工程制图与CAD

适读人群 ：本书可供高等院校各理工专业师生作为教材使用，还可供相关工程技术人员参考阅读。
《工程制图与cad》是一本针对高等院校理工类各专业应用型本科生的制图、识图教材，教材内容以必需、够用为度，通过教材学习可以增强其识图、读图能力，教材配套习题集及电子版答案，能够达到教师易教、学生易学的目的。

本书是普通高等教育“十三五”规划教材，是在近年制图课程改革与探索的实践中总结而来的，同时还配套了《工程制图与CAD习题集》以及电子版答案。
为了将学生的制图理论和计算机绘图实践技能有效地结合起来，本书包含两部分内容，分上、下篇列出，分别讲述制图理论和计算机绘图软件。上篇包括制图的基本知识和基本技能，点、直线、平面、立体的投影，组合体的视图以及尺寸标注，轴测图，机件的常用表达方法，标准件、常用件，零件图和装配图，专业图样；下篇主要叙述AutoCAD软件绘图、编辑、尺寸标注等功能以及专业图样的绘制指导；此外，本书还包含绪论和附录、参考文献。
本书可供高等院校各理工专业师生作为教材使用，还可供相关工程技术人员参考阅读。

柳青，辽宁石油化工大学机械学院，副教授 制图教研室负责人，柳青，本科毕业后在工厂中工作近十年，从事过加工车间一线的技术员、设计部门的设计员。硕士研究生毕业后留校任教十三年，一直从事制图教学工作，亲身经历了本校制图授课的改革与实践，教学经验丰富。现为制图教研室的负责人，主抓2016级的制图教学改革工作。熟悉计算机绘图二维、三维软件，指导的学生在机械创新设计大赛、全国三维数字化创新设计大赛中，多次取得优异的成绩。

绪论1
上 篇
第1章制图的基本知识2
1.1制图相关规定2
1.1.1图纸幅面和格式、标题栏2
1.1.2比例3
1.1.3字体4
1.1.4图线6
1.1.5尺寸标注7
1.2平面图形的画法10
1.2.1几何作图10
1.2.2平面图形分析14
1.2.3绘图的方法和步骤15
第2章点、直线、平面的投影17
2.1投影法17
2.2点的投影18
2.2.1点的三面投影18
2.2.2点的投影与直角坐标之间的关系18
2.2.3两点的相对位置19
2.3直线的投影20
2.3.1直线的三面投影20
2.3.2各种位置直线的投影20
2.3.3直线上的点22
2.3.4两直线的相对位置23
2.4平面的投影26
2.4.1平面的表示法26
2.4.2各种位置平面的投影26
2.4.3平面上的点和直线28
第3章立体30
3.1平面立体30
3.1.1棱柱30
3.1.2棱锥31
3.2回转体33
3.2.1圆柱33
3.2.2圆锥34
3.2.3球36
3.2.4圆环37
3.3拉伸体38
3.4平面与立体相交39
3.4.1平面与平面立体相交40
3.4.2平面与回转体相交41
3.5两回转体相交48
3.5.1积聚性法求相贯线48
3.5.2相贯线的特殊情况51
第4章组合体53
4.1三视图的形成53
4.1.1三视图的形成53
4.1.2三视图的投影规律54
4.2画组合体视图54
4.2.1组合体的形体分析54
4.2.2组合体视图的画法55
4.2.3相贯线的简化画法58
4.3读组合体视图58
4.3.1读组合体视图的要点59
4.3.2读图的方法和步骤59
4.4组合体的尺寸标注63
4.4.1尺寸种类64
4.4.2标注尺寸基本要求65
4.4.3标注尺寸的方法和步骤66
第5章轴测图68
5.1轴测图的基本知识68
5.1.1定义68
5.1.2特性68
5.1.3轴测图的分类69
5.2轴测图的画法69
5.2.1正等测69
5.2.2斜二测73
第6章机件的常用表达方法76
6.1视图76
6.1.1基本视图76
6.1.2向视图77
6.1.3局部视图77
6.1.4斜视图78
6.2剖视图79
6.2.1剖视图的概念79
6.2.2剖视图的画法79
6.2.3剖视图的标注81
6.2.4剖视图的分类81
6.3断面图86
6.3.1断面图的概念86
6.3.2断面图的种类87
6.4局部放大图和简化画法89
6.4.1局部放大图89
6.4.2简化画法89
第7章标准件和常用件92
7.1螺纹92
7.1.1螺纹的形成及螺纹要素92
7.1.2螺纹的规定画法94
7.1.3螺纹的分类和标注95
7.2螺纹紧固件98
7.2.1螺纹紧固件的标记98
7.2.2螺纹紧固件连接画法100
7.3键、销、滚动轴承和弹簧104
7.3.1键连接104
7.3.2销连接105
7.3.3滚动轴承106
7.3.4弹簧108
7.4齿轮110
7.4.1直齿圆柱齿轮的各几何要素及尺寸关系111
7.4.2直齿圆柱齿轮的规定画法112
第8章零件图114
8.1零件图概述114
8.2零件图的视图选择115
8.2.1视图选择过程115
8.2.2典型零件视图表达116
8.3零件图的尺寸标注117
8.4零件的技术要求120
8.4.1尺寸公差与配合120
8.4.2表面粗糙度127
8.4.3几何公差的代号及标注131
8.4.4零件的常用材料及其表示法134
8.4.5表面处理和热处理134
8.5零件结构的工艺性135
8.5.1铸造工艺对零件结构的要求135
8.5.2机械加工工艺对零件结构的要求135
8.6读零件图138
8.6.1要求138
8.6.2方法和步骤138
8.6.3读零件图举例139
第9章装配图142
9.1装配图的内容142
9.2装配图的视图表达方法143
9.2.1规定画法143
9.2.2沿零件结合面剖切和拆卸画法143
9.2.3夸大画法144
9.2.4假想画法144
9.2.5简化画法144
9.3装配图的尺寸标注及零、部件序号和明细栏144
9.3.1装配图中的几类尺寸144
9.3.2装配图中零、部件序号和明细栏145
9.4装配结构的合理性简介146
9.5装配图的画法148
9.6读装配图及由装配图拆画零件图149
9.6.1读装配图的方法与步骤149
9.6.2读装配图举例149
9.6.3由装配图拆画零件图150
9.6.4由装配图拆画零件图应用实例151
第10章其他图样153
10.1典型化工专业图样153
10.1.1化工设备图153
10.1.2化工工艺图157
10.2电气工程图162
10.2.1电子元器件的图样特点162
10.2.2常用电子元器件的外形图及图形符号163
10.2.3系统图167
10.2.4电路图168
10.2.5逻辑图168
10.2.6流程图168
10.2.7其他电气工程图169
10.3焊接图169
10.3.1焊缝图示法169
10.3.2焊缝符号170
10.3.3焊缝的表达方法及焊接图示例173
下篇
第11章AutoCAD基础知识176
11.1AutoCAD的基本功能176
11.2启动、退出AutoCAD177
11.2.1启动AutoCAD177
11.2.2退出AutoCAD177
11.3AutoCAD的界面和工作空间177
11.3.1AutoCAD界面的组成178
11.3.2AutoCAD的工作空间179
11.4图形文件基本操作180
11.5设置绘图环境180
11.6命令的使用182
11.7坐标系184
11.7.1世界坐标系与用户坐标系184
11.7.2坐标的表示方法184
11.7.3坐标系中点与距离的输入方法185
11.8图形对象的选择185
11.9观察图形文件186
11.10辅助功能186
11.11使用AutoCAD软件的技巧188
第12章平面图形的画法190
12.1绘图前的准备190
12.2平面图形的绘制与编辑192
12.2.1直线（L）192
12.2.2多段线（PL）193
12.2.3圆与圆弧（C&ARC）193
12.3平面图形绘制实例194
12.3.1平面图形绘制实例1——圆弧连接194
12.3.2平面图形绘制实例2——三视图绘制198
第13章尺寸标注、创建文字与表格201
13.1尺寸标注样式设置201
13.1.1设置“线”选项卡201
13.1.2设置“符号和箭头”选项卡202
13.1.3设置文字选项卡202
13.1.4设置“调整”选项卡203
13.1.5设置“主单位”选项卡203
13.1.6设置“换算单位”选项卡203
13.1.7设置“公差”选项卡203
13.2尺寸标注205
13.2.1线性标注205
13.2.2对齐标注205
13.2.3角度标注205
13.2.4圆和圆弧的标注206
13.2.5坐标标注206
13.2.6尺寸公差标注206
13.2.7形位公差标注207
13.2.8标注实例208
13.3创建文字209
13.3.1创建文字样式209
13.3.2输入单行文字210
13.3.3输入多行文字210
13.4表格样式及创建表格211
13.4.1新建表格样式211
13.4.2创建表格212
第14章块操作、外部参考及图纸打印213
14.1块操作213
14.1.1定义块213
14.1.2插入块214
14.1.3存储块214
14.1.4块属性定义214
14.1.5块应用实例215
14.2外部参照215
14.2.1附着外部参照216
14.2.2绑定外部参照216
14.2.3编辑外部参照217
14.2.4管理外部参照218
14.3图形的打印与输出219
14.3.1页面设置219
14.3.2打印图形219
14.3.3输出图形220
第15章典型专业图样222
15.1化工专业图样222
15.1.1工艺流程图222
15.1.2化工设备图样223
15.2机械专业图样绘制224
15.2.1零件图图样绘制224
15.2.2装配图图样绘制225
15.3电气工程专业图样227
15.3.1常用电子元器件图形符号227
15.3.2电子电路图样227
附录229
1螺纹229
1.1普通螺纹直径与螺距（GB/T 193—2003）229
1.2普通螺纹基本尺寸（GB/T 196—2003）229
1.3管螺纹230
1.4梯形螺纹（GB/T 5796.2—2005，GB/T 5796.3—2005）231
2常用标准件232
2.1螺钉232
2.2螺栓237
2.3双头螺柱242
2.4螺母243
2.5垫圈245
2.6键246
2.7销249
2.8滚动轴承250
2.9弹簧253
3常用机械加工一般规范和零件结构要素254
3.1标准尺寸（摘自GB/T 2822—2005）254
3.2砂轮越程槽（摘自GB/T 6403.5—2008）254
3.3零件倒圆与倒角（摘自GB/T 6403.4—2008）255
3.4普通螺纹倒角和退刀槽（摘自GB/T 3—1997）、螺纹紧固件的螺纹倒角（摘自GB/T 2—2016）255
3.5紧固件通孔（摘自GB/T 5277—1985）及沉头座尺寸（摘自GB/T 152.2—2014，GB/T 152.3—1988，GB/T 152.4—1988）256
4公差与配合257
4.1优先配合中轴的上、下极限偏差数值（从GB/T 1801—2009和GB/T 1800.2—2009摘录后整理列表）257
4.2优先配合中孔的上、下极限偏差数值（从GB/T 1801—2009和GB/T 1800.2—2009摘录后整理列表）258
5常用材料名词解释260
5.1金属材料260
5.2非金属材料262
参考文献263

10.1典型化工专业图样
化工制图研究化工专业图样的绘制和阅读方法。在石油、化工以及与之相近的医药、食品、轻工等工业的建设中，无论是设计、施工，还是设备的制造、安装，或是生产过程中的试车、检修、技术改造，都要涉及到有关的化工图样。化工行业中常用的工程图样有：化工机器图、化工设备图和化工工艺图。由于化工机器图在视图表达、尺寸标注、技术要求等方面与机械制图基本相同，因此本节着重介绍化工设备图和化工工艺图的基本内容与常用表达方法及相关标准规范。

图10－1 典型化工设备直观图
10.1.1化工设备图
化工设备图是用于表达化工产品生产过程中合成、分离、干燥、结晶、过滤、吸收、澄清等生产单元的装置和设备的图样。常用典型化工设备有反应罐（釜）、塔器、换热器、贮罐（槽）等，如图10-1所示。
三、 化工设备图的结构特点
各种化工设备由于化工工艺要求不同，其内部结构型式、形状大小和安装方式各有差异，但它们的主体外部结构有许多共同之处：
（1）壳体以回转体为主：化工设备的壳体，主要由筒体和封头两部分组成，构成了化工设备封闭的外壳。其中筒体以回转形体为主，尤以圆柱形居多，一般由钢板卷焊成型（如容器、反应器的罐体、塔器的塔体、换热器的壳体）。封头以椭圆形、球形、圆锥形等回转体为常见。
（2）尺寸相差悬殊：化工设备的总体尺寸与设备的某些局部结构（如壁厚、管口等）的尺寸，往往相差悬殊。
（3）有较多的开孔和管口：设备壳体的轴向和周向方位上分布着较多的各种规格和作用的接管以及其它零件。
（4）大量采用焊接结构：化工设备各部分的连接和零部件的安装连接，广泛采用焊接方法。不仅筒体由钢板卷焊而成，筒体与封头、管口、支座、人孔等连接，也都采用焊接方法。
（5）广泛采用标准化、通用化、系列化的零部件：设备上的一些常用零部件的规格尺寸，绝大多数已经标准化、系列化。如接管法兰、人孔（手孔）、液面计、支座、封头等。
四、 化工设备图的基本内容
（1）一组图形：用以表达该设备的结构形状和零部件之间的装配连接关系。
（2）必要的尺寸：用以表达设备的总体规格、各零件之间的装配连接与安装尺寸等。
（3）管口符号与管口表：设备上所有的接管均用小写的拉丁字母（a、b、c、d…）予以编号，并在管口表中列出各管口的名称、规格尺寸、法兰密封面形式及管口的用途等有关内容。
（4）技术特性表：列出设备的主要工艺技术特性数据，如：物料名称、压力、温度等。
（5）技术要求：用文字说明设备在制造、安装等方面的技术要求。
（6）零件的编号、明细表和标题栏。
五、 化工设备图的表达特点
（1）基本视图的配置
由于化工设备的主体结构多为回转体，其基本视图常采用两个视图。立式设备一般为主、俯视图；卧式设备一般为主、左视图，用以表达设备的主体结构，主视图一般采用全剖视图。由于设备形体狭长，当主、俯（或主、左）视图难于在幅面内按投影关系配置时，允许将俯（左）视图配置在其它位置处，但必须标注视图名称。
（2）多次旋转的表达方法
化工设备壳体上分布有众多的管口及其它附件，为了在主视图上表达它们的结构形状和位置高度，可按机械制图中画旋转视图或旋转剖视图的方法，假想将设备周向或轴向分布的接管和其它附件分别按顺时针（或逆时针）方向旋转至与投影面平行位置，然后再向主视图进行投影，称为多次旋转法。多次旋转表达不需标注。
为了区分与识别设备上的各种接管，设备上所有的管口（物料进出管口、仪表管口等）均需按拉丁字母顺序编号并注出符号（如a、b、c、d）。图10-2中的人孔C,就是在俯视图上按逆时针方向假想旋转45°之后，在主视图上画出其投影的；在俯视图上的液面计b1b2、b3b4也是分别按顺时针方向旋转到与投影面平行的位置，在主视图上表达出他们的结构形状与轴向高度位置的；接管口d的轴线位置与投影面平行，不需要旋转，可直接投影在主视图上。
必须注意，在应用多次旋转的画法时，不能使视图上出现图形重叠的现象。如俯视图中的接管口k,位于设备轴向顶端的封头上，无论顺时针还是逆时针旋转，在主视图上都会与管口c和d的图形重叠，在这种情况下，接管口k就采用了A-A局部剖视图方法来表达了。
对于俯视图中的接管e、f、h，由于他们的结构形状与接管d完全相同，只有尺寸不同，因此，在主视图的接管d中，用d(e、f、h）表达了相同结构形状的接管，并在管口表中说明了他们的结构尺寸。
（3）局部结构的表达方法
化工设备图中较多的采用了局部放大图来表达局部结构并标注尺寸。局部放大图的画法和要求与机械制图相同，即表达局部结构时，可画成局部视图、剖视或剖面等形式，可按比例，也可不按，但需注明。如图10-2立式容器顶部封头上的接管k的A-A视图就是采用局部放大图表达了接管的形状和尺寸。
（4）化工设备图的绘图比例与薄壁结构的夸大表示法
化工设备总体尺寸较大，绘图表达时遵照国家标准《机械制图》的规定，通常采用1:5、1:10、1:10n等几种比例，但由于化工设备的特殊情况，也允许增加采用1:6、1:30等比例绘制。
化工设备总体尺寸与局部结构尺寸相差悬殊，如图10-2的立式容器，其总高为3240毫米，设备壳体直径为2000毫米，而壳体壁厚、接管壁厚度、垫片等构件的厚度则在个位数的几毫米范围内，在绘图时比例缩小较多。图10-2中采用1：10的绘图比例，这些薄壁构件的厚度通常难以画出，因此必须采用夸大画法，即不按比例，适当地用双线夸大地画出它们的厚度。其余细小结构或较小的零部件也可采用夸大画法。
（5）管口方位的表达方法
化工设备上的管口较多，它们的周向方位在设备的制造、安装、使用时都极为重要，必须在图样中表达清楚。若化工工艺人员已给出管口方位图，可直接在“技术要求”中说明管口方位图的图号。此时设备图的俯（左）视图中画出的管口及支座方位，不一定是管口及支座的真实周向方位，故不能注写角度尺寸。
如果绘制设备图时，管口及支座的周向方位已有工艺人员确定，则可在设备图的俯（左）视图中画出管口及支座周向方位，注出表示方位的相应尺寸和角度，并在技术要求项内注明“管口及支座方位按本图”等字样，如图10-2所示。
（6）焊缝结构的表达与标注
当化工设备图的尺寸按比例缩小后，图线间距的实际尺寸小于3mm时，视图中的焊缝只用图形轮廓线表示即可，剖视图中的焊缝则按焊接接头型式画出焊缝剖面及剖面涂黑符号。对于设备上某些重要的焊缝或特殊的、非标准型式的焊缝，则需用局部放大图详细表示焊缝结构形状与尺寸。如图10-2开孔C处的补强圈焊缝就是用1：1比例局部绘出了焊缝结构型式和尺寸。设备图中对所有焊缝均有统一要求时，一般只需在技术要求中对设备采用的焊接方法以及焊接接头型式等内容作统一说明即可。
10.1.2化工工艺图
化工工艺图是表达化工生产过程与联系的图样，化工工艺图的设计绘制是化工工艺人员进行工艺设计的主要内容，也是进行工艺安装和指导生产的重要技术文件。化工工艺图主要有化工工艺流程图、设备布置图、管道布置图。
图10-2 立式容器图


一、 工艺流程图
工艺流程图用于表达化工生产工艺流程。属于该性质的图样主要有：物料平衡图、工艺流程图（又称物料流程图）及工艺管道及仪表流程图三种。其共同特点为：均采用展开图形式，按工艺流程次序，自左至右画出一系列车间（工段）、设备、仪表阀门等示意图，并配以物料流程线和必要的标注说明。在引进设备或中国石油化工设计院的图纸上又称为PF图或PFD图，即英文Process Flow Diagram的缩写。工艺流程图一般是在初步设计阶段中，在物料平衡图的基础上，完成物料衡算和热量衡算时绘制的图样。工艺流程图为审查提供了资料，又是进一步设计的依据，同时它还可以为实际生产操作提供参考。下面以图10-3乙苯精馏车间工艺流程图为例说明。

图10-3 乙苯精馏车间工艺流程图
（1）设备及标注
图中用细实线示意地画出流程中所用设备的外形轮廓，并采用细实线引出标注各设备。标注内容分别布置在图纸的上方、下方或中间的同一水平线上。引出线的水平线上方用代号表示设备位号，如图中的“T-101A-B”，其中“T”为塔设备的代号，同一位号的设备若有多台，则分别在位号后加注A、B、C等以表示台号。其它常用设备分类代号及简化符号图例详见表10-1所示。水平线下方则需要注明设备名称、规格和特性数据。如“T-101A-B”设备为乙苯塔（浮阀塔），其中规格尺寸“φ1600x52600”表示塔设备的直径为1.6米、塔高为52.6米，“n＝120”表明该塔具有120层塔盘。
（2）流程线及标注
图中用带有箭头的粗实线将设备连起来，表达主要物料的流程；在流程线的起始和终止处还要表明物料的名称，以表示物料的来龙去脉；在各设备之间的流程线上，还要注明物料进出该设备前后的某些参数（如温度、压力、流量等）。例如图中原料进入设备E-101原料预热器之前的温度t=常温，经E-101预热器(通过低温蒸汽LS）预热后温度达到160°C-162°C；经过“T-101C”出来后，混合物料的温度为136°C,压力p为常压，再经过“E-103”乙苯冷凝器入口温度为30°C的冷却水（CW）循环冷却（HW）后，物料的温度降至131°C,而冷却水的出口温度升至40°C。该冷凝器的换热能力为“Q＝1744.20KW”。
表10-1 常用设备分类代号及其简化符号图例
设备类别
及代号 图例（也可以只表示外轮廓） 设备类别及代号 图例及符号说明
塔（T）





填料塔 筛板塔 浮阀塔 泡罩塔 鼓风机
压缩机
（C）


鼓风机 离心压缩机


(卧式）旋转式压缩机 (立式）旋转式压缩机
反应器
（R）



变换器 转化器 聚合釜 换热器
冷却器
蒸发器
（E）



换热器
冷却器
蒸发器
简化符号






` 固定管板式换热器

浮头式换热器 平板式换热器
容器槽、罐（V）


卧式槽 立式槽



锥顶罐 湿式气柜 球罐
LS(低压蒸汽）或MS(中压蒸汽）
　　　　　　　　
加热符号（用蒸汽将物料加热）
　　　　
CW（冷却水）入口为低温冷却水　
高温物料HW(循环冷却）
冷却符号 （将物料从高温冷却至低温）
泵
（P）

离心泵


换热符号
（3）物料组分表及内容
当物料经过某设备其组成成分发生变化时，还需在相应的流程线上用细实线引出一条指引线，并用细实线绘出表格，在表格内详细注出物料变化前后各组分的名称、流量（kg/h）、重量百分数（wt%）、小时千克分子量(kg mol/h）、摩尔百分数（mol%）等。如物料进入T-101A塔前和从T-10１C塔出来，经过E-103循环冷凝、V-102、P-104A-B以及E-104的反复冷却循环回流后，乙苯的重量百分数由18%升到98.30%，而其它各组分发生的变化则从表中一目了然。图中还表示了图框和标题栏等项目。
二、 设备布置图
设备布置图是在简化了的厂房建筑图上增加了设备布置的内容，用来表示设备与建筑物、设备与设备之间的相对位置，并能直接指导设备安装的图样，也是化工设计、施工、设备安装、绘制管路布置图的重要技术文件。在设备布置设计中，一般还提供首页图、设备安装详图、管口方位图等，但设备布置图是设备布置设计中的主要图样。设备布置图也是按正投影原理绘制的，绘图比例通常是1：50和1：100。图10-4所示为某一工段的设备布置图，它包含了一般设备布置图的图样内容和表达方法。

工程制图是工科类大学的专业技术基础课之一，计算机辅助设计作为一种现代化的设计手段已经应用到了工程设计的各个领域。按照高等工科教育的培养目标和特点，结合制图的教学改革和实践，本教材在加强画图、读图能力训练的同时，强化计算机绘图的教学与实践，以适应应用型人才的培养需要。教材的编写有如下几个特点：
1.制图理论部分讲授内容以必需、够用为度；
2.增大计算机绘图部分理论与实践内容；
3.书中引入实例讲解，侧重专业图样的绘制和阅读；
4.计算机绘图部分的内容集中编排在下篇，有利于知识点的集中与查阅，授课时可根据进度安排将工程制图与计算机绘图融于一体；
5.本书文字叙述力求简洁，重点突出；
6.全书引用的标准均采用全新国家标准。
本书由辽宁石油化工大学制图教研室组织编著。参加本书编著的有：柳青、佟洪波（前言、绪论、第9章、附录），奚文（第1、4、15章），郭玉泉、闫伟（第2、6章），李萍（第3、7章），何延东（第5、8章），杜娟（第10、11章），孙宏宇（第12～14章）。常东超和贾敏参与了书中部分图形的绘制工作。全书由柳青总体负责，奚文担任主审。
本编著组同时还编著了与本书配套的《工程制图与CAD习题集》，供广大学生使用。
由于作者水平有限，书中难免有不足之处，敬请广大读者批评指正。

作者
2017年6月