CAD技术与机械制图关键技术探讨

摘要：现代CAD技术的发展推动了机械行业内制图环节的发展，同时带来了新的挑战，促使机械制造技术的快速提升。文章分析了CAD技术的几项基本关键技术和未来发展方向，探讨了CAD技术在机械制图中的具体应用。

关键词：CAD技术；机械制图；关键技术；机械制造技术；机械行业；制图环节 文献标识码：A

中图分类号：TP393 文章编号：1009-2374（2015）04-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0296

机械制图是设计者和制造者进行交流沟通的工程界语言，是图样绘制机械的形状参数，传统制作机械制图的方式是手工制图。随着CAD技术的引入和发展，逐渐取代了手工制图，这大大降低了制图耗时，提高了制图效率，实现了各个项目之间的制图复用。因此，如何设计完美的机械制图，促进机械制图关键技术的快速发展，必须有效融合CAD技术。

1 CAD技术的关键技术

1.1 CAD造型技术

产品设计和制造的CAD技术涉及到了几何形状的描述、工艺分析、结构分析等技术。随着三维造型理论不受限制的程度越来越深化，传统的几何描述能力差、信息不完整的线框模型的局限弊端越来越突出，实体造型的应用逐步广泛，笔者就简单介绍线框造型和实体造型。

1.1.1 线框造型。这是CAD造型技术最早的三维模型，是由一系列直线、空间点和曲线组合而成的，主要用途是对产品三维轮廓外形的描述和生成相应的三维影像，实现视图的变换和协调空间尺寸。

图1 直齿椎齿轮的实体造型技术图 图2

1.1.2 实体造型。实体造型技术理论、算法的成熟应用开始于20世纪70年代后期，进入到80年代后期，国内外已经出现了一大批著名的实用性实体造型系统。实体造型的单元体包括了立方体、环状体、圆柱体、椎体、球体等基本体素，是利用集合运算的方式来生产所需要的集合形状，见图1。实体造型的内容有各个基本体素的定义和描述、各个体素之间的拼合，较为常见的实体造型方法集合体素构造法、边界表示法、分割表示法、扫描法、特征造型法等。

1.2 工程数据库技术

虽然目前国内外公认较为满意的工程数据库管理系统还不够成熟，但是经过多年的实践和研究，已经取得了长足的进步。数据库管理系统的功能虽说还不够完善，但也实现了多数功能，如支持多库多表的操作，支持模式动态的修改，支持版本管理、支持文本、图形的管理、支持对变长属性和长记录进行读写和修改，能对一些复杂的对象进行表述等。未来工程数据库管理系统的主要发展方式是建立多媒体数据库管理系统、建立分布式的工程数据库管理系统、建立面向对象的工程数据库管理系统、工程数据库管理系统的智能化发展。

1.3 用户界面技术

用户界面技术的设计原则：（1）灵活性原则。在用户界面的设计中，必须根据不同用户的不同需求来设计相应的界面，如在Windows图形的用户界面中，要实现键盘选择和鼠标选择的共存。（2）相似性原则，即内部程序的相似性和同类型其他应用软件的相似性。（3）直观性原则。所有应用程序输出的信息要清晰，用户界面能及时提供当前任务的执行状态，帮助信息要清晰。此外，实用原则也是用户界面技术的设计原则，主要是指经济实用性。以Windows图形用户界面为例，其具有以下特点：公共用户界面（CUI），这是微软公司为Windows用户界面定义的一些基本规范，降低了用户使用和学习的难度；图形用户界面（GUI），这是Windows的核心组成，最大程度地发挥了Windows的图形功能；网络支持功能，包括了文件服务、打印服务、电子邮件、图象和图形的数据存储、处理及管理等。

2 CAD技术的发展方向及其在机械制图中的应用

2.1 CAD技术的发展方向

2.1.1 智能化发展。软件系统的智能化发展是CAD技术的必然发展趋势，智能化CAD技术能处理数据和知识，能进行推理、选择、优化、判断、决策等，是真正意义上的“专家系统”。

2.1.2 集成化发展。CAD系统的集成化发展，能把设计环节、文档编辑环节、管理环节等集成到一个统一的系统中，实现信息的集成和资源共享。目前应用较广的CAD系统有微机系统和工程工作站系统，两者均具有价格低、性能高、联网能力强、维护方便等特点。据悉，在国外，有54%的CAD软件在工程工作站系统中运行，44%在微机系统上运行。

2.1.3 可视化发展。这主要指用户界面的可视化。基于用户界面技术的直观性原则，CAD应用软件对图形的要求越来越高，除了要求能绘制出各种生产所用的图纸和图形表达的真实感外，还要求其能使得设计过程和结果的可视化，做到动态的实时显示。

2.1.4 并行化发展。这主要指处理技术的并行化，只有对各个具体应用对象研究出相应的并行算法，才能真正发挥CAD技术的并行处理作用，以提高数量级的处理速度。此外，系统产品标准化发展也是CAD技术的发展方向之一。随着CAD技术的广泛应用，CAD技术的种类越来越多，为了将不同CAD系统能进行资源共享，必须实现系统产品的标准化发展，制定相关的数据交换标准，如STEP、IGES等。

2.2 CAD技术在画法几何中的应用

在具体应用上，利用坐标方式输入点绘制控件的点线面时，可以利用“视图”中的“视口”来建立主视、左视、俯视、西南轴测的四个视口，可以利用“绘图”中的“实体”功能来创建三维模型。在三维模型里，发挥其着色线和着色面的功能，选取相应的线面。基于此来分析不同位置上线和面的投影线特性，将点线面的抽象知识融入到具体的三维实体图中，起到学习物体投影的作用。

2.3 CAD技术在剖视图中的应用

剖视图一般应用于多孔槽的零部件，其形成使用遐想剖切面剖开零部件的，图中的虚线较多，形态较为复杂。因在剖视图的绘制中，线条的交叉重叠较多，使得绘制者很难想象出实体的性质，而利用CAD技术，能通过建立零件模型，利用绘图中的剖切功能，进行零部件的剖切，观察零部件内部的结构性质，进而绘制出剖视图。同时，在利用CAD技术绘制剖视图时，要采用不同的剖视方法，在零部件的不同位置进行剖切，以加深对剖视图绘制的理解。剖切平面利用更多的孔槽和“三维视图”，全方位地观察剖切视图，绘制出零部件的实际形状见图2。

2.4 CAD技术在组合体视图中的应用

通常情况下，在机械视图中组合体视图的绘制中，是利用线面分析法和形体分析法来掌握线面的投影特点和基本几何体的投影特点，并在此基础上通过对照和分析实物模型来综合和整理组合体的整体形状和各个部分之间的联系关系。在利用CAD计算绘制组合体视图时，可以利用CAD三维实体的建模功能来进行组合体的造型设计，具体可以根据组合方式，在已选定的一个造型平面上将各个基本几何体构造出来，进而选择和利用合适的坐标轴将各个立体旋转至所需要的方向，将各个组合部分移动到准备的位置后，进行最后的组合操作以绘制出组合体。可见利用CAD技术，通过形体进行三维建模，能将数量大、形体复杂的结构图进行快速、准确的绘制。

2.5 CAD技术在基本机械形状中的绘制

在机械制图中，经过会利用多边形、椭圆等基本形状，需要将这些形状进行规则性的排列，利用CAD技术能简单、迅速地绘制出这些基本机械形状。在多边形的绘制中，以一个对角线长100的正五边形为例，第一步先画两条同长100相重合的先端，以其中一个为端点，依据旋转角度的理论，RO旋转其中的一条线段72°。第二步对两个未相交点进行连接，该边即为五边形的边。第三步实施AR排列命令，环形排列360°连续旋转5次。第四步，将已经生产的其他4条直线进行端点对端点进行相连，绘制成五边形。同时，可以利用CAD的POLYGON命令来进行绘制，即输入POLYGON+5（5为边数），选取其中的一点为五边形的中心点。多边形可设置内切和外切两个选项，也可以打散，当作是独立的线段进行二次编辑。在椭圆的绘制中，利用CAD提供的ELLIPSE命令、选椭圆的图标、根据椭圆周边的图形采用不同的方式进行绘制。指定好椭圆的弧（A）、等角圆（I）、中心点（C）以及轴端点，按回车键，可以设定参数来达到所需要的弧线。

3 结语

总之，随着计算机技术的快速发展，CAD技术取得了长足的进步，其几项关键技术在不同领域中的应用范围不断拓展。在机械制图中利用CAD技术，能更好地对需要设计的图形图像进行观察、分析、想象和设计，通过CAD技术认知各个零部件的结构形状，绘制出更为直观和具体的机械制图。

参考文献

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作者简介：范宁（1980-），女，辽宁兴城人，辽宁建筑职业学院讲师，研究生，研究方向：机械产品设计及优化方向研究与教学。

（责任编辑：周 琼）