第一节　机械制图

一、机械制图知识概述

机械图样是绘图者的共同语言，是制造加工的指令，设计人员的思想和设计意图是通过图样体现出来的，所以在机械制图中遵循统一的制图规则就尤为重要。国家标准现在贯彻执行的制图方面的标准有技术制图、机械制图和CAD制图。

（一）《机械制图》国家标准基本情况

《机械制图》国家标准主要是对机械行业制定的制图规则，制定这些规则一般采用两种方法，一是直接采用《技术制图》国家标准中的有关规定，如：图幅、字体、比例；另一种是在不违反《技术制图》国家标准的前提下按机械行业的要求制定适合于机械行业的制图规则，此时，相应的两类标准应同时贯彻执行。

例如：现行的制图标准中的《技术制图图线》（GB/T 17450—1998）、《机械制图图样画法图线》（GB/T 4457.4—2002）；《技术制图图样画法视图》（GB/T 17451—1998）、《机械制图图样画法视图》（GB/T 4458.1—2002）；《技术制图图样画法剖视图和断面图》（GB/T 17452—1998）、《机械制图画法图样剖视图和断面图》（GB/T 4458.6—2002）。

（二）《技术制图》国家标准基本情况

《技术制图》国家标准是面向各行各业的通则性标准，是对各行业共性的制图规定提出的统一要求。如：图幅、字体、比例、剖面区域的表示法、标题栏、明细栏等。

（三）《机械制图》与《技术制图》之间的关系

《技术制图》国家标准是上一个层次的规则标准，是对各行业制图中的共性规则提出的要求。例如：图幅、字体、比例、剖面区域的表示法、标题栏、明细栏、简化表示法、圆锥的尺寸和公差标注等。

《机械制图》国家标准是下一个层次的行业级的规则标准，是根据机械行业的特点提出的制图要求，两者的关系是上下级的依从关系，在大多数情况下，技术制图的标准可直接贯彻于机械制图中。例如：关于剖面线的规定，技术制图与机械制图规定也不尽相同，GB/T 4457.5规定剖面线应画成“与水平成45°角”。GB/T 17453则规定剖面线最好“与主要轮廓或剖面区域的对称线成45°角”。

二、几何作图基本知识

几何图样的基本元素有图线、尺寸、标志、图形说明等，是设计者意志的表现。

（一）图线

1.图线的国家标准

图线的标准我国有两套标准同时共用，分别为《技术制图图线》（GB/T 17450—1998）和《机械制图图样画法图线》（GB/T 4457.4—2002）两种。

国家标准《技术制图》中推荐的线形共有15种，是面向全国各行各业的，是通则性的规定。适合于机械行业的共有4种，分别是01（实线）、02（虚线）、04（点画线）、05（双点画线）。

为了满足机械行业制图的需求，机械制图国家标准在此基础上将所选用的4种线型变型派生出9种线型，分别为：

（1）细实线（用法：过渡线、尺寸线、尺寸界线、指引线、剖面线、螺纹牙底线、网格线等）；

（2）波浪线（用法：断裂处的边界线、视图与剖视图的分界线）；

（3）双折线（用法：断裂处的边界线、视图与剖视图的分界线）；

（4）粗实线（用法：可见轮廓线、可见相贯线、可见棱边线、螺纹牙顶线、齿顶圆线、剖切符号用线等）；

（5）细虚线（用法：不可见（相贯线）轮廓线、不可见棱边线）；

（6）粗虚线（用法：允许表面处理的表示线，例如热处理）；

（7）细点画线（用法：轴线、对称中心线、分度圆线、孔中心线）；

（8）粗点画线（用法：限定范围表示线）；

（9）细双点画线（用法：相邻辅助零件的轮廓线、中断处的边界线、轨迹线、可动零件的极限位置的轮廓线等）。

2.线宽

粗实线、粗虚线、粗点画线线宽为0.4mm，细实线、细虚线、细点画线、细双点画线、波浪线、双折线线宽为0.15mm。

3.图线使用中注意的几个问题

一是过渡线由原来的粗实线改为了细实线；二是轨迹线由原来的细点画线改为了细双点画线；三是粗虚线用于表面处理表示线；四是剖切符号的线型为粗实线；五是限定范围表示线（粗点画线）；六是网状结构线由原来的细实线改为了粗实线，如图1-1箭头标注所示。

4.双折线的画法

现机械制图中规定的双折线的画法是国际上的通则画法，如图1-2所示；被废除的双折线的两种画法如图1-3所示。

5.相邻辅助零件的线型及画法

相邻辅助零件是指不属于某一零部件，但装配后与该零部件相邻的另一零部件。绘图时相邻辅助零件的轮廓线用细双点画线表示，如图1-4箭头标注所示。

6.断裂处边界线的线型选用

断裂画法通常可分为单边断裂和中间断裂，绘制断裂处的边界线有三种线型可供选用，即：波浪线、双折线和细双点画线。选用时应根据机件的具体情况并考虑绘图的方便来选取。并且应注意细双点画线必须成对使用。常见边界线法画法有以下三种，如图1-5箭头标注所示。

（1）中断处的边界线：可用波浪线、双折线和细双点画线。

（2）单边断裂的边界线：可用波浪线、双折线。

（3）局部视图中的断裂边界线：可用波浪线、双折线。

（二）尺寸标注

图样中的尺寸是确定图形大小、形状要求、位置定位的规范，标注是机械制图中非常重要的组成部分，设计者的设计意图都是通过图样中的标注表达的，所以，无论是手工绘图还是计算机绘图，都应该遵守统一的机械图样标注规则。

在机械制造过程中，主要是依据图样上所标注的尺寸及其有关公差进行生产。“尺寸是反映零件真实大小的实质性要素”，因此按一定的规定和要求进行尺寸标注是机械制图中最重要的环节。有关尺寸标注的标准我国执行的有两套标准：《机械制图尺寸注法》（GB/T 4458.4—2003）；《技术制图简化表示法第2部分：尺寸注法》（GB/T 16675.2—2012）。

1.基本规则

（1）机件的真实大小应以图样上所注尺寸数值为依据，与图形的大小及绘制的准确性无关。

（2）图样中（包括技术要求和其他说明）的尺寸，以毫米为单位时，不需标准单位符号，如采用其他单位时，则应注明相应的单位符号。

（3）图样中所标注的尺寸，为该图样所示机件的最后完工尺寸，否则应另加说明（如：该尺寸为镀前尺寸）。

（4）机件的每一尺寸一般只标注一次，并应标注在最清晰的图形上。

2.尺寸界限

（1）尺寸线由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、轴线或对称中心线作为尺寸界线。

（2）尺寸界线一般应与尺寸线垂直，必要时才允许倾斜，如图1-6所示。

（3）尺寸线用细实线绘制，其终端可用箭头或斜线表示。机械制图中规定的箭头为实心箭头，作为尺寸线的终端。

（4）标注线性尺寸时，尺寸线应与所标注的线段平行，尺寸线不能用其他图线代替。当没有足够的位置画箭头或注写尺寸数字时，中间位置允许用圆点代替箭头，两侧允许将箭头移至尺寸线外侧，箭头指向尺寸边界，并将尺寸数字注写在尺寸界限的中间（或侧面），并位于尺寸线上方，如图1-7所示。

（5）在光滑过渡处标注尺寸，必须用细实线将轮廓线延长，从他们的交点处引出尺寸界线，如图1-8所示。

（6）角度的数字一律写成水平方向，注写在尺寸线的中断处。线性尺寸数字不可被任何图线所通过，否则必须将图线断开，如图1-9所示。

（7）当对称机件的图形只画出一半或略大于一半时，尺寸线应略超过对称中心线或断裂处的边界，此时只在尺寸线的一端画出箭头，如图1-10所示。

（8）尺寸简化标注必须保证不致引起误解和不会产生理解的多意性；简化后的制图应便于识读和绘制，并注重简化的综合效果。

（三）制图文字、数字说明

1.图形尺寸标注中字体字号为3.5号，宽高比0.7，一律采用长仿宋体，宽高比0.7。

2.汉字“技术要求”、“图样名称”用5号仿宋；“技术要求”四个字后边无标点符号；技术要求的内容用4号仿宋；技术要求的具体内容结尾用分号，最后一条结尾用句号。

（四）技术要求

1.技术要求内容

技术要求是零件图和装配图中必不可少的重要组成部分，是对图样设计、加工中总的技术性要求，主要包括以下几个方面的内容：

（1）对材料、毛坯、热处理的要求；

（2）视图中难以表达的尺寸、形状和位置公差；

（3）对有关结构要素的统一要求（如圆角、倒角、尺寸等）；

（4）对零部件表面质量的要求（如涂层、镀层、喷丸等）；

（5）对间隙、过盈、个别结构要素的特殊要求；

（6）对校准、调整及密封的要求；

（7）对产品及零部件的性能和质量的要求（如噪声、耐振性等）；

（8）试验条件和方法；

（9）其他说明。

2.技术要求书写要求

对“技术要求”的标题及条文应置于“标题栏的上方或左方”，书写时要做到：

（1）当标题栏的上方和左方有空白处时，切忌将技术要求书写在远离标题栏处；

（2）技术要求应有标题和各条的顺序号，每条条文应独立起行；

（3）应按规定条标题与条标题对齐；内容与内容对齐；

（4）条文用语力求简明、规范，或约定俗成，切忌口语化；

（5）在装配图中当表述涉及零部件时，可用其序号（件×）或代号（即“图样代号”）代替；

（6）引用验收方法等上级标准或企业标准时，应给出完整的标准编号和标准名称；

（7）对于尺寸公差和形位公差的未注公差的具体要求应在技术要求中予以明确。

三、机械视图常见表达方法

（一）机械视图种类

将人的视线假想成相互平行且垂直投影面的一组射线，将物体在投影面上的投影成为视图。机械视图的表达方法有基本视图、向视图、斜视图、局部视图、剖视图、剖面图（断面图）等，在工程领域及实际生活中常见的有剖视图及剖面图。

1.基本视图是将物体放在六个基本投影面体系内，分别向六个基本投影面投影，得到主视图、俯视图、左视图、右视图、仰视图和后视图六个基本视图。

2.向视图是可以自由配置的视图在向视图的上方标注大写的拉丁字母（也可是大写的英文字母）“×”，在相应视图的附近用箭头指明投射方向，并标注相同的字母，如图1-12所示。

3.斜视图是物体向不平行于基本投影面的平面投射所得到的视图。绘制斜视图时通常只画出倾斜部分的局部外形，而断去其余部分并在图上方标出字母，如“A”，在相应视图附近用箭头指向投影方向，并注上同样字母，如图1-13所示。

4.局部视图是将物体的某一部分向基本投影面投射所得的视图。局部视图可按基本视图的配置形式配置，也可按向视图的配置形式配置。画局部视图时其断裂边界线可用波浪线或双折线，当局部视图按基本投影关系配置，中间又没有其他图形隔开时，则不必标注代表视图的任何字母，如图1-14所示。

5.剖视图是假想将物体剖开，将处于观察者和剖切面之间的部分移去，余下部分向投影面投影所得到的图形，如图1-15所示。

根据剖切范围的不同，可将剖视图分为全剖视图、半剖视图和局部剖视图。全剖视图是用剖切面完全地剖开机件，得到的视图，如图1-16（a）所示。半剖视图是对具有对称平面的物体，向垂直于对称平面的投影面上投影，以对称中心线为分界，一半画成剖视图，另一半画成视图，这样就可以在同一图形上反映物体的内、外部结构形状。半剖视图中，因机件的内部形状已由半个剖视图表达清楚，所以在不剖的半个外形视图中，表达内部形状的虚线，应省去不画，半剖视图中间应画细点画线，不应画成粗实线，如图1-16（b）所示。局部剖视图是用剖切面局部的剖开物体所得到的剖视图，如图1-16（c）所示。

6.断面图是假想用剖切平面将机件在某处切断，只画出切断面形状的投影并画上规定的剖面符号的图形，简称为断面。断面图与剖视图的区别是剖视图要画出剖切平面以后的所有部分的投影，而断面图仅画出机件断面的图形，如图1-17所示。

断面图分为移出断面图和重合断面图两种。移出断面图画在视图之外，轮廓线用粗实线绘制。移出配置应尽量在剖切线的延长线上或其他适当的位置，如图1-18（a）所示，断面对称时可画在视图的中断处，如图1-18（b）所示，必要时可将断面配置在其他适当位置。在不致引起误解时，允许将图形旋转，但必须标注旋转符号，如图1-18（c）所示。

重合断面图画在视图之内，轮廓线用细实线绘制。当视图中的轮廓线与断面图的图线重合时，视图中的轮廓线仍应连续画出。配置在剖切线上的不对称的重合断面图，可不注名称（字母），对称的重合断面图，可不标注，如图1-19所示。

（二）机件常见画法

1.局部放大图：将机件的部分结构用大于原图形所采用的比例画出。局部放大图必须标注，标注方法是在视图上画一细实线圆，标明放大部位，在放大图的上方注明所用的比例，即图形大小与原图形大小之比（与原图上的比例无关），如果放大图不止一个时，还要用罗马数字编号以示区别。局部放大图可画成视图、剖视图、断面图，它与被放大部位的表达方法无关。局部放大图应尽量配置在被放大部位的附近。具体画法及标注示意如下图1-20（a）、图1-20（b）所示。

2.简化画法

（1）对于机件的肋板，如按纵向剖切，肋板不画剖面符号，而用粗实线将它与其邻接部分分开，如图1-21（a）所示。

（2）均匀分布的肋板及若干直径相同且成规律分布的孔，可以仅画出一个或几个，其余只需用细点画线表示其中心位置，如图1-21（b）所示。

（3）按假想轮廓投影，可用双点画线表示被剖切去的结构机件，如图1-21（c）所示。

（4）对于移出剖面可以省略剖面符号，如图1-21（d）所示。

（5）相同结构均匀分布要素简化可如图1-21（e）所示。

（6）对称图形在不致引起误解时，可只画一半或四分之一，并在对称中心线的两端画出两条与其垂直的平行细实线，如图1-21（f）所示。

（7）对于斜度不大的机件可采用投影简化法，如图1-21（g）所示。

（8）小圆角、小倒圆、小倒角的简化画法和标注可如图1-21（h）所示。

（9）回转体上小平面的简化画法如图1-21（i）所示。

（10）轴、杆类较长的机件，当沿长度方向形状相同或按一定规律变化时，允许断开画出，标注尺寸时，仍注实长，如下图1-21（j）所示。

3.综合运用举例

在对机件的图样进行选择表达时，首先应考虑看图方便，并根据机件的结构特点，用较少的图形，把机件的结构形状完整、清晰地表达出来。在这一原则下，还要注意所选用的每个图形，它既要有各图形自身明确的表达内容，又要注意它们之间的相互联系。

以阀体为例，说明表达方法的综合运用。阀体的表达方案共五个图形，如下图1-22所示。两个基本视图（全剖主视图“B—B”和全剖俯视图“A—A”）、一个局部视图（“D”向）、一个局部剖视图（“C—C”）和一个斜剖的全剖视图（“E—E旋转”）。

对各视图的含义进行分析，主视图“B—B”是采用旋转剖画出的全剖视图，表达阀体的内部结构形状；俯视图“A—A”是采用阶梯剖画出的全剖视图，着重表达左、右管道的相对位置，还表达了下连接板的外形及4×ф5小孔的位置；局部剖视图“C—C”表达左端管连接板的外形及其上4×ф4孔的大小和相对位置；局部视图“D”，相当于俯视图的补充，表达了上连接板的外形及其上4×ф6孔的大小和位置。因右端管与正投影面倾斜45°，所以采用斜剖画出“E—E”全剖视图，以表达右连接板的形状。

四、装配图公差及表面粗糙度

（一）装配图中零部件序号及其编排方法

为了装配图中各零件便于认识和组装方便，对装配图中所有的零部件均应编号。装配图中一个零部件应只编写一个序号。同一装配图中相同的零部件用一个序号时，一般只标注一次。同一装配图中编排序号的形式应一致，装配图中零部件的序号，应与明细栏中的序号一致。装配图中零部件序号的表示方法有三种，如图1-23（a）所示。

1.在水平基准（细实线）上。

2.在圆（细实线圆）内注写。

3.在指引线的非零件端附近注写序号。

通常企业采用第一种标注方法，即“a”法，字体为仿宋5号。序号中的字号比图中所注尺寸数字大1号或2号（因规定图样上尺寸标注的字号为3.5，所以规定序号字号为5号）。

指引线应自所指部分的可见轮廓线内印出，并在末端划一圆点（在CAD里选用小点即可），指引线不能相交，当指引线通过有剖面线的区域时，不应与剖面线平行；一组紧固件以及装配关系清楚的零组件，可以采用公共指引线，如图1-23（b）所示。

（二）工件定位

在空间建立三个相互垂直的坐标轴OX、OY、OZ，根据力学原理可知，任何一个不受限制的物体对这三个坐标轴有六个独立的运动：沿三个坐标轴的移动（用X、Y、Z表示）和绕三个坐标轴的转动（用X、Y、Z表示），每个独立的运动称为物体的一个自由度。由此可见，一个不受限制的物体在空间具有六个自由度。在机械加工中，要使工件按一定要求固定下来，就必须限制工件的自由度。

1.工件定位分类

为了保证装配图组装加工合理，精度准确，对机件在装配生产过程中需要参数定位。通过定位可减少偏差，保证产品可靠适用。工件定位的几种情况分为完全定位、不完全定位、欠定位与过定位。

（1）完全定位

用六个支承点限制工件的六个自由度称之为完全定位。

（2）不完全定位

在保证加工精度要求的前提下，有时不需要限制工件的六个自由度就能满足定位要求，这种定位称之为不完全定位。

（3）欠定位与过定位

当定位元件所能限制的自由度数目少于工件加工精度所要求限制的自由度数目时，造成工件定位不足，这种定位称之为欠定位。

（4）过定位

当定位元件所能限制的自由度数目多于所要求限制的自由度数目时，便产生重复限制自由度的现象。

2.定位基准

要完全确定工件的位置，就需要有按一定要求布置六个支承点来限制工件的六个自由度，其中每个支承点限制相应的一个自由度，这就是工件的“六点定位原理”。零件上（或与零件直接有关）的某些点、线、面被用作确定该零件其他点、线、面位置的依据，则称这些作为依据的点、线、面为基准。根据基准的不同功用，可将其分为设计和工艺两大类。

（1）设计基准

在零件设计图上所采用的基准称设计基准。

（2）工艺基准

凡零件在加工、测量、装配等工艺过程中所使用的基准统称为工艺基准。工艺基准可分为以下几种：

①装配基准：即零件装配时用以确定它在机器中所处位置的基准。

②测量基准：用以测量工件已加工表面所依据的基准。

③工序基准：工序图中用以确定被加工表面所依据的基准。

④定位基准：用以确定工件在机床或夹具中正确位置所依据的基准。

3.定位基准的选择

定位基准根据零件定位要求有粗基准和精基准。

选择粗基准的原则是应保证用粗基准定位所加工出的精基准有较高的精度。具体选择方法如下：

（1）粗基准的选择

若工件有不加工表面，则选择不加工表面为粗基准。若工件所有表面都需要加工，则可依据下述原则选择。

①以有较高要求加工质量的表面为粗基准。

②以加工余量最小的表面为粗基准。

③选择光洁、平整、面积足够大、装夹可靠的表面为粗基准。

④粗基准原则上只能使用一次。

（2）精基准的选择

选择定位基准主要是指选择精基准。因为精基准直接保证工件的精度，而且各工序都要由它定位，选择精基准应遵循下述原则：

①基准重合原则。直接选用被加工表面的工序基准为定位基准，称为基准重合。采用基准重合可以保证被加工表面精度，避免基准不重合误差。

②基准统一原则。同一零件的多道工序，应尽可能选择同一个定位基准，称基准统一。

③稳定可靠，便于装夹，便于加工的原则。

④互为基准原则。

4.常见定位方式及定位元件

（1）工件以平面定位

在机械加工过程中，箱体、支架、机座等零件，常用平面作定位基准。工件以平面定位时，常采用多基准组合定位，即用工件上三个相互垂直的平面同时作为定位基准，再通过夹具上相应的定位元件限制六个自由度。一般将定位基准分为第一、第二、第三定位基准。

①第一定位基准：起主要定位作用，限制三个自由度。

②第二定位基准：起导向作用，限制两个自由度。

③第三定位基准：起定程作用，限制一个自由度。

（2）工件以外圆柱面定位

①定心定位。常见的定位装置有：三爪卡盘、各种弹簧夹头、定位套。

②支承定位。支承定位最常见的是V形块定位。

（3）工件以圆孔定位

工件以圆孔定位一般是指套筒类工件以孔中心线为定位基准，在夹具定位心轴或定位销等元件上定位，常见的定位元件有：定位心轴、定位销。

（三）表面粗糙度

不论采用何种加工所获得的零件表面，都不是绝对平整和光滑的。由于刀具在零件表面上留下的刀痕、切削时表面金属的塑性变形和机床振动等因素的影响，使零件表面存在微观不平的凹凸不平的轮廓峰谷，这种表示零件表面具有较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特征，称为表面粗糙度。

1.表面粗糙度评定参数

表面粗糙度的高度评定参数有：轮廓算术平均偏差（Ra）、微观不平度十点高度（Rz）、轮廓最大高度（Ry），零件图中多采用轮廓算术平均偏差（Ra）进行粗糙度评定。

2.表面粗糙度数值及符号意义

Ra、Rz系列值见表1-1，国家标准规定的表面粗糙度符号及其意义见表1-2（数值摘选自GB/T 1031—2009）。

3.表面粗糙度参数说明及符号意义

表面粗糙度各参数如图1-24所示，其中a1、a2表示粗糙度高度参数代号及其数值；b表示加工要求、镀覆、涂覆、表面处理及其他说明等；c表示取样长度或波纹度；d表示加工纹理方向；e表示加工余量；f表示粗糙度间距参数或轮毂支承长度率。举例说明表面粗糙度各代号意义见表1-3。

（四）公差配合的一般知识

1.互换性和公差

在一批相同的零件中任取一个，不经过任何修配就能装到机器（或部件）上，并能保证使用性能的要求，零件的这种性质，称为互换性。零件具有互换性，对于机械工业现代化协作生产、专业化生产、提高劳动效率，提供了重要条件。

零件的尺寸是保证零件互换性的重要几何参数，为了使零件具有互换性，并不要求零件的尺寸加工得绝对准确，而是要求在保证零件的机械性能和互换性的前提下，允许零件尺寸有一个变动量，这个允许尺寸的变动量称为公差。

2.尺寸的术语及概念

（1）尺寸：用特定单位表示长度的数字。

（2）基本尺寸：设计时给定的尺寸。

（3）实际尺寸：通过测量获得的尺寸。

（4）极限尺寸：指允许尺寸变化的两个界限值，包括最大极限尺寸和最小极限尺寸。

3.尺寸公差与偏差

（1）极限偏差：极限尺寸与基本尺寸的差，包括上偏差和下偏差。

（2）尺寸公差：指允许尺寸的变动量，公差等于最大极限尺寸与最小极限尺寸之差的绝对值，也等于上偏差和下偏差的代数差的绝对值。

（3）尺寸公差带：简称公差带，是在公差带图中由代表上、下偏差的两条直线所限定的一个区域。孔的公差带用剖面线表示，轴的公差带用全黑表示，在公差带图中，零线是确定偏差的一条基准线，通常零线代表基本尺寸，零线上方表示正偏差，零线下方表示负偏差。

（4）极限尺寸：指允许尺寸变化的两个界限值，包括最大极限尺寸和最小极限尺寸。

4.配合

配合是指基本尺寸相同的相互结合的孔和轴公差带之间的关系。

（1）间隙配合：配合具有间隙，孔的公差带在轴的公差带上方。

（2）过盈配合：配合具有盈余，孔的公差带在轴的公差带下方。

（3）过渡配合：可能具有间隙或过盈的配合，孔的公差带与轴的公差带相互交叠。

5.公差配合的标注

（1）公差等级：国家标准规定公差等级分20级，即IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT18，公差等级精度依次递减，即IT01精度最高、IT18精度最低。

（2）基本偏差系列：基本偏差是用来确定公差带位置的上偏差或下偏差，用拉丁字母表示，大写代表孔的基本偏差，小写代表轴的基本偏差。

（3）公差带代号：孔与轴的公差带代号是由基本偏差代号和公差等级代两部分组成。

（4）配合代号：是用孔、轴公差代号的组合表示，写成分数形式，分子为孔的代号，分母为轴的代号。