Компьютерная графика в машиностроении

П. Н. Учаев, К. П. Учаева  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА  
В МАШИНОСТРОЕНИИ 
 
Учебник 
 
Под общей редакцией профессора П. Н. Учаева 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 
Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2021 
 
1 
 

УДК 514.18 
ББК 22.151.3 
 У90 
 
 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор В. Н. Сызранцев; 
доктор технических наук, профессор  А. П. Фот 
 
 
Учаев, П. Н.  
У90  
Компьютерная графика в машиностроении : учебник / П. Н. Учаев,  
К. П. Учаева ; под общ. ред. проф. П. Н. Учаева. – Москва ; Вологда :  
Инфра-Инженерия, 2021. – 272 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-0714-4 
 
Приведены основы компьютерных технологий для обеспечения автоматизированного проектирования изделий машиностроения. Изложены сведения о 
CAD/CAM-системах. Рассмотрена структура графических систем для обеспечения технологии создания графических и текстовых документов. Изложены принципы конструирования на базе графических систем. Рассмотрены вопросы технического документооборота.  
Для студентов машиностроительных специальностей всех форм обучения. 
Может быть полезно преподавателям для обеспечения учебного процесса по инженерной графике и другим общетехническим дисциплинам, а также технологам. 
 
 
 
УДК 514.18 
ББК 22.151.3 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0714-4  
” Учаев П. Н., Учаева К. П., 2021 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 
 
 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021
 
 

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
Базовые термины инженерной и компьютерной графики………………… 7 
ПРЕДИСЛОВИЕ…………………………………………………………….. 11 
Раздел I. ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ  
И ГРАФИКИ………………………………………………………………… 
 
13 
Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ  
И ГРАФИКУ…………………………………………………………….. 
13 
1.1. Что такое компьютерная графика?……………………………. 
13 
1.2. Краткие сведения об истории развития компьютерной 
        графики…………………………………………………………. 
 
14 
1.3. Виды, возможности и области применения компьютерной 
 
         графики………………………………………………………… 
 
15 
1.4. Предмет, цель, задачи, методы и содержание компьютерной 
 
        графики…………………………………………………………. 
 
20 
1.5. Компетенция студента в вопросах компьютерной графики … 21 
1.6. Связь курса компьютерной графики с другими  
       дисциплинами…………………………………………………… 
 
22 
1.7. Организация учебного процесса по компьютерной графике... 
22 
Глава 2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ 
       ПРОЕКТИРОВАНИИ ИЗДЕЛИЙ ……………………….……………. 
 
24 
2.1. Подготовка производства. Автоматизация проектных работ... 24 
2.2. Использование компьютерных технологий на производстве… 
26 
2.3. Понятие о CAD/CAM/CAE-системах…………………………... 28 
2.4.   Назначение и возможности компьютерных технологий в 
 
       производстве…………………………………………………….. 
 
33 
2.5. Движение информации в процессе технической подготовки 
 
       производства и изготовления изделия……………………….... 
 
36 
Глава 3. ПОНЯТИЕ О КОНСТРУИРОВАНИИ ИЗДЕЛИЙ ….……... 
40 
3.1. Компьютерные технологии на производстве ………………… 40 
3.2. Виды, методы, задачи, параметры, этапы и содержание 
 
       проектирования ………………………………………………… 
 
42 
3.3. Виды и методы автоматизированного проектирования ……... 44 
3.4. Компьютерное моделирование в процессе технической 
 
       подготовки производства………………………………………. 
 
46 
3.5. Функционирование базы данных и прикладных программ в 
 
       системе автоматизированного конструирования……………... 
 
48 
Глава 4. СТРУКТУРА И ОБЕСПЕЧЕНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ 
      СИСТЕМ ………………………………………………..…………...…... 50 
4.1. Общие сведения о графических системах…………………….. 50 
4.2. Графические системы, используемые в России………………. 54 
4.3. Способы и инструменты конструирования деталей  
       и сборок………………………………………………………….. 
 
66 
4.4. Виды обеспечения графических систем………………………. 
69 
4.5. Графическое обеспечение компьютерных технологий 
 
       (геометрическое моделирование)……………………………… 
 
72 
Глава 5. НОРМАТИВНАЯ БАЗА ГРАФИЧЕСКИХ СИСТЕМ……... 
74 
5.1. Стандартизация в системах компьютерной графики………… 
74 
5.2. Стандарты ИСО обмена данными …………………………….. 75 
Глава 6. ТЕХНИКА СОЗДАНИЯ ДОКУМЕНТА  
       В ГРАФИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ …………………………………….…. 
 
79 
3 
 

 
6.1. Начало работы в графической системе……………………….. 
79 
6.2. Типы документов и файлов…………………………………….. 85 
6.3. Основные приёмы работы в графических системах………..... 
87 
6.4. Механизм привязок…………………………………………….. 
89 
6.5. Использование сетки …………………………………………... 
92 
6.6. Использование слоёв…………………………………………… 
93 
6.7. Назначение линий и цвета………………………………….….. 
95 
6.8. Импорт и экспорт объектов…………………………………….. 95 
6.9. Подготовка и вывод документа на печать…………………….. 95 
Раздел II. ДВУХМЕРНОЕ (2D) ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ  
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБЪЕКТОВ…………………………………………. 
 
98 
Глава 7. ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ ПРИМИТИВОВ…………. 98 
7.1. Общие сведения о графических примитивах и алгоритм их 
 
       построения ……………………………………………………… 
 
98 
7.2. Построение базовых элементов………………………………… 100 
7.3. Построение линейных элементов………………………………. 103 
7.4. Построение криволинейных элементов ………………..……... 106 
7.5. Построение специальных элементов……………………...…… 111 
Глава 8. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ НА ПЛОСКОСТИ….……. 
114 
8.1. Приёмы создания 2D-объекта………………………………….. 114 
8.2. Управление объектом (эскизом)……………………………….. 115 
8.3. Управление изображением……………………………………... 115 
8.4. Редактирование геометрии и свойств объектов………………. 116 
8.5. Нанесение штриховки…………………………………………... 120 
8.6. Нанесение размеров и условных обозначений………………... 122 
8.7. Параметризация геометрических объектов (эскизов) ………. 
124 
8.8. Примеры выполнения 2D-объектов…………………………. 
128 
Раздел III. ТРЁХМЕРНОЕ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 
ДЕТАЛЕЙ И СБОРОК………………………………………………….…… 
 
131 
Глава 9. ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ 3D-МОДЕЛЕЙ ДЕТАЛЕЙ……. 
131 
9.1. Структура процесса создания модели детали………………… 
131 
9.2. Алгоритм создания твёрдотельной модели…………………… 135 
9.3. Формообразование элемента…………………………………... 
140 
9.4. Добавление элементов модели………………………………… 
144 
9.5. Редактирование элементов модели……………………………. 
149 
9.6. Визуализация 3D-модели………………………………………. 
151 
9.7. Параметризация модели………………………………………... 152 
9.8. Оформление и использование модели………………………… 156 
9.9. Обобщённая схема алгоритма создания 3D-модели детали…. 157 
Глава 10. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ КРИВЫЕ И ПОВЕРХНОСТИ.… 159 
10.1. Объектная привязка в пространстве……………………….…. 159 
10.2. Пространственные ломаные и кривые линии…………….….. 159 
10.3. Создание и редактирование моделей поверхностей………… 161 
10.4. Взаимное пересечение поверхностей геометрических тел.… 165 
Глава 11. СОЗДАНИЕ 3D-МОДЕЛЕЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ТЕЛ  
И УЧЕБНЫХ ДЕТАЛЕЙ……………………….……………………… 
 
167 
11.1. Последовательность создания 3D-моделей учебных деталей... 167 
11.2. Создание 3D-моделей геометрических тел……….………….. 167 
11.3. Создание моделей учебных деталей…………….……………. 168 
Глава 12. СОЗДАНИЕ 3D-МОДЕЛЕЙ КОНСТРУКТИВНО- 
        ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ТИПОВЫХ ДЕТАЛЕЙ…….…. 
 
173 
4 
 

 
12.1. Общие сведения о конструктивно-технологических 
 
         элементах деталей……………………………………………... 
 
173 
12.2. Формообразование шпоночных пазов и шлицев……………. 175 
12.3. Кинематическое формообразование элементов по винтовой 
 
         линии…………………………………………………………… 
 
178 
12.4. Формообразование зубьев цилиндрических и конических 
 
         зубчатых колёс………………………………………………… 
 
179 
Глава 13. ПРИМЕРЫ СОЗДАНИЯ 3D-МОДЕЛЕЙ ТИПОВЫХ 
       ДЕТАЛЕЙ …………………………………………….……………….... 
 
182 
13.1. Создание 3D-модели опоры…………………………………... 182 
13.2. Модели крепёжных деталей…………………………………... 186 
13.3. Модели деталей вращения……………………………………. 
188 
13.4. Модели зубчатых и червячных колёс………………………... 
192 
13.5. Модели вала-шестерни и вала-червяка………………………. 193 
13.6. Модели корпусных деталей…………………………………... 
197 
13.7. Модели шкивов……………………………………………..…. 
198 
Глава 14. СОЗДАНИЕ 3D-МОДЕЛЕЙ ПОДСБОРОК И СБОРКИ…. 
200 
14.1. Структура сборки и порядок работы при создании её 
 
         3D-модели……………………………………………………… 
 
200 
14.2. Основные этапы создания 3D-модели сборки………………. 
205 
14.3. Примеры создания параметрических моделей подсборок  
 
         и сборки………………………………………………………… 
 
206 
Раздел IV. СОЗДАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ И ТЕКСТОВЫХ 
ДОКУМЕНТОВ НА БАЗЕ 3D-МОДЕЛЕЙ………………………………... 
 
215 
Глава 15. СТРУКТУРА ГРАФИЧЕСКОГО ДОКУМЕНТА…………. 
215 
15.1. Структурные составляющие рабочего и сборочного  
 чертежей…………………………………………………………. 
 
215 
15.2. Формат чертежа и основная надпись………………………… 217 
15.3. Изображения…………………………………………………… 217 
15.4. Технические требования………………………………….…… 218 
15.5. Таблицы…………………………………………………….…... 220 
Глава 16. СОЗДАНИЕ АССОЦИАТИВНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ  
ПО 3D-МОДЕЛЯМ. ОФОРМЛЕНИЕ ЧЕРТЕЖА  
И СПЕЦИФИКАЦИЙ……………………………………………….….. 
 
 
222 
16.1. Алгоритм создания чертежа…………………………………... 223 
16.2. Ассоциативные виды………………………………………….. 228 
16.3. Общий алгоритм создания ассоциативного чертежа……….. 
229 
16.4. Алгоритм создания чертежа детали на базе модели………… 230 
16.5. Нанесение условных обозначений при оформлении  
чертежа…………………………………………………………. 
 
231 
16.6. Процедуры работы с текстом на чертеже……………………. 231 
16.7. Таблицы на чертеже и в текстовом документе……………… 
232 
16.8. Создание спецификации………………………………………. 233 
Глава 17. ПРИМЕРЫ СОЗДАНИЯ ЧЕРТЕЖЕЙ  
       И СПЕЦИФИКАЦИЙ………….………………………………….……. 
 
236 
17.1. Пример создания чертежа и аксонометрии учебной детали... 236 
17.2. Пример создания рабочего чертежа типовой детали….…….. 237 
17.3. Пример выполнения сборочного чертежа и спецификации 
 
         подсборки………………………………………………………. 
 
240 
17.4. Пример выполнения сборочного чертежа и спецификации 
 
         редуктора……………………………………………….……… 
 
245 
5 
 

 
Раздел V. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА СТУДЕНТОВ И 
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ИКГ………………….. 
 
248 
Глава 18. ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ  
СТУДЕНТОВ И ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ ………………………… 
 
248 
18.1. Задания для самостоятельной работы студентов…………… 
248 
18.1.1. Задание первое «Вентиль запорный»……………… 
248 
18.1.2. Задание второе «Шестерённый насос»…………….. 
249 
18.1.3. Задание третье «Приводной вал ремённой передачи» 
249 
18.2. Пример выполнения задания «Приводной вал ремённой  
         передачи»……………………………………………………… 
 
250 
18.2.1. Алгоритм выполнения задания……………………… 
250 
18.2.2. Создание 3D-моделей деталей………………………. 
251 
18.2.3. Выполнение 3D-модели сборки……………………… 254 
18.2.4. Построение сборочного чертежа…………………….. 255 
18.2.5. Выполнение спецификации………………………….. 
256 
Глава 19. ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ И РАЗВИТИЯ ИКГ….. 
259 
19.1. Особенности применения ИКГ на современном этапе…….. 
259 
19.2. Основные направления развития ИКГ……………………... 
260 
19.3. Компьютерная графика на предприятии…………………….. 260 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………… 262 
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СТАНДАРТОВ……………………… 264 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………... 
265 
АЛФАВИТНО-ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ……………………………. 267 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6 
 

 
Базовые термины  
инженерной и компьютерной графики 
 
База данных – информация, необходимая для проектирования изделия. 
Булевы операции – объединение, вычитание и пересечение объёмных элементов (геометрических тел) в процессе моделирования. 
Визуализация – получение фотореалистичного изображения создаваемой 
модели заданием освещения и построением теней, присвоением поверхностям 
моделей свойств материалов, установкой фона. 
Графика векторная – метод представления изображения в виде совокупности отрезков, дуг и других графических примитивов. 
Графика компьютерная – совокупность методов и средств для преобразования данных в графическую форму представления и из графической формы 
представления в технический документ с помощью . 
Графика растровая – представление изображения матрицей из точек. 
Дерево построения модели – представленная в графическом виде последовательность формообразования элементов, составляющая модель. 
Деталь типовая – изделие, встречающееся во многих машинах и выполняющее одни и те же функции. 
Драйвер – компьютерная программа, с помощью которой другие программы (обычно ОС) получают доступ к аппаратному обеспечению некоторого 
устройства. 
ЕСДП – Единая система допусков и посадок. 
ЕСКД – Единая система конструкторской документации. 
Импорт – использование информации из другой графической системы. 
Интерфейс – способ организации взаимодействия пользователя с графической системой. 
ИСО (ISO) – Международная организация по стандартизации. 
Клавиатура QWERTY – стандартная клавиатура пишущей машинки или 
компьютера, на которой символы QWERTY находятся в верхнем ряду буквенных 
клавиш. 
Компетенция – способность специалиста (для учебного процесса – студента) решать вопросы в определённой области деятельности (применительно к 
рассматриваемому курсу – с помощью средств КГ). 
КОМПАС 3D – графическая система, разработанная АО АСКОН, позволяющая выполнять 3D-моделирование. 
7 
 

 
Компонент – составная часть чего-нибудь. 
Компьютер – электронно-вычислительная машина. 
Меню – перечень команд, обеспечивающих работу графической системы. 
Моделирование твердотельное – создание и использование трёхмерной 
геометрической модели объекта. 
Монитор (дисплей) – аппаратное средство, на экране которого изображается рисунок и предоставляются команды для создания, изменения, просмотра и 
выполнения документа (например, чертежа). 
Мышь – устройство ввода, являющееся неотъемлемой частью любого компьютера и состоящее из шарика и механизма отслеживания горизонтального и 
вертикального перемещения, а также двух или трёх кнопок.  
Панорамирование – операция просмотра любой части рисунка без изменения масштаба, как бы передвигая экран монитора по плоскости рисунка. 
Параметризация – процесс конструирования, при котором используются 
значения варьируемых параметров деталей для задания её геометрической 
формы и размеров. 
Подход системный – совокупность методов и средств исследования объектов, ориентированных на выявление многообразных типов связей и сведение 
их в единую теоретическую схему (модель). 
Пользователь – человек, использующий пакет прикладных программ для 
машинной реализации графического документа. 
Приложение – программное обеспечение, рассчитанное на конечного потребителя (например, текстовый процессор, электронная таблица, база данных, 
графический редактор, игра, web-браузер и др.). 
Редактирование – изменение геометрии и свойств уже созданного 3D-объекта. 
САПР – система автоматизированного проектирования изделия (более подробно см. гл. 2). 
Слой – слой в графической системе подобен листу прозрачной кальки, на 
котором может располагаться какая-либо часть рисунка, причем число слоев не 
ограничено. 
Сплайн – гладкая кривая, проходящая через точки заданного набора. 
Средства аппаратные — устройства, обеспечивающие функционирование компьютера: процессор, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), 
внешнее запоминающее устройство, монитор и т. д. (более подробно см. гл. 4). 
Средства программные (пакет прикладных программ) – совокупность 
программ для выполнения проектных процедур. 
8 
 

 
Станция рабочая – виртуальные (абстрактные) устройства, которые представляют прикладной программе набор графических функций независимо от их 
реализации в конкретных физических устройствах. 
Технология компьютерная – выполнение процедур создания объекта 
(например, документа, изделия и т. п.) с использованием электронно-вычислительных средств и соответствующего обеспечения. 
Устройство внешнее – устройство, подключаемое вне корпуса компьютера. 
Устройство графическое – периферийное устройство компьютера: графопостроитель или графический дисплей. 
Файл – определённая информация, представленная в цифровом виде, идентифицируемая именем и записанная на носителе. Внутренняя структура этой информации определяется исключительно её создателем. 
Файл чертежа – файл ГС, в котором создаётся чертёж. 
Чертёж ассоциативный – чертёж, созданный на базе модели, с взаимно 
связанными элементами (компонентами), т. е. изменение модели приводит к изменению изображения на чертеже. 
Экспорт – передача информации другой системе. 
Эскиз – плоская фигура, на основе которой образуется тело тем или иным 
способом. 
CAD (Computer Aided Design) – компьютерные (автоматизированные) средства конструирования. 
САЕ-системы (Computer Aided Engineering – поддержка инженерных расчётов) – класс систем, каждая из которых позволяет решать определённую расчётную задачу (группу задач). В CAЕ-системах также используется трёхмерная 
модель изделия, созданная в CAD-системе. CAE-системы ещё называют системами инженерного анализа. 
CAM (Computer Aided Manufacture) – компьютерные (автоматизированные) 
средства производства. 
Программирование – процесс разработки программы. 
Графическая система – пакет прикладных программ, позволяющий выполнять автоматизированное компьютерное черчение и проектирование. 
Графическая система нижнего уровня – система, ориентированная на выпуск рабочей документации и работающая, как правило, в двухмерном пространстве. 
9 
 

 
Графическая система среднего уровня – система, нацеленная на решение 
трёхмерных задач и выступающая в роли базовой, дополняемой разнообразными 
приложениями. 
Графическая система высокого уровня – система или комплекс систем, которые представляются одним разработчиком и строятся по модульному принципу. 
Интегрированная операционная система (ИОС) – ОС, позволяющая различным приложениям (например, ГС), работающим под управлением такой ОС, 
обмениваться друг с другом данными. 
Структура графической системы – её структурные составляющие: ядро, 
языковая оболочка, проблемно ориентированная оболочка, прикладные программы и т. п. 
Ядро графической системы – пакет прикладных программ, разработанный 
создателем графической системы и предназначенный для работы пользователя в 
процессе создания графических документов с помощью данной системы. 
Autodesk – английская фирма – разработчик ГС AutoCAD, Inventor и др. 
AutoCAD – графическая система, являющаяся стандартным средством автоматизации проектно-конструкторских работ. 
Autodesk Inventor – графическая система более высокого уровня (по сравнению с AutoCAD). 
CAPP (Computer Aided Process Planning) – автоматизированная технологическая подготовка производства. 
Solidworks Russia – русифицированная графическая система гибридного 
параметрического моделирования, предназначенная для проектирования деталей и сборок в трёхмерном пространстве с одновременным проведением различных видов экспресс-анализов, а также оформления КД в соответствии с требованиями ЕСКД. 
T-Flex – российский комплекс программ, разработанный АО «Топ-системы». 
3D-модель – трёхмерная модель объекта. 
 
 
 
10