第一单元 制图基本知识
工程图样是现代工业生产中的重要技术资料，也是工程界交流技术信息的共同语言，具有严格的规范性。掌握制图基本知识与技能，是画图和读图能力的基础。本单元将着重介绍国家标准《技术制图》和《机械制图》中的有关规定，并简要介绍绘图工具的使用以及平面图形的画法。
第一节 绘制简单平面图形
通过绘制右图所示的简单平面图形，学会使用绘图工具作图，掌握等分圆周及作正多边形的方法，了解图样中各种线型规格，从而具备绘图的初步能力。
一、尺规绘图工具和仪器的用法
1.图板和丁字尺
画图时，先将图纸用胶带纸固定在图板上，丁字尺头部紧靠图板左边。画线时，铅笔垂直纸面向右倾斜约30°（图1-1a）。丁字尺上下移动到画线位置，自左向右画水平线（图1-1b）。
图1-1 图板和丁字尺
2.三角板
一副三角板由45°和30°（60°）两块直角三角板组成。三角板与丁字尺配合使用可画垂直线（图1-2），还可画出与水平线成45°、60°、30°以及75°、15°的倾斜线（图1-3）。
图1-2 用三角板丁字尺画垂直线
图1-3 用三角板画常用角度斜线
两块三角板配合使用，可画任意已知直线的平行线或垂直线（图1-4）。
图1-4 两块三角板配合使用
3.圆规和分规
（1）圆规 圆规用来画圆和圆弧。画圆时，圆规的钢针应使用有台阶的一端，以避免图纸上的针孔不断扩大，并使笔尖与纸面垂直。圆规的使用方法如图1-5所示。
（2）分规 分规用来截取线段、等分直线或圆周，以及从尺上量取尺寸（图1-6b）。分规的两个针尖并拢时应对齐（图1-6a）。
图1-5 圆规的使用
图1-6 分规的使用
4.铅笔
绘图铅笔用“B”和“H”代表铅芯的软硬程度。“B”表示软性铅笔，B前面的数字越大，表示铅芯越软（黑）；“H”表示硬性铅笔，H前面的数字越大，表示铅芯越硬（淡）。“HB”表示铅芯软硬适中。画粗线常用B或HB，画细线常用H或2H，写字常用HB或H。画底稿时，建议用2H铅笔。画圆或圆弧时，圆规插脚中的铅芯应比画直线的铅芯软1～2档。
除了上述工具外，绘图时还要备有削铅笔的小刀，磨铅芯的砂纸，橡皮以及固定图纸的胶带纸等。
二、等分圆周作正多边形
机件轮廓形状虽各有不同，但都是由各种基本几何图形组成的，所以绘制平面图形前应掌握常见几何图形的画法。表1-1列出了常见的圆周等分以及作正多边形的作图方法和步骤。
表1-1 常见的圆周等分以及作正多边形的作图方法和步骤
（续）
小技巧
铅笔应从没有标号的一端开始削起，木杆削去25～30mm，铅芯外露约8mm。用于画底稿线、细线和写字的铅笔，其铅芯宜磨成圆锥形（图1-7a）；用于画粗线的铅笔，其铅芯建议磨成宽度d接近粗线宽度的扁四棱柱形（图1-7b）；修磨铅芯，可在砂纸上进行（图1-7c）。如果采用自动铅笔绘图，应备有0.3mm（画细线）和0.5mm（画粗线及写字）两种铅芯。
图1-7 削铅笔
三、图线（GB/T 4457.4—2002）[1]
1.图线的型式及应用
绘图时应采用国家标准规定的图线型式和画法。国家标准《技术制图 图线》规定了绘制各种技术图样的15种基本线型。根据基本线型及其变形，机械图样中规定了9种图线，其名称、型式、宽度及应用示例见图1-8和表1-2。
图1-8 图线应用示例
表1-2 图线的名称、型式、宽度及应用（根据GB/T 4457.4—2002）
2.图线宽度
机械图样中采用粗细两种图线宽度，它们的比例关系为2∶1。图线的宽度（d）应按图样的类型和尺寸大小，在下列数系中选取：0.13、0.18、0.25、0.35、0.5、0.7、1.0、1.4、2（单位：mm）。粗线宽度通常采用d=0.5mm或0.7mm。为了保证图样清晰，便于复制，图样上尽量避免出现线宽小于0.18mm的图线。
3.图线的画法
1）在同一图样中，同类图线的宽度应一致，虚线、点画线、双点画线和线段长度和间隔应大致相同。
2）画圆的中心线时，圆心应是长画的交点，细点画线的两端应超出圆外3mm左右（图1-9a）；当圆的图形较小（如圆的直径小于8mm）时可用细实线代替细点画线（图1-9b）。
3）图线相交时，都应以画相交，而不应在点或间隔处相交；当细虚线为粗实线的延长线时，虚、实线之间应留空隙（图1-10）。
图1-9 圆的中心线画法
图1-10 细虚线画法
典型案例
【案例1-1】 绘制图1-11所示的平面图形。
作图
先画出水平和垂直的两条中心线，再按给出的尺寸画出大小两个矩形，然后定出四角小圆的圆心，最后画出小圆和圆弧。
作图步骤（图1-12）。
图1-11 平面图形（一）
图1-12 平面图形（一）作图步骤
【案例1-2】 绘制图1-13所示的平面图形。
图1-13 平面图形（二）
作图
先画出水平和垂直的两条中心线，并定出两边小圆的位置；画出中间的大圆和两边的小圆；再根据ϕ24和R6画出四段圆弧；最后作圆弧的公切线。
作图步骤（图1-14）。
图1-14 平面图形（二）作图步骤
课堂讨论
1.由几个正三角形可以拼成一个正六边形？蜂巢的造型是由哪个多边形构成？仔细观察足球是由哪些多边形组合而成的？
2.参考下面左图在右图中作五角星（放大一倍）。
第二节 绘制复杂平面图形
连杆或扳手等机件（轮廓形状）的平面图形通常是由若干线段（直线或圆弧）连接而成，图形比较复杂。作图前应对图形中的线段和尺寸进行必要的分析。通过绘制这些机件的平面图形，学会各种圆弧连接的作图方法，了解标注尺寸的规则和方法。
一、圆弧连接
用一段圆弧光滑地连接相邻两已知线段（直线或圆弧）的作图方法称为圆弧连接。例如，在图1-15中，用R16圆弧连接两直线，用R12圆弧连接一直线和一圆弧，用R35圆弧连接两圆弧等。要保证圆弧连接光滑，作图时必须先求作连接圆弧的圆心以及连接圆弧与已知线段的切点，以保证线段与线段在连接处相切。圆弧连接作图见表1-3。
图1-15 圆弧连接的三种情况
表1-3 圆弧连接作图
（续）
二、尺寸注法
1.标注尺寸的基本规则
1）机件的真实大小应以图样上所注的尺寸数值为依据，与图形的比例及绘图的准确度无关。
2）图样中的尺寸以毫米（mm）为单位时，不必标注计量单位的符号（或名称）。如果采用其他单位，则必须注明相应的单位符号。本书中没有注明单位符号的尺寸，均以毫米为单位。
3）图样中所注的尺寸为该图样所示机件的最后完工尺寸，否则应另加说明。
4）机件的每一尺寸一般只注一次，并应标注在表示该结构最清晰的图形上。
2.标注尺寸的要素
标注尺寸由尺寸界线、尺寸线和尺寸数字三个要素组成（图1-16）。
尺寸界线和尺寸线画成细实线，尺寸线的终端有箭头（图1-17a）和斜线（图1-17b）两种形式。通常，机械图样的尺寸线终端画箭头，土建图的尺寸线终端画斜线。当没有足够的空间画箭头时，可用小圆点代替（图1-17c）。尺寸数字一般注写在尺寸线的上方。
图1-16 标注尺寸的要素
图1-17 尺寸线的终端形式
3.尺寸注法示例（表1-4）
表1-4 尺寸注法示例
（续）
三、斜度和锥度
（1）斜度 斜度指一直线或平面对另一直线或平面的倾斜程度，在图样上通常以1∶n的形式标注，并在前面加上斜度符号。
（2）锥度 锥度指正圆锥底圆直径与圆锥高度之比，在图样上通常以1∶n的形式标注，并在前面加上锥度符号。
斜度和锥度的画法（表1-5）。
表1-5 斜度和锥度的画法
四、平面图形的尺寸分析和线段分析
1.尺寸分析
平面图形所注尺寸，按其作用可分为定形尺寸和定位尺寸。
（1）定形尺寸 确定平面图形中各组成部分的形状和大小的尺寸称为定形尺寸，如图1-18中所示的长度、宽度尺寸40、25，四个圆孔的直径ϕ10和圆角半径R5。
（2）定位尺寸 确定平面图形中各组成部分之间相对位置的尺寸称为定位尺寸，如图1-18中所示的尺寸30、15，就是用来确定四个圆孔位置的尺寸。
图1-18 尺寸分析
2.线段分析
平面图形中，有些线段尺寸齐全，可根据其定形、定位尺寸直接作出。有些线段的定位尺寸未完全注出，需根据已注出的尺寸和该线段与相邻线的连接关系，通过几何作图才能画出。
在实际绘图中，按线段的尺寸是否标注齐全将线段分为三类：
（1）已知线段 具有定形尺寸和齐全的定位尺寸的线段称为已知线段，具有圆弧半径或直径大小和圆心的两个定位尺寸的圆弧为已知圆弧。例如，图1-19所示拨钩中，半径为R25、R52、R10的圆弧和直径为ϕ12的圆均为已知圆弧。已知线段根据所给尺寸能够直接作出。
（2）中间线段 具有定形尺寸和不齐全的定位尺寸的线段称为中间线段，具有圆弧半径或直径大小和圆心的一个定位尺寸的圆弧为中间圆弧。图1-19所示半径为R12的圆弧为中间圆弧。中间线段需要一端的相邻线段作出后才能作出。
（3）连接线段 只有定形尺寸而没有定位尺寸的线段称为连接线段。图1-19所示半径为R3的圆弧就是连接圆弧。连接线段需要在两端相邻线段作出后才能作出。
图1-19 线段分析
典型案例
【案例1-3】 绘制图1-20所示手柄的轮廓平面图形。
1.尺寸分析
一般情况下，应根据尺寸在图形中所起作用来分析它属于哪类尺寸。
图1-20 手柄
图1-20中的R15、R12、R50、R10等都是确定圆弧形状大小的定形尺寸；尺寸8是确定圆ϕ5的圆心在水平方向位置的尺寸，尺寸45是确定圆弧R50的圆心在水平方向位置的尺寸，尺寸75则可确定圆R10的圆心在水平方向的位置，所以都是定位尺寸。
有时，同一个尺寸既是定形尺寸又是定位尺寸，如图1-20中的尺寸75，它既是决定手柄长度的定形尺寸，又是圆弧R10的定位尺寸。
标注平面图形的定位尺寸时，首先要确定标注尺寸的起始位置，标注尺寸的起点即为尺寸基准[2]。平面图形尺寸有水平和垂直两个方向，每个方向都必须确定尺寸基准。通常以对称线、较长的直线或圆的中心线作为尺寸基准，如图1-20所示。
2.线段分析
平面图形中的线段，根据其定位尺寸是否完整，可分为已知线段、中间线段和连接线段三类线段。下面着重分析图1-21中圆弧的性质。
（1）已知弧 图1-21中R15和R10的圆心位置已确定，属已知弧。
（2）中间弧 图1-21中R50，其圆心在长度方向的定位尺寸为45，而高度方向的定位尺寸没有给出，属中间弧。画图时要根据它和R10相切的条件才能画出。
（3）连接弧 图1-21中的R12，只有半径尺寸，没有给出圆心的两个定位尺寸，属连接弧。画图时可利用该圆弧与R50及R15相切的条件作出。
图1-21 线段分析
通过以上分析可知，画图时应首先画出图形中的已知弧，再画中间弧，最后画连接弧。
3.作图步骤
根据上述分析，手柄轮廓平面图形的作图步骤（图1-22）。
图1-22 手柄轮廓平面图形的作图步骤
课堂讨论
根据图1-19所示拨钩的图形，参照图1-22的作图步骤，在图1-23已知线段的图形上逐步作出中间弧和连接弧。
图1-23 拨钩
小技巧
已知长轴AB和短轴CD，用四心圆法作椭圆。
1）取CE=CF，作出点E（图1-24a）。
2）作AE中垂线与两轴交于点O3、O1，并作出对称点O4、O2（图1-24b）。
3）分别以O1、O2、O3、O4为圆心作四段圆弧（切点K在相应的连心线上）（图1-24c）。
图1-24 四心圆法作椭圆
第三节 尺规绘图
尺规绘图指用铅笔、丁字尺、三角板和圆规等绘图仪器和工具来绘制图样。
虽然目前技术图样已经逐步由计算机绘制，但尺规绘图仍是工程技术人员必备的基本技能，同时也是学习和巩固图学理论知识不可忽视的训练方法，因此必须熟练掌握。
本节简要介绍图纸幅面和格式、比例、字体等国家标准有关规定。
一、图纸幅面和格式（GB/T 14689—2008）
1.图纸幅面
图纸幅面指由图纸宽度与长度组成的图面。
为了使图纸幅面统一，便于装订和管理，并符合缩微复制原件的要求，绘制技术图样时应按以下规定选用图纸幅面。
1）应优先采用表1-6中规定的图纸基本幅面（表中符号B、L、e、c、a如图1-26所示）。基本幅面共有5种，其尺寸关系如图1-25所示。
图1-25 基本幅面的尺寸关系
表1-6 图纸幅面尺寸 （单位：mm）
图1-26 图框格式和看图方向
2）必要时允许选用加长幅面，其尺寸必须是由基本幅面的短边成整数倍增加后得出。
2.图框格式
图纸上限定绘图区域的线框称为图框。
1）在图纸上必须用粗实线画出图框，其格式分为留装订边和不留装订边两种（图1-26a、b）。
2）同一产品图样只能采用一种格式。
3.对中符号和看图方向
图框右下角必须画出标题栏，标题栏中的文字方向为看图方向。为了使图样复制时定位方便，应在各边长的中点处分别画出对中符号（粗实线）。如果使用预先印制的图纸，需要改变标题栏的方位时，必须将其旋转至图纸的右上角。此时，为了明确绘图与看图的方向，应在图纸的下边对中符号处画出方向符号（图1-26c）。
4.标题栏
国家标准（GB/T 10609.1—2008）对标题栏的内容、格式及尺寸作了统一规定（图1-27a）。本书在制图作业中建议采用图1-27b所示的格式。
图1-27 标题栏
二、比例（GB/T 14690—1993）
比例指图样中图形与其实物相应要素的线性尺寸之比。绘图时，应从表1-7规定的常用的比例中选取比例。
表1-7 常用的比例
为了从图样上直接反映实物的大小，绘图时应优先采用原值比例。若机件太大或太小，可采用缩小或放大比例绘制。选用比例的原则是有利于图形的清晰表达和图纸幅面的有效利用。必须注意，不论采用何种比例绘图，标注尺寸时，均按机件的实际尺寸大小注出，如图1-28所示。
图1-28 不同比例绘制的图形
三、字体（GB/T 14691—1993）
图样中书写的汉字、数字和字母，必须作到：字体工整、笔画清楚、间隔均匀、排列整齐。字体的号数即字体的高度h分为八种，即20、14、10、7、5、3.5、2.5、1.8（单位：mm）。
汉字应写成长仿宋体，并采用国家正式公布的简化字。汉字的高度不应小于3.5mm，其宽度一般为字高h的1/2。
数字和字母分为A型和B型。A型字体的笔画宽度d为字高h的1/14；B型字体的笔画宽度d为字高h的1/10。数字和字母可写成直体或斜体（常用斜体），斜体字字头向右倾斜，与水平基准线约成75°。
字体示例：
汉字 10号字
汉字结构分析
四、尺规绘图的方法和步骤
1.画图前的准备工作
1）分析图形的尺寸与线段，拟订作图步骤。
2）确定比例，选取图纸幅面。
3）画出图框和标题栏。
2.画底稿
1）画作图基准线，确定图形位置。
2）依次画出已知线段、中间线段和连接线段，完成图形。
3）画尺寸界线和尺寸线。
4）检查底稿，修正错误，擦去多余作图线。
底稿宜用H或2H铅笔轻淡地画出，便于修改。
3.描深
按标准线型描深图线，描深的顺序如下：
1）先粗后细 先描深全部粗实线（HB或B铅笔），再描深全部虚线、点画线和细实线（H或2H铅笔），以提高绘图速度和保证同类线型粗细一致。
2）先曲后直 描深同一种线型时，应先画圆弧，后画直线段，以保证连接光滑。
3）先水平后垂直 先从上而下画水平线，再从左到右画垂直线，最后画倾斜线，以保证图面清洁。
4）画箭头，填写尺寸数字、填写标题栏等。
典型案例
【案例1-4】 绘制图1-29a所示扳手的平面轮廓图形。
图1-29 扳手的画图步骤
1.图形分析
扳手钳口是正六边形的四条边。扳手弯头形状由一个R18圆弧和两个R9圆弧组成，圆心位置已知，R16、R8、R4均为连接圆弧。
2.画底稿
底稿一般用较硬的铅笔（H或2H）轻淡地画出。画底稿的步骤如下：
1）根据已知尺寸画出扳手轴线和中心线及手柄的轮廓（图1-29b）。
2）根据尺寸16作出正六边形，再由R18和两个R9圆弧作出扳手头部弯头的图形，圆弧的连接点是1和2（图1-29c）。
3）作连接圆弧R16的圆心。以O1为圆心，以R=18+16=34为半径画弧，作与直线Ⅰ平行且距离为16的直线Ⅱ，直线Ⅱ与圆弧的交点O即为圆心。作R16圆弧，点3、4为切点（图1-29d）。R8和R4圆弧的圆心求法相同。
3.描深
底稿完成后，要仔细校对，修正错误，并擦去多余的作图线，再按各种图线的线宽要求进行描深，一般用B或HB铅笔描深粗实线，圆规用的铅芯应比画直线用的铅笔芯软一号。描深粗实线时，先描深圆或圆弧，再从图的左上方开始，顺次向下描深所有水平方向的粗实线；仍从图的左上方开始，顺次向右描深所有垂直方向的粗实线。
按上述顺序，用H铅笔描深全部细线（细实线、细点画线、细虚线）。
4.画箭头、注尺寸、填写标题栏
图1-30所示为完成的扳手平面图形。
图1-30 扳手平面图形