王小軍

(河西學院物理與機電工程學院，甘肅張掖 73400)

0 引言

組合體是由多個簡單基本幾何形體通過疊加、挖切等方式構(gòu)成的復雜形體。它簡化了工程物體的工藝結(jié)構(gòu)等次要結(jié)構(gòu)，是具有工程物體主要形狀特征的復雜幾何形體，是對工程物體的抽象，是理想化的工程形體模型［1］。

組合體讀圖就是根據(jù)組合體二維平面視圖想象出它的空間形狀。由平面二維圖形想出三維空間形體是制圖學習者的重點和難點，也是培養(yǎng)空間思維能力最主要的途徑。讀圖時應根據(jù)組合體的投影，結(jié)合正確的讀圖方法讀懂視圖。讀圖的基本方法是形體分析法，同時輔助以線面分析法等其它方法。工程物體一般都具有一些通用的和自身特有的工藝結(jié)構(gòu)，從物體的結(jié)構(gòu)特征入手，讀圖時抓住工程物體結(jié)構(gòu)特征視圖，讀出組合體空間形狀也是一種很有效的方法。

1 影響組合體讀圖的因素分析

1．1 投影理論知識的熟練程度

讀圖是在投影理論基礎上的空間構(gòu)思過程，是畫圖的逆過程，因此讀圖必須有扎實的投影理論知識，有投影理論做基礎，才能正確的讀組合體視圖。主要的投影理論知識有:①三視圖的形成及其投影規(guī)律;②各種位置直線和平面的投影特性;③基本幾何體的投影特點;④截交線和相貫線的作圖和投影性質(zhì)。

1．2 讀圖方法的選擇和合理應用

組合體組合方式多樣，形體有簡單有復雜，讀圖時根據(jù)具體的形體選擇合理的分析方法往往可使讀圖變得思路清晰，簡單快捷。讀組合體視圖的方法主要有形體分析法和線面分析法。形體分析法主要適合于疊加式組合體的讀圖，線面分析法主要適合于切割式組合體的讀圖。當然方法的選擇不是唯一和確定的，在讀圖時往往以形體分析法為主，以其他方法為輔進行。有學者提出恢復原形法、輔助讀圖法、逆向思維法等［2］。

1．3 讀圖思維能力的差異

讀圖思維是人們認識視圖與立體之間本質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系，是從感性具體到思維抽象再到思維具體辯證的運動過程［3］。每個人都有自己獨特的思維方式，個體間存在空間思維能力差異是必然的。當然人的思維如同人的認識一樣，是一個不斷豐富、完善和發(fā)展的復雜過程，通過不斷的反復讀圖可以達到培養(yǎng)空間想象能力，提高讀圖思維能力的目的。

1．4 常見主要形體特征的熟練程度

掌握組合體上的曲面結(jié)構(gòu)、孔、槽、缺口、連接板、支撐板、凸臺、投影面垂直面、截交線、相貫線等結(jié)構(gòu)的特征視圖，會使組合體的讀圖變得更加快捷。

1．5 形體結(jié)構(gòu)的繁簡

形體結(jié)構(gòu)的繁簡并非以視圖的線段多少來劃分，其繁簡以構(gòu)成組合體的簡單體多少以及他們之間的構(gòu)成方式、相互位置來影響［4］。對復雜形體的讀圖就需要結(jié)合多個視圖、多種方法來分析。

2 組合體讀圖的主要方法

2．1 形體分析法

形體分析法是假想把一個組合體分解為由多個簡單基本形體組合而成，并分清各簡單形體之間的位置關(guān)系和組合形式的一種分析方法［5］。是一種化繁為簡、化難為易的分析思維方法。是組合體畫圖，讀圖、尺寸標注的最基本的方法。

應用形體分析法讀圖的基本步驟可概括為以下口訣:看視圖，分線框;對投影，定形體;綜合起來想整體。如圖1所示，根據(jù)組合體三視圖，想出組合體的空間結(jié)構(gòu)。利用形體分析法可將主視圖分為4個線框Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，用“三等關(guān)系”對各線框的投影視圖進行分析，想象出各部分的形狀，最后根據(jù)視圖中各形體的位置關(guān)系，想象出組合體的空間形狀。

圖1 組合體形體分析法讀圖

2．2 線面分析法

線面分析法是指分析投影圖上線、面的投影特性和相對位置，進而確定組合體形狀的方法［6］。

應用線面分析法讀圖也可概括為:看視圖，分線面;對投影，定形體;綜合起來想整體的讀圖步驟。如圖2所示，利用組合體的三視圖確定組合體的空間形狀。利用線面的投影特性，如類似性，實行性可在視圖上找到主要的4個線框1、2、3、4，通過對投影分別應用特殊位置面的投影規(guī)律，得到側(cè)垂面1，正平面2，鉛垂面3和水平面4，再通過四棱柱的截切關(guān)系可以想出立體形狀。

圖2 組合體線面分析法讀圖

利用線面分析法雖然可以分析清楚各面的位置，但對于截切面較多，截交線多而復雜的形體用線面分析法清晰的想象出各面之間的空間位置關(guān)系，正確構(gòu)思出空間形體也還是有一定困難。

3 基于特征分析的讀圖方法

3．1 形體特征

所謂特征是指可以作為描述事物構(gòu)成特點的征象、標志等［7］。組合體的結(jié)構(gòu)特征是組合體上的主要形體結(jié)構(gòu)，也是區(qū)別于其它形體的重要特征。如曲面結(jié)構(gòu)、孔、槽、缺口、連接板、支撐板、凸臺、特殊位置的立體表面、截交線、相貫線等。這些結(jié)構(gòu)特征有些是組合體的常見結(jié)構(gòu)，也有些是區(qū)別于其它形體的特殊結(jié)構(gòu)。抓住這些特征結(jié)構(gòu)的視圖，結(jié)合形體分析法讀圖，會使讀圖更快捷、容易。

3．2 形體特征分析思想

無論是簡單還是復雜組合體都會有一些區(qū)別于其它形體的主要結(jié)構(gòu)和重要特征。工程物體上這些特征主要有交線，特殊位置面和特征組合體特有的結(jié)構(gòu)特征，在視圖中這些特征會很清楚的得以表達，同時也是區(qū)別于其它形體視圖的主要內(nèi)容。在組合體讀圖時應從組合體結(jié)構(gòu)特征入手，抓住這些特征視圖進行輔助讀圖，使讀圖變得更有針對性。

特征分析思想的形成可基于三個方面。

(1)三維建模中的特征造型。創(chuàng)建草圖建立了二維平面輪廓，通過添加特征創(chuàng)建形體三維模型，利用三維編輯修改實現(xiàn)復雜形體的建模［8］。利用特征造型的逆向思維可實現(xiàn)組合體的讀圖。如圖3所示，通過兩個視圖分線框，存在線框分解不唯一和不合理的問題，若從三維特征造型逆向思維分析，以俯視圖的正方形和圓為特征，對照主視圖是通過拉伸特征形成，使讀圖變得簡單。

圖4中由于主視圖完全一樣，應從俯視圖的特征入手，基于特征造型可以很容易的構(gòu)思出立體的形狀。同時還可以通過特征變換構(gòu)思出方形缺口、半圓形凸臺等組合體形狀。

圖3 組合體特征造型

圖4 組合體特征造型對比

(2)視圖中的特征輪廓線是組合體的重要特征結(jié)構(gòu)。

如圖5所示，在左視圖中的斜線和三角形很有特殊性，這樣對三視圖可先不進行分線框，利用三等關(guān)系對投影可分析出立體表面的側(cè)垂面和突出的三棱柱結(jié)構(gòu)。

圖5 組合體特殊位置面讀圖

圖2 中利用特征分析法對左視圖的特征斜線1"，通過對投影可得到斜線是平面1和平面3的交線。根據(jù)平面立體上斜的交線一定是兩個投影面垂直面的交線，可得到平面1為側(cè)垂面，平面3為鉛垂面，從而可不進行線框的劃分。

(3)工程物體的結(jié)構(gòu)設計。在工程物體的結(jié)構(gòu)中往往會有曲面(回轉(zhuǎn)體)結(jié)構(gòu)，孔(階梯孔、通孔、盲孔、半圓孔等)，槽(通槽、燕尾槽、U形槽、V形槽、退刀槽、鍵槽等)、缺口(U形缺口、半圓缺口、方形缺口等)、連接板、支撐板、肋板，凸臺、凹坑、倒角等。這些結(jié)構(gòu)在視圖中都有很明顯和清楚的線框圖形，不斷積累很容易讀出這些結(jié)構(gòu)特征。

3．3 形體特征分析舉例

根據(jù)圖6所示三視圖，構(gòu)思組合體形狀。根據(jù)特征分析法，可抓左視圖中斜線、主視圖水平U形缺口、俯視圖中半圓形輪廓為主要特征，通過對投影可分析出側(cè)垂面，前后貫通的水平U形缺口，上半部分半圓形缺口三個主要特征。同時對左視圖的直角三角形虛線特征，對投影可得到斜坡面上向下挖出的方形缺口。組合整體的方形結(jié)構(gòu)可得到圖7所示的組合體形狀。

圖6 組合體特征分析法讀圖

圖7 組合體模型結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

形體特征分析法從工程物體的結(jié)構(gòu)入手，抓住最能反映形體特征的視圖，根據(jù)視圖中的主要特征線，特征面以及組合體的結(jié)構(gòu)特征讀圖，再結(jié)合形體分析法等其它讀圖方法，使組合體的讀圖變得更加清晰容易。形體特征法讀圖是在本人多年教學的基礎上結(jié)合計算機三維建模方法總結(jié)提出的，在特征結(jié)構(gòu)的分析上還要得到不斷的完善，在實際的應用中還要得到不斷的檢驗。

［1］ 邵世祿．形體分析法在組合體視圖中的應用研究［J］．機械研究與應用，2008，21(4):54－56．

［2］ 韓麗艷，張孟政，丁 喬．復雜形體讀圖方法的研究與實踐［J］．教學研究，2013，36(3):75－76．

［3］ 唐儲建，龍 宇．讀圖思維的探析［J］．工程圖學學報，2011(6):71－76．

［4］ 朱春耕．視圖線框的構(gòu)型方法在讀圖中的運用［J］．工程圖學學報，2007(2):159－164．

［5］ 唐克中，朱同均．畫法幾何與工程制圖［M］．第四版．北京:高等教育出版社，2009．

［6］ 許睦旬，徐鳳仙，溫伯平．畫法幾何與工程制圖習題集［M］．第四版．北京:高等教育出版社，2009．

［7］ 續(xù) 丹．3D機械制圖［M］．第2版．北京:機械工業(yè)出版社，2009．

［8］ 許睦旬．Inventor2009三維機械設計應用基礎［M］．北京:高等教育出版社，2009．