的,而且都能與圖線雙向關聯。

    3.1 自動尺寸標注

    這是自動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)…”;

    ☆ 之后會在瀏覽器中將展開這個視圖相關的零件結構特征,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,將會顯示出來。例如圖中選定了“打孔1”特征(參見圖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的模型尺寸,“應用”。

    接著可以繼續這樣操作,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感應反饋出四個小箭頭的標記時,按下拾取鍵,拖動到滿意的位置。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“刪除”,其實這個尺寸還存在,僅是藏起來了。

    對于工程圖上的來自模型的尺寸,可以修改它的值,并逆向關聯修改相關的模型(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行。因為僅僅在工程圖上修改,還不能確定對整個設計的影響到底怎樣。

    3.2 標注孔

    對于“打孔”特征,Inventor有專門的標注工具(參見圖13)。啟用“孔/螺紋孔標注”,可以在這個特征的相關投影圖線上標注。但是如果不是“孔特征”做的結構,即便我們認為應當是“孔”,而且確實很像(例如用圓截面拉伸切割成的孔),Inventor也不能用這個功能標注,這就是規則的差異。



圖13孔特征標注功能和實例

    如果讀者在標注孔的時候不能實現圖13的效果,可以試著改變尺寸參數。選定一個孔標注,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”選項卡,調整“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

    3.3 手工尺寸標注

    Inventor的尺寸標注是一種“智能”的工具,隨著所選定的圖線的不同,會自動切換標注類型;但是,具體的細節,還是需要操作者確認。

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



圖15 手工標注實例

    特殊地,Inventor的相關規則是,所有不是圓面的投影線,就不是圓柱相關,因此就沒有直徑標記。參見“003.IDW”,其中的尺寸30就是對著圓柱結構的兩條投影直線標注的,Inventor沒有加上直徑標記。這時,需要我們自己進行修飾。想在前面加上“ф”,具體過程是:先選定這個尺寸,在右鍵菜單中“文本(T)…”,在接著彈出的對話框中,將光標放在“<<>>”號的左邊,再在符號欄目中選定“ф”(參見圖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,按提示進行操作即可。結果參見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,按提示進行操作,寫入技術要求。參見005.IDW。

    3.6 零件圖線寬度調整

    在Inventor中,圖線的寬度、顏色、線形等特征,是在“層”中設置和控制的,默認狀態下,圖線在那個層中,就具有了這個層設置的特征;也可以交互操作,設置選定圖線的相關特征。而默認的輪廓線寬是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“圖層”列表,選定并修改其中的“可見(ISO)”層的線寬設置,結果將立即在工程圖中表現出來。結果參見006.IDW。

    注意:這種修改的效果,僅是控制當前圖樣中的線條,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,工程圖的標注,仍然是創建過程中的“瓶頸”。這種連人也不能輕易搞好的事情,軟件自動實現當然更有困難。工程圖的標注總是在考驗著工程師的設計能力。作為支持軟件的Inventor,已經提供了相當充分的支持功能。

    4.1 關于雙向關聯

    在Inventor中工程圖處理結果,是“二、三維數據雙向關聯更新”的模式。也就是說,在相關工程圖創建完成之后,三維零件模型的修改,會引發工程圖的自動更新;而對于工程圖尺寸的修改也會逆向造成三維模型的關聯修改。這種逆向修改有兩個需要注意的事情:

    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零部件的問題…

    2) 只有直接引用自模型的尺寸才可能實現這個效果(參見圖18坐),交互操作所標注的尺寸,沒有這種操作可能(參見圖18右)。



圖18 尺寸的編輯更新

    4.2 關于截交與相貫

    至于從三維模型投射得到相關的二維工程圖,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,一個并不熟悉機械制圖線繪制基本技術和規則的人,如果是在Inventor的支持下,一樣能做出漂亮的結果,參見圖19和000.IDW。



圖19 復雜投影結果

    這就是CAD技術在這個局部大幅度地替代了人需要進行的、繁重的繪圖過程,進而提高質量和效率的典型表現。這也是三維CAD軟件給工程師們帶來的新的設計支持機制,甚至因此,我們的大學機械制圖教學,可能會有一些調整…

    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,是以三維模型為基礎的。在CAD軟件尚未提供相關支持的時代,也是如此。與現在不同的僅在于“誰”來進行三維模型與工程圖的轉換、關聯。

    顯然,傳統的方法是軟件操作者進行。模型只存在于人的大腦中,轉換過程是人利用大學的機械制圖教育確定的規則,圖線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,關聯改變也就只能通過人的頭腦進行處理,然后修改相關圖線。而用三維模型投射得到相關的二維工程圖的過程,則是軟件管理模型數據、軟件在使用我們在大學機械制圖教育確定的規則、軟件在產生我們需要的相當復雜的處理結果。

    因此,結果雖然類似,這個“誰”的角色轉變,成為主要的變化,帶來新的效能。

    從這個意義上說,我們寧可先作三維模型,然后據此創建二維工程圖;也不會去直接繪制二維工程圖。因為這可能更快捷。例如一個簡單的方塊:

    直接繪制工程圖,我們需要繪制三個矩形、關心三個視圖的“長對正、高平齊、寬相等”、關心比例、關心幾個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。從三維模型開始,我們需要繪制一個矩形草圖,做拉伸特征;之后的工程圖創建將是極其簡單的事情,與機械圖基本概念完全一致。而且不必關心視圖之間關系、比例、位置等問題,也不必關心原始設計改變之后的關聯更新。因為這些規則Inventor知道,并能夠自動處理。可見,即便是在如此簡單的工程圖,從三維模型開始,也會簡化過程、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

    值得注意的是,Inventor的工程圖與AutoCAD的同類結果,在數據架構上有著本質不同。

    AutoCAD下的工程圖,在創建時絕大多數是獨立的一根根圖線,相互沒有直接的關聯;創建后每一根圖線都可能單獨修改,與其他圖線也沒有關聯關系…

    而Inventor的工程圖圖線,并非單獨的圖線,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)規則、根據機械制圖的規定(輪廓線、中心線、隱藏線等處理規定)得到的“投射結果”,所以是自動關聯的,所以是不可能直接修改結果圖線的形狀和位置的。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建功能和全過程,完全符合經典的設計成和規則,能大大減輕工程師的勞動量,保證質量,提高效率。

 
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