第一讲 AutoCAD机械设计概述

第一节 机械制图基本知识

在利用AutoCAD制图之前，需要了解一些机械图形学方面的基本知识，如制图的基本规定、图纸幅面及格式、比例、字体和图线等，下面逐一介绍。

在机械工程中，人们常用图形来表达思想、分析事物、研究问题和交流经验，具有形象、生动、轮廓清晰和一目了然的优点，弥补了有声语言和文字描述的不足，AutoCAD是迄今为止功能最强大、应用最为广泛的制图软件之一。如图1-1所示为利用AutoCAD 2012绘制的机械图形。

一、制图的基本规定

技术图样是表达设计思想、进行技术交流和组织生产的重要资料，是工程界通用的技术“语言”。因此，对于图样的画法、尺寸注法等都需要进行统一的规定，这些规定即制图标准。国家标准《机械制图》、《技术制图》是工程界的基础技术标准，是绘制、阅读技术图样的准则和依据，且必须严格遵守。

用CAD绘制机械工程图样时，首先应考虑表达准确、看图方便。在完整、清晰、准确地表达机件各部分形状的前提下，力求制图简便。

二、图纸幅面及格式

一幅标准图纸的幅面、图框和标题栏必须按照国家标准来进行确定和绘制。

1.图纸幅面

为了便于绘制、使用和保管，绘制图样时，应优先采用表1-1所规定的基本幅面尺寸。

在基本幅面中，A0图纸长边比为∶1，其面积是1m2。A1图纸的面积是A0的一半。其余各种幅面都是后一幅面的面积为前一幅面的一半。

如果必要，可以对幅面加长。加长后的幅面尺寸是由基本幅面的短边乘倍数后得出的。加长后的幅面代号记作：基本幅面代号×倍数。如A4 × 3，表示按A4图幅短边210加长3倍，即加长后图纸尺寸为297 × 630。

2.图框格式

无论图样是否装订，均应在图幅内画出图框，图框线用粗实线绘制。需要装订的图样，其图幅格式一般采用A4 幅面竖装或A3 幅面横装。装订边预留25mm宽。图框距图纸边界的尺寸视图大小及有无装订边而不同。格式如图1-2（a）和图1-2（b）所示。不需装订的图样则不留装订边，其图框格式如图1-2（c）和图1-2（d）所示。

3.标题栏

标题栏的格式和尺寸按GB 10609.1-1989的规定，一般由更改区、签字区、其他区（如材料、比例、重量）、名称及代号区（单位名称、图样名称、图样代号）等组成。通常工矿企业工程图的标题栏格式如图1-3所示。

在学校的制图作业中可采用如图1-4所示的简化标题栏格式及尺寸。必须注意的是标题栏中文字的书写方向即为读图的方向。

三、比例、字体和图线

图纸幅面中，图形的比例、标注文字的字体和图样线等均按照国家标准进行设置和标注。本节将着重介绍这几个要点的国标规定用法。

1.比例（根据GB/T 14690-1993）

机械图中的图形与其实物相应要素的线性尺寸之比称为比例。比值为1的比例，即1∶1称为原值比例，比例大于1的比例称为放大比例，比例小于1的比例则称之为缩小比例。绘制图样时，采用GB/T规定的比例。如表1.2所示的是GB/T规定的比例值，分为原值、放大、缩小3种。通常应选用表1-2中的优先比例值，必要时可选用表中的允许比例值。

绘制图样时，应尽可能按机件的实际大小（即1∶1的比例）画出，以便直接从图样上看出机件的实际大小。对于大而简单的机件，可采用缩小比例，而对于小而复杂的机件，宜采用放大的比例。

必须指出，无论采用何种比例画图，标注尺寸时都必须按照机件原有的尺寸大小标注（即尺寸数字是机件的实际尺寸），如图1-5所示。

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2.字体（GB/T14691-1993）

国家标准《技术制图》字体GB/T 14691-1993中，规定了汉字、字母和数字的结构形式。书写字体的基本要求如下。

◆ 图样中书写的汉字、数字、字母必须做到：字体端正、笔画清楚、排列整齐、间隔均匀。

◆ 字体的大小以号数表示，字体的号数就是字体的高度（单位为mm），字体高度（用h表示）的公称尺寸系列为1.8、2.5、3.5、5、7、10、14、20。如需要书写更大的字，其字体高度应按2的比例递增。用做指数、分数、注脚和尺寸偏差数值，一般采用小一号字体。

◆ 汉字应写成长仿宋体字，并应采用《汉字简化方案》中规定的简化字。长仿宋体字的书写要领是：横平竖直、注意起落、结构均匀、填满方格。汉字的高度h不应小于3.5mm，其字宽一般为h/。

◆ 字母和数字分为A型和B型。字体的笔画宽度用d表示。A型字体的笔画宽度d=h/14，B型字体的笔画宽度d=h/10。字母和数字可写成斜体和直体。

◆ 斜体字字头向右倾斜，与水平基准线成75°。绘图时，一般用B型斜体字。在同一图样上，只允许选用一种字体。

如图1-6和图1-7所示的是图样上常见字体的书写示例。

3.图线（GB 4457.4-1984）

绘制技术图样时，应遵循国家标准《技术制图 图线》的规定。

所有图线的图线宽度 b 应按图样的类型和尺寸大小在下列系数中选择：0.13mm、0.18mm、0.25mm、0.35mm、0.5mm、0.7mm、1mm、1.4mm、2mm。粗线、中粗线和细线的宽度比例为4∶2∶1。

基本图线适用于各种技术图样。如表1-3所示列出了机械制图的图线型式及应用说明。

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如图1-8所示为常用图线应用举例。

绘制图样时，应注意以下问题：

◆ 同一图样中，同类图线的宽度应基本一致。虚线、点画线及双点画线的线段长短间隔应各自大致相等。

◆ 两条平行线之间的距离应不小于粗实线的两倍宽度，其最小距离不得小于0.7mm。

◆ 虚线及点画线与其他图线相交时，都应以线段相交，不应在空隙或短画处相交；当虚线是粗实线的延长线时，粗实线应画到分界点，而虚线应留有空隙；当虚线圆弧和虚线直线相切时，虚线圆弧的线段应画到切点，而虚线直线需留有空隙，如图1-9（a）所示。

◆ 绘制圆的对称中心线（细点画线）时，圆心应为线段的交点。点画线和双点画线的首末两端应是线段而不是短横，同时其两端应超出图形的轮廓线3mm～5mm。在较小的图形上绘制点画线或双点画线有困难时，可用细实线代替，如图1-9（b）所示。

第二节 机械图样的尺寸标注方法

图形只能表示机件的形状，而机件的大小则由标注的尺寸确定。国家标准中对尺寸标注的基本方法做了一系列规定，必须严格遵守。

一、基本原则

机械图样中，尺寸的标注应遵循以下基本原则：

◆ 图样中所标注的尺寸为机件的实际尺寸，与图样比例无关，与绘图的准确性也无关。

◆ 图样中的尺寸以mm为单位时，不需标注计量单位的代号或名称。使用其他单位则必须注明。

◆ 图样中的尺寸为机件的最终加工尺寸，否则应加以说明。

◆ 机件的每一尺寸，一般只标注一次，并应标注在反映该结构最清晰的图样上。

二、尺寸的组成

一个完整的尺寸应由尺寸界线、尺寸线、尺寸线终端和尺寸数字4个要素组成，如图1-10所示。

1.尺寸界线

尺寸界线用细实线绘制，并应由图形的轮廓线、轴线或对称中心线处引出。也可利用轮廓线、轴线或对称中心线做尺寸界线。尺寸界线一般应与尺寸线垂直，并超出尺寸线终端2mm左右。

2.尺寸线

尺寸线用细实线绘制。尺寸线必须单独画出，不能与图线重合或在其延长线上。

尺寸线终端有两种形式，如图1-11所示，箭头适用于各种类型的图样，箭头尖端与尺寸界线接触，不得超出也不得离开。

斜线用细实线绘制，图中h为字体高度。当尺寸线终端采用斜线形式时，尺寸线与尺寸界线必须相互垂直，并且同一图样中只能采用一种尺寸线终端形式。

3.尺寸数字

线性尺寸的数字一般应注写在尺寸线的上方，也允许注写在尺寸线的中断处，同一图样内大小一致，位置不够可引出标注。尺寸数字不可被任何图线所通过，否则必须把图线断开，见图1-10中的尺寸R15和Ф18。

水平方向的尺寸数字字头朝上；垂直方向的尺寸数字，字头朝左；倾斜方向的尺寸数字其字头保持朝上的趋势。但在30º范围内应尽量避免标注尺寸，如图1-12（a）所示，当无法避免时，可参照如图1-12（b）的形式标注。在注写尺寸数字时，数字不可被任何图线所通过，当不可避免时，必须把图线断开，如图1-12（c）所示。

国家标准还规定了一些注写在尺寸数字周围的标注尺寸的符号，用以区分不同类型的尺寸：Ф表示直径；R表示半径；S表示球面；δ表示板状零件厚度；□表示正方形；▷（或◁）表示锥度；∠表示斜度；±表示正负偏差；╳表示参数分隔符，如M10╳1等；—表示连字符，如4—Ф10、M10╳1—6H等。

三、尺寸注法（GB/T 4458.4—1984

同样，机械图样的尺寸标注也要符合国家标准。尺寸注法的常见基本规则，如表1-4所示。

第三节 几何作图方法

圆周的等分（正多边形）、斜度、锥度、平面曲线和连接线段等几何作图方法，是绘制机械图样的基础，应当熟练掌握。

一、直线作图

直线作图有两种方法：一种是利用线段等长性质来绘制等分线段；另一种就是过某定点作已知直线的垂线。

1.等分线段

将线段AB三等分，过点A作任意直线AB1，用分规以任意长度在AB1上截取3个等长线段，得1、2、3点，连接3B，并过1、2点作3B的平行线，即得3个平行线段，如图1-13所示。”

2.过某定点作已知直线的垂线

先使三角板的斜边过 AB，以另一个三角板的一边作导边，将三角板翻转90°使斜边过点K，即可过点K作AB的垂线，如图1-14所示。

二、圆周的等分及正六边形

绘制正六边形，一般利用正六边形的边长等于外接圆半径的原理。绘制正六边形也有两种方法：一种是圆弧等分法；另一种是利用丁字尺和三角板的角度配合来绘制。

1.圆弧等分法

以已知圆直径的两端点 A、B 为圆心，以已知圆的半径R为半径画弧与圆周相交，即得等分点，依次连接等分点，即得圆内接正六边形，如图1-15所示。

2.利用丁字尺和三角板

30°～60°三角板与丁字尺（或45°三角板的一边）相配合作内接或外接圆的正六边形，如图1-16所示。

三、五等分圆周及正五边形

正五边形的绘制有两种方法。一是已知正五边形的边长，二是已知外接圆直径。

1.已知边长画正五边形

已知正五边形的边长AB，绘制正五边形的方法及步骤如下：

01 以ON为半径、N为圆心作圆弧，与圆交于F、G。

02 连接F、G点，得到点M。

03 以 M 点为圆心，MA 为半径作圆弧，与ON延长线交于H点。线段AH为五等分圆周的弦长。

04 以AH为弦长依次截取圆周，并得到B、C、D、E 正五边形的5个顶点。连接5个顶点即可得到正五边形。绘制的正五边形如图1-17所示。

2.已知外接圆直径画正五边形

已知外接圆直径，绘制正五边形的方法及步骤如下：

01 取半径的中点K。

02 以K点为圆心，KA为半径画圆弧得到C点。

AC即为正五边形边长，等分圆周得到5个顶点。

四、斜度

斜度是指一直线或平面对另一直线或平面的倾斜程度。工程上用直角三角形对边与邻边的比值来表示，并固定把比例前项化为1而写成1∶n的形式。如已知线段AC的斜度为1∶5，其作图方法如图1-18所示。

五、锥度

锥度是指圆锥的底圆直径D与高度H之比，通常，锥度也要写成1∶n的形式。锥度的作图方法如图1-19所示。

六、圆弧连接

圆弧与圆弧的光滑连接，关键在于正确找出连接圆弧的圆心及切点的位置。由初等几何知识可知：当两圆弧以内切方式相连接时，连接弧的圆心要用R-Rn来确定；当两圆弧以外切方式相连接时，连接弧的圆心要用R+Rn来确定。用仪器绘图时，各种圆弧连接的画法如图1-20所示。

七、椭圆

常用的椭圆近似画法为四圆弧法，即用四段圆弧连接起来的图形近似代替椭圆，如图1-21所示。

如果已知椭圆的长轴、短轴AB、CD，则其近似画法的步骤如下：

01 连AC，以O为圆心，OA为半径画弧交CD延长线于 E，再以 C 为圆心，CE 为半径画弧交 AC于F。

02 作AF线段的中垂线分别交长轴、短轴于O1、O2，并作 O1、O2的对称点 O3、O4，即求出四段圆弧的圆心。

八、渐开线近似画法

直线在圆周上作无滑动的滚动，该直线上一点的轨迹即为此圆（称做基圆）的渐开线。齿轮的齿廓曲线大都是渐开线，如图1-22所示。

其作图步骤如下：

01 画基圆并将其圆周n等分（图1-22中，n=12）。

02 将基圆周的展开长度πD也分成相同等分。

03 过基圆上各等分点按同一方向作基圆的切线。

04 依次在各切线上量取1/nπD、2/nπD…、πD，得到基圆的渐开线。

第四节 绘图方法

任何平面图形总是由若干线段（包括直线段、圆弧、曲线）连接而成的，每条线段又由相应的尺寸来决定其长短（或大小）和位置。一个平面图形能否正确绘制出来，要看图中所给的尺寸是否齐全和正确。因此，绘制平面图形时应先进行尺寸分析和线段分析，以明确作图步骤。

一、尺寸分析

平面图形中的尺寸可以分为3 大类：尺寸基准、定形尺寸和定位尺寸。

1.尺寸基准

确定尺寸位置的点、线或面称为尺寸基准。通常将对称图形的对称线、大圆的中心线或圆心、重要的轮廓或端面等作为尺寸基准。平面图形通常在水平及垂直的两个方向上有尺寸基准。且在同一个方向上往往有几个尺寸基准，其中一个作为主要尺寸基准，其余的则称为辅助尺寸基准。

2.定形尺寸

确定平面图形中几何元素大小的尺寸称为定形尺寸，例如直线段的长度、圆弧的半径等。如图1-23所示挂钩的尺寸φ15、R28等都称为定形尺寸。

3.定位尺寸

确定几何元素位置的尺寸称为定位尺寸，例如圆心的位置尺寸，直线与中心线的距离尺寸等。如图1-23中两条垂直相交的中心线就是该图形的尺寸基准。

二、线段分析

平面图形中的线段，依其尺寸是否齐全可分为3类：已知线段、中间线段和连接线段。

◆ 已知线段：具有齐全的定形尺寸和定位尺寸的线段称为已知线段，作图时可以根据已知尺寸直接绘出。

◆ 中间线段：只给出定形尺寸和一个定位尺寸的线段为中间线段，其另一个定位尺寸可依靠与相邻已知线段的几何关系求出。

◆ 连接线段：只给出线段的定形尺寸，定位尺寸可依靠其两端相邻的已知线段求出的线段为连接线段。

仔细分析上述3类线段的定义，不难得出线段连接的一般规律：在两条已知线段之间可以有任意个中间线段，但必须有而且只能有一条连接线段。

第五节 机械工程CAD制图规则

本节将主要介绍机械工程中使用AutoCAD制图的国家标准，并熟悉图层的建立、常用的文字样式和尺寸标注样式的设定等。

一、制图基本原则

在AutoCAD中绘制机械工程图应遵循以下基本原则：

◆ 凡在计算机及其外围设备中绘制机械工程图样时，如涉及本标准中未规定的内容，应符合有关标准和规定。

◆ 在机械工程制图中用CAD绘制的机械工程图样，首先应考虑表达准确，看图方便。在完整、清晰、准确地表示机件各部分形状的前提下，力求制图简便。

◆ 用CAD绘制机械图样时，尽量采用CAD新技术。

二、图线组别

为便于机械工程的CAD制图，将GB/T 17450—1998中所规定的8种线型宽度分为以下几组，如表1-5所示，一般优先采用第4组。

三、图线颜色

屏幕上显示的图线颜色，一般应按表1-6中提供的颜色显示，并要求相同类型的图线采用同样的颜色。

四、字体规定

机械工程的CAD制图所使用的字体，应满足GB/T 13362.4-1992和GB/T 13362.5-1992的要求，具体要求如下：

◆ 数字和字母一般应以斜体输出，汉字一般用正体输出，并采用国家正式公布和推行的简化字。

◆ 小数点和标点符号（除省略号和破折号为两个字位外）均为一个符号一个字位。

◆ 汉字在输出时一般采用正体，并采用国家正式公布的简化字。

字体与图纸幅面之间的选用关系如表1-7所示。

字体的最小字距、行距及间隔线或基准线与书写字体之间的最小距离如表1-8所示。

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五、尺寸线的终端形式

机械工程CAD制图中所使用的尺寸线的终端形式（箭头）有如下几种可供选用，其具体尺寸比例一般参照GB 4458.4中的有关规定，如图1-24所示。

在图样中一般按实心箭头、开口箭头、空心箭头、斜线的顺序选用，当尺寸线的终端采用斜线时，尺寸线与尺寸界线必须互相垂直，同一张图样中一般只采用一种尺寸线终端的形式。当采用箭头位置不够时，允许用圆点或斜线代替箭头。

第六节 课堂练习

前面我们详细讲解了有关AutoCAD 2012机械制图的理论基础知识，为了让大家加深理解并掌握所学内容，下面以一手柄平面图形的绘制实例来说明一般绘图的方法及步骤。如图1-25所示为手柄的平面图形。

课堂练习

操作步骤

01 作出图形的基准线。

02 画已知线段，即具有齐全的定形尺寸和定位尺寸。作图时，可以根据这些尺寸先行画出，如图1-26所示。

03 画中间线段，只给出定形尺寸和一个定位尺寸，需待与其一端相邻的已知线段作出后，才能由作图确定其位置，如图1-27所示。

04 画连接线段，只给出定形尺寸，没有定位尺寸，需待与其两端相邻的线段作出后，才能确定它的位置。R60的圆弧只给出半径，但它通过中间矩形右端的一个顶点，同时又要与R104圆弧外切，所以它是连接线段，应最后画出，如图1-28所示。可见在两条已知线段之间可以有任意个中间线段，但必须有而且只能有一条连接线段。

05 校核作图过程，擦去多余的作图线，描深图线，如图1-29所示。

第七节 课堂总结

本章主要介绍的是机械制图的基本知识，其内容包括制图的基本规定、图纸幅面及格式、比例、字体和图线、机械图样的尺寸标注、绘图工具及其应用、几何作图、绘图方法及步骤等。

对于学习机械制图，或者学习AutoCAD的初学者来说，机械制图的基本知识是必须掌握的，只有掌握了这部分知识并有了一定的基础后，在后续的课程中读者才能进一步地了解其他应用及操作方面知识。