工程与科学制图

随着科学技术的发展及工程教育改革的深化，电工电子信息类等工科专业相关知识的综合性和交叉性对制图类课程的教学提出了更高的要求。“工程与科学制图”课程是高等工科院校电工电子信息类等非机械、非土建类各专业普遍开设的“工程制图”课程的替代课程，它以“高等学校工程图学课程教学基本要求”为基本依据，按照“学生中心、产出导向、持续改进”的工程教育新理念，统筹考虑工科对课程的新要求，增强课程的适应性和针对性，着力提升学生解决工程及科学图示问题的基本能力。从完善学生工程及科学图示知识的系统性和完整性及图示实践训练的全面性出发，尝试构建面向新工科、适应学科综合性和交叉性要求的“工程与科学制图”课程知识体系。基本考虑是，以常用工程图样的阅读为主线，在不大幅增加课程学时和基本不降低投影制图内容教学要求的前提下，适当拓宽课程的内涵，增加科学制图及计算机绘图教学内容，为学生从事工程设计及科学研究打下图示方面的理论和应用基础。

本书由制图基础（第1章），投影基础（第2～7章），图样画法（第8、9章），工程图样（第10、11、12章），科学制图基础（第14章）以及计算机绘图（第13、15章）6个模块组成。主要内容包括： 绪论，制图的基本知识与基本技能，正投影法和三视图，点、直线和平面的投影，基本几何体及其表面上点的投影，截切体和相贯体的视图，组合体的视图及尺寸标注，轴测投影图，机件常用表达方法，通用零件及其连接的图样表达，零件图，装配图，房屋建筑图，用AutoCAD绘制工程图样，科学制图基础，用MATLAB绘制科学图形等。

在教材编写过程中，我们重点关注下述11个方面的内容： 

（1） 把握课程的工科通识教育属性。本课程是高等工科院校中非机械、非土建类专业普遍开设的通识教育类课程，在教学内容上不专门针对任何行业和专业。本书作为“面向新工科的电工电子信息基础课程系列教材”中的一本，对所述专业的支撑主要体现在对零件和图例的选取上有所侧重。

（2） 对于科学制图内涵的理解。目前，科学制图尚无明确的定义。本书中，我们将其限定为科学与技术中所涉函数关系可视化表达中的基础和共性问题。

（3） “投影基础”以“体”为中心。投影基础部分打破了传统的点、线、面、体的教材体系，采用从体出发分析面、线、点，使点、线、面的分析寓于体之中，以期符合由具体到抽象、再由抽象到具体的辩证唯物主义认识规律。

（4） 适当体现形体构型设计及零件设计的基本内容。目前，在各高等工科院校中，电工电子信息等非机械、非土建类各专业开设的机械类相关课程只有“工程制图”和“工程技术训练”。在这两门课程中，前者只介绍形体的图样识读与形体的图样表达问题，后者只解决形体的成型与加工问题，而形体的设计问题（即形体的来源问题）则没有相关课程涉及，从学生整体的知识结构来看，是不完整的。着眼于此，本书适当安排了形体设计知识的介绍： 在“组合体的视图及尺寸标注”一章中设置了“组合体的构型设计”一节，适当进行以视图为基础的形体构型设计的训练和形象化创新能力的培养； 在“零件图”一章中设置了“零件的设计”一节，对基于功能要求的机械零件构型设计进行了概略的介绍和简单的示范，对基于工艺要求的机械零件构型设计进行了初步的知识普及。

（5） 适当增加了对专业所涉相关零件及结构的图示介绍。考虑电工电子信息及仪表类设备中较多采用弯制件及结合件的情况，本书的“零件图”一章对此两类零件及其图样表达特点分别进行了介绍，并给出了相应的图例。

（6） 对计算机绘图内容的认识和处理。从计算机绘图作用的“工具性”定位出发，模块中相关内容的设计采用了“写意”和“以点带面”的处理方式，只介绍主要功能，常用命令与函数，以及绘图的基本过程，不过多考虑各类命令和函数叙述的系统性与完整性，以及软件使用和操作的细节，以免增大教材的篇幅和冲淡教材内容的主体。如，AutoCAD绘图仅做概略性和项目驱动式的介绍，MATLAB软件也默认读者已具备相应的编程基础。从而在控制篇幅的同时，也兼顾了与“数学实验”“CAD”“计算机绘图”等相关课程内容的呼应与衔接。

（7） 设置“章前思考”栏目。每章的章首均设置有“章前思考”栏目，期望能够启发学生主动思索、探究相关内容，带着问题开启新一章内容的学习。

（8） 教材与习题集的集成化及习题类型的多样化。目前的制图类教材，几乎全部采用主教材和学生实践教材（习题集）各自独立的方式，本书将两者集成为一册，并从便于使用出发，对习题类型及作图方式进行了一定的尝试和探索。每章的章后都安排有一定数量的思考与练习题，以帮助学生掌握和巩固该章的主要内容。从“契合内容、方便使用”的角度出发，设计了选择题、填空题、简答题、分析题、作图题、编程题等多种题型，形式多样活泼，便于学生以不同形式、从不同角度深入理解和掌握课程内容。

（9） 加大徒手图的使用。在作图练习中，除少量的仪器作图题需在单独的绘图纸上严格按投影关系和规定的线型绘制外，大多采用了绘制徒手草图的形式。徒手绘图是现代工程技术设计尤其是创意设计的一种必需的能力，本书将部分尺规作图改为徒手图，以加强绘制徒手图能力的培养，提高创意设计绘图能力和作图的效率。

（10） 适当体现思政元素。例如在绪论中，适当介绍了我国古代和现代对工程和科学制图发展所做的贡献。

（11） 电子资源支持。为方便读者学习，书中以二维码的形式在插图附近提供了近200个相关电子学习资源链接，主要有： 书中图例及练习涉及的立体、零件、装配体的三维电子模型，机械运动及装配过程动画，作图过程动画，教学视频，用于AutoCAD上机实践的DWG基础图形文件，MATLAB科学制图示例程序等。章后“思考与练习题”中题号右上角标“※”号的题目，“附录”中有对应于图号的二维码。用手机扫描制图类题目的二维码，习题图形对应的三维模型即刻呈现，可通过屏幕操作，实现对模型的缩放、旋转及实时剖切，以及对模型分别做六个基本投射方向的正投影，并可方便地切换模型的三维显示方式； 用手机扫描编程类题目的二维码，可下载相应的MATLAB程序。书中以二维码方式呈现的三维电子模型网页系采用广州中望龙腾软件股份有限公司开发的“CADbro 2020”生成。

本书的参考教学课时为40～60学时。

为方便老师教学和学生学习，本书配有系统、完整且内容较为丰富的PPT教学课件（近900页）以及“思考与练习题”解答。

本书由陆军工程大学（石家庄校区）郭朝勇教授担任主编，陆军工程大学（石家庄校区）刘启明教授、陆军步兵学院闵银星讲师担任副主编。参加编写的还有王艳、曹洪娜、程兆刚、孙立明、韩校粉、赫万恒、刘琦峰、吕玉涛等。此外，北京工业大学郭宇豪同学绘制了书中的部分插图，闵银星制作了本书的二维码电子学习资源及习题解答，刘琦峰制作了本书的配套PPT教学课件。

本书的写作和出版得到了陆军工程大学教务处、石家庄校区教学科研处及车辆与电气工程系的大力支持，清华大学出版社也给予了大力支持，在此表示诚挚的感谢。

教学改革是一项艰巨而细致的工作，而教学内容和课程体系改革又是教改中的重点和难点。目前国内尚未见有将工程制图和科学制图及计算机绘图集成在一起的教材，本书只是一个初步的尝试。限于时间和作者水平，书中难免有不当之处，恳请使用本书的老师和同学批评、指正。联系邮箱为： tupwenyi@163.com。

编者
2023年2月

本书是传统“工程制图”课程教学改革的新编教材,以“普通高等院校工程图学课程教学基
本要求”为基本依据,加入了科学制图的相关内容,构成了新的课程内容体系。将工程制图、科学制图及
计算机绘图融为一体,是本书的突出特色。
主要内容包括:
绪论,制图的基本知识与基本技能,正投影法和三视图,点、直线和平面的投影,基本几何体及其表面上点的投影,截切体和相贯体的视图,组合体的视图及尺寸标注,轴测投影图,机件
常用表达方法,通用零件及其连接的图样表达,零件图,装配图,房屋建筑图,用 AutoCAD 绘制工程图样,科学制图基础,用 MATLAB 绘制科学图形等。
本书可作为高等工科学校电工电子信息类等非机械、非土建类专业“工程制图”课程的教材,亦可
供其他专业师生和工程技术人员参考。

郭朝勇，陆军工程大学教授、硕士生导师。长期从事工程图学与CAD的教学和科研工作，讲授“画法几何与机械制图”“机械设计基础”“机械CAD”“计算机绘图”等课程。曾获军队院校育才奖银奖，学校“名师”和“教学标兵”。主编并出版工程制图及计算机辅助设计与绘图方面的著作和教材20余部。

绪论

0.1图及图样

0.2工程与工程图样

0.3科学制图

0.4课程教学目的和基本要求

0.5课程学习方法

第1章制图的基本知识与基本技能

1.1国家标准关于工程制图的一般规定

1.1.1图纸幅面和格式

1.1.2比例

1.1.3字体

1.1.4图线

1.2尺寸标注

1.2.1基本规则

1.2.2尺寸的组成

1.2.3常见尺寸的标注方法

1.3常用绘图工具和用品及其使用方法

1.3.1绘图工具

1.3.2绘图用品

1.4常用几何图形的画法

1.4.1等分圆周和作正多边形

1.4.2圆弧连接

1.4.3斜度和锥度

1.5平面图形的画法

1.5.1尺寸分析

1.5.2线段分析

1.5.3绘图方法和步骤

1.6草图的画法

思考与练习题

第2章正投影法和三视图

2.1投影法及正投影

2.1.1中心投影法

2.1.2平行投影法

2.1.3正投影的基本特性

2.2物体的三视图

2.2.1三投影面体系

2.2.2三视图的形成

2.2.3投影面的展开

2.3三视图的配置与投影规律

2.3.1三视图的配置

2.3.2三视图的投影规律

2.4绘制物体三视图的方法步骤

思考与练习题

第3章点、直线和平面的投影

3.1点的三面投影

3.1.1点的空间位置和直角坐标

3.1.2点的三面投影

3.1.3点的投影规律

3.1.4重影点

3.2直线的三面投影

3.2.1直线的投影

3.2.2各种位置直线的投影特性

3.3平面的三面投影

3.3.1平面的投影

3.3.2各种位置平面的投影特性

3.4平面上点和直线的投影

3.4.1平面上的直线

3.4.2平面上的点

思考与练习题

第4章基本几何体及其表面上点的投影

4.1平面几何体及其表面上点的投影

4.1.1棱柱及其表面上点的投影

4.1.2棱锥及其表面上点的投影

4.2曲面几何体及其表面上点的投影

4.2.1圆柱及其表面上点的投影

4.2.2圆锥及其表面上点的投影

4.2.3圆球及其表面上点的投影

思考与练习题

第5章截切体和相贯体的视图

5.1截切体

5.1.1截交线的性质及作图方法

5.1.2平面立体的截交线

5.1.3曲面立体的截交线

5.2相贯体

5.2.1正交圆柱的相贯线

5.2.2相贯线的基本形式

5.2.3曲面几何体相贯线投影的一般作图方法

5.2.4回转体相贯线的特殊情况

思考与练习题

第6章组合体的视图及尺寸标注

6.1组合体的组合形式及形体分析

6.1.1组合体的组合形式

6.1.2组合体相邻两表面的连接关系

6.1.3组合体的形体分析与形体分析法

6.2画组合体视图

6.2.1形体分析

6.2.2选择主视图

6.2.3选定比例和图幅

6.2.4绘图

6.3读组合体视图

6.3.1读图的基本要领

6.3.2形体分析法读图

6.3.3线面分析法读图

6.3.4补画第三视图和补画已给视图中所缺图线

6.4组合体的尺寸标注

6.4.1基本形体的尺寸标注

6.4.2组合体的尺寸分析

6.4.3组合体尺寸标注的方法和步骤

6.4.4组合体尺寸标注的注意事项

6.5组合体的构型设计

6.5.1组合体构型设计的原则

6.5.2组合体构型设计的方法

6.5.3基于视图的构型设计

思考与练习题

第7章轴测投影图

7.1轴测投影的基本知识

7.1.1轴测投影的概念

7.1.2轴测投影的特性

7.1.3轴测图的分类

7.2正等轴测图的画法

7.2.1轴间角和轴向伸缩系数

7.2.2平面立体的正等轴测图画法

7.2.3回转体的正等轴测图画法

7.2.4组合体的正等轴测图画法

7.3斜二轴测图的画法

思考与练习题

第8章机件常用表达方法

8.1视图

8.1.1基本视图

8.1.2向视图

8.1.3局部视图

8.1.4斜视图

8.2剖视图

8.2.1剖视图的概念

8.2.2剖视图的种类

8.2.3剖视图剖切面的种类

8.2.4剖视图上的尺寸标注

8.3断面图

8.3.1断面图的概念

8.3.2断面图的分类及画法

8.4局部放大图和简化画法

8.4.1局部放大图

8.4.2简化画法

8.5表达方法综合应用

8.6读剖视图

思考与练习题

第9章通用零件及其连接的图样表达

9.1螺纹

9.1.1螺纹的形成

9.1.2螺纹的要素

9.1.3常用螺纹的种类

9.1.4螺纹的规定画法

9.1.5螺纹的标记

9.1.6螺纹的结构参数

9.2螺纹紧固件及其连接

9.2.1螺纹紧固件的标记

9.2.2螺纹紧固件连接的规定画法

9.3齿轮及其规定画法

9.3.1圆柱齿轮的结构及各部分名称与尺寸关系

9.3.2圆柱齿轮的规定画法

9.3.3圆锥齿轮及其规定画法

9.3.4蜗杆蜗轮及其规定画法

9.4键连接和销连接及其画法

9.4.1键连接

9.4.2销连接

9.5滚动轴承及其画法

9.5.1滚动轴承的代号和标记

9.5.2滚动轴承的画法

9.6弹簧

思考与练习题

第10章零件图

10.1零件的设计

10.1.1零件设计的基本要求

10.1.2零件设计的过程和方法

10.1.3零件的构型设计

10.1.4零件的构型设计示例

10.2零件图的内容

10.3零件图的视图选择和表达方法

10.3.1主视图的选择

10.3.2其他视图的选择

10.3.3典型零件的视图表达

10.4零件图的尺寸标注

10.4.1尺寸基准

10.4.2尺寸标注的注意事项

10.4.3常见孔的尺寸注法

10.4.4典型零件的尺寸注法

10.5零件图上的技术要求

10.5.1尺寸公差

10.5.2几何公差

10.5.3表面结构要求

10.5.4表面处理及热处理

10.6零件图的绘制

10.6.1分析零件

10.6.2选择视图

10.6.3绘制零件图

10.7零件图的识读

10.7.1识读零件图的要求

10.7.2识读零件图的方法和步骤

10.7.3识读零件图示例

思考与练习题

第11章装配图

11.1装配图的作用和内容

11.2装配图的表达方法

11.2.1规定画法

11.2.2特殊表达方法

11.3装配图的尺寸标注及技术要求

11.3.1配合的概念与标注

11.3.2装配图的尺寸标注

11.3.3装配图的技术要求

11.4装配图中的零件序号和明细栏

11.5装配图的绘制

11.6装配图的识读

11.6.1读装配图的方法和步骤

11.6.2读装配图示例

思考与练习题

第12章房屋建筑图

12.1房屋建筑图的基本表达形式

12.1.1平面图

12.1.2立面图

12.1.3剖面图

12.2房屋建筑图的分类

12.3房屋建筑图的图示特点

12.4房屋建筑图的尺寸标注

12.5房屋建筑图的图例

12.6房屋建筑图中常用的符号

12.7住宅建筑图的识读

12.7.1建筑平面图的识读

12.7.2建筑立面图的识读

12.7.3建筑剖面图的识读

12.8厂房建筑图的识读

12.8.1单层厂房建筑图的主要内容

12.8.2读厂房建筑图

思考与练习题

第13章用AutoCAD绘制工程图样

13.1AutoCAD的主要功能

13.2AutoCAD 2021的绘图环境

13.3AutoCAD命令和基本设置

13.3.1命令的调用方法

13.3.2命令及系统变量的有关操作

13.3.3数据输入与对象选择

13.3.4AutoCAD的图层

13.3.5绘图单位、绘图界限的设置

13.4AutoCAD的基本绘图命令

13.5AutoCAD的常用修改命令

13.6二维图形的绘制

13.6.1平面图形的绘制

13.6.2零件图形的绘制

13.7尺寸标注

13.7.1尺寸标注的类型

13.7.2设置尺寸标注样式

13.7.3尺寸标注举例

13.8图块

13.8.1创建带属性的图块

13.8.2块存盘

13.8.3插入图块

13.9用AutoCAD绘制机械图

13.9.1绘制零件图的一般过程

13.9.2零件图中投影关系的保证

13.9.3绘制装配图的一般过程

13.9.4由零件图拼画装配图

思考与练习题

第14章科学制图基础

14.1图形坐标系

14.1.1平面图形坐标系

14.1.2空间图形坐标系

14.2图形属性

14.3一般函数绘图

14.4插值函数绘图

14.4.1一元插值问题

14.4.2一元拉格朗日插值

14.4.3一元分段线性插值

14.4.4一元三次样条插值

14.4.5二元插值

14.5拟合函数绘图

14.5.1拟合问题

14.5.2小二乘法

14.6常微分方程解函数绘图

14.6.1常微分方程初值问题

14.6.2常微分方程数值解的欧拉方法

14.6.3龙格库塔方法

14.6.4时滞微分方程初值问题

14.7统计图

思考与练习题

第15章用MATLAB绘制科学图形

15.1基于函数表达式绘图

15.2插值方法绘图

15.3拟合方法绘图

15.4微分方程数值解绘图

15.5统计图绘制

思考与练习题

附表

附录练习题部分三维模型及程序二维码

参考文献

（1） 把握课程的工科通识教育属性，以《普通高等院校工程图学课程教学基本要求》为基本依据，构建面向新工科、适应学科综合性和交叉性要求的“工程与科学制图”课程知识体系。
（2） 体现工程教育专业认证的理念，强调“学生中心、产出导向、持续改进”，着力提升学生解决工程及科学图示问题的基本能力，为学生从事工程设计及科学研究打下图示方面的理论和实践基础。
（3） 融工程制图和科学制图为一体，手工绘图与计算机绘图并重，以常用工程图样的阅读为主线，在零件和图例的选取上，对专业所涉相关内容有所侧重。
（4） 教材与习题集的集成化及习题类型的多样化，将主教材与习题集整合，包括思考与练习题、选择题、填空题、简答题、分析题、作图题、编程题等多种题型，使学生以不同形式、从不同角度深入理解和掌握课程内容。
（5） 配套资源丰富，包括教学大纲、PPT课件、习题解答，以及立体、零件、装配体的三维电子模型，机械运动及装配和作图过程动画、教学视频，DWG基础图形，MATLAB源代码等，扫描书中二维码即可获取。