CAD绘制三维实体基础讲义+例题.docx
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CAD绘制三维实体基础讲义+例题
AutoCAD除具有强大的二维绘图功能外，还具备基本的三维造型能力。
若物体并无复杂的外表曲面及多变的空间结构关系，则使用AutoCAD可以很方便地建立物体的三维模型。
本文我们将介绍AutoCAD三维绘图的基本知识。
11.1三维几何模型分类
在AutoCAD中，用户可以创建3种类型的三维模型：
线框模型、表面模型及实体模型。
这3种模型在计算机上的显示方式是相同的，即以线架结构显示出来，但用户可用特定命令使表面模型及实体模型的真实性表现出来。
11.1.1线框模型（WireframeModel）
线框模型是一种轮廓模型，它是用线（3D空间的直线及曲线）表达三维立体，不包含面及体的信息。
不能使该模型消隐或着色。
又由于其不含有体的数据，用户也不能得到对象的质量、重心、体积、惯性矩等物理特性，不能进行布尔运算。
图11-1显示了立体的线框模型，在消隐模式下也看到后面的线。
但线框模型结构简单，易于绘制。
11.1.2表面模型（SurfaceModel）
表面模型是用物体的表面表示物体。
表面模型具有面及三维立体边界信息。
表面不透明，能遮挡光线，因而表面模型可以被渲染及消隐。
对于计算机辅助加工，用户还可以根据零件的表面模型形成完整的加工信息。
但是不能进行布尔运算。
如图11-2所示是两个表面模型的消隐效果，前面的薄片圆筒遮住了后面长方体的一部分。
图11-2表面模型
图11-1线框模型
11.1.3实体模型
实体模型具有线、表面、体的全部信息。
对于此类模型，可以区分对象的内部及外部，可以对它进行打孔、切槽和添加材料等布尔运算，对实体装配进行干涉检查，分析模型的质量特性，如质心、体积和惯性矩。
对于计算机辅助加工，用户还可利用实体模型的数据生成数控加工代码，进行数控刀具轨迹仿真加工等。
如图11-3所示是实体模型。
图11-3实体模型
11．2三维坐标系实例——三维坐标系、长方体、倒角、删除面
AutoCAD的坐标系统是三维笛卡儿直角坐标系，分为世界坐标系（WCS）和用户坐标系（UCS）。
图11-4表示的是两种坐标系下的图标。
图中“X”或“Y”的剪头方向表示当前坐标轴X轴或Y轴的正方向，Z轴正方向用右手定则判定。
世界坐标系
图11-4表示坐标系的图标
缺省状态时，AutoCAD的坐标系是世界坐标系。
世界坐标系是唯一的，固定不变的，对于二维绘图，在大多数情况下，世界坐标系就能满足作图需要，但若是创建三维模型，就不太方便了，因为用户常常要在不同平面或是沿某个方向绘制结构。
如绘制图11-5所示的图形，在世界坐标系下是不能完成的。
此时需要以绘图的平面为XY坐标平面，创建新的坐标系，然后再调用绘图命令绘制图形。
用户坐标系
图11-5在用户坐标系下绘图
任务：
绘制如图11-5所示的实体。
目的：
通过绘制此图形，学习长方体命令、实体倒角、删除面命令和用户坐标系的建立方法。
知识的储备：
基本绘图命令和对象捕捉、对象追踪的应用。
绘图步骤分解：
1.绘制长方体
调用长方体命令：
实体工具栏：
下拉菜单：
[绘图][实体][长方体]
命令窗口：
BOX
AutoCAD提示：
指定长方体的角点或[中心点（CE）]<0,0,0>:
在屏幕上任意点单击
指定角点或[立方体（C）/长度（L）]:
L//选择给定长宽高模式。
指定长度:
30
指定宽度:
20
指定高度:
20
绘制出长30，宽20，高20的长方体，如图11-6所示。
2.倒角
用于二维图形的倒角、圆角编辑命令在三维图中仍然可用。
单击“编辑”工具栏上的倒角按钮，调用倒角命令：
命令:
_chamfer
（“修剪”模式）当前倒角距离1=0.0000，距离2=0.0000
选择第一条直线或[多段线（P）/距离（D）/角度（A）/修剪（T）/方式（M）/多个（U）]:
在AB直线上单击
基面选择...
输入曲面选择选项[下一个（N）/当前（OK）]<当前>:
//选择默认值。
指定基面的倒角距离:
12
指定其他曲面的倒角距离<12.0000>:
//选择默认值12。
选择边或[环（L）]:
在AB直线上单击
结果如图11-7所示。
图11-7长方体倒角
图11-6绘制长方体
3.移动坐标系，绘制上表面圆
因为AutoCAD只可以在XY平面上画图，要绘制上表面上的图形，则需要建立用户坐标系。
由于世界坐标系的XY面与CDEF面平行，且X轴、Y轴又分别与四边形CDEF的边平行，因此只要把世界坐标系移到CDEF面上即可。
移动坐标系，只改变坐标原点的位置，不改变X、Y轴的方向。
如图11-8所示。
（1）移动坐标系
在命令窗口输入命令动词“UCS”，AutoCAD提示：
命令:
ucs
当前UCS名称:
*世界*
输入选项
[新建（N）/移动（M）/正交（G）/上一个（P）/恢复（R）/保存（S）/删除（D）/应用（A）/?
/世界（W）]<世界>:
M//选择移动选项。
指定新原点或[Z向深度（Z）]<0,0,0>:
<对象捕捉开>选择F点单击
也可直接调用“移动坐标系”命令：
UCS工具栏：
下拉菜单：
[工具][移动UCS（V）]
（2）绘制表面圆
打开“对象追踪”、“对象捕捉”，调用圆命令，捕捉上表面的中心点，以5为半径绘制上表面的圆。
结果如图11-9所示。
4.三点法建立坐标系，绘制斜面上圆
（1）三点法建立用户坐标系
命令窗口输入命令动词“UCS”
命令:
ucs
当前UCS名称:
*没有名称*
输入选项[新建（N）/移动（M）/正交（G）/上一个（P）/恢复（R）/保存（S）/删除（D）/应用（A）/?
/世界（W）]<世界>:
N//新建坐标系。
指定新UCS的原点或[Z轴（ZA）/三点（3）/对象（OB）/面（F）/视图（V）/X/Y/Z]<0,0,0>:
3
//选择三点方式。
指定新原点<0,0,0>:
在H点上单击
在正X轴范围上指定点<50.9844,-27.3562,12.7279>:
在G点单击
在UCSXY平面的正Y轴范围上指定点<49.9844,-26.3562,12.7279>:
在C点单击
也可用下面两种方法直接调用“三点法”建立用户坐标系
UCS工具栏：
下拉菜单：
[工具][新建UCS（W）][三点（3）]
（2）绘制圆
方法同第3步，结果如图11-9所示。
图11-9绘制上表面圆
图11-8改变坐标系
5.以所选实体表面建立UCS，在侧面上画圆
（1）选择实体表面建立UCS
在命令窗口输入UCS，调用用户坐标系命令：
命令:
ucs
当前UCS名称:
*世界*
输入选项[新建（N）/移动（M）/正交（G）/上一个（P）/恢复（R）/保存（S）/删除（D）/应用（A）/?
/世界（W）]<世界>:
N
指定UCS的原点或[Z轴（ZA）/三点（3）/对象（OB）/面（F）/视图（V）/X/Y/Z]<0,0,0>:
F
选择实体对象的面:
在侧面上接近底边处拾取实体表面
输入选项[下一个（N）/X轴反向（X）/Y轴反向（Y）]<接受>:
//接受图示结果。
结果如图11-10所示。
（2）绘制圆
方法同上步，完成图11-5所示图形。
图11-10绘制侧面上圆
补充知识：
1.本例介绍了建立用户坐标系常用的三种方法，在UCS命令中有许多选项:
[新建（N）/移动（M）/正交（G）/上一个（P）/恢复（R）/保存（S）/删除（D）/应用（A）/?
/世界（W）],各选项功能如下：
（1）新建（N）：
创建一个新的坐标系，选择该选项后，AutoCAD继续提示：
指定新UCS的原点或[Z轴（ZA）/三点（3）/对象（OB）/面（F）/视图（V）/X/Y/Z]<0,0,0>:
●指定新UCS的原点：
将原坐标系平移到指定原点处，新坐标系的坐标轴与原坐标系的坐标轴方向相同。
●Z轴（ZA）：
通过指定新坐标系的原点及Z轴正方向上的一点来建立坐标系。
●三点（3）：
用三点来建立坐标系，第一点为新坐标系的原点，第二点为X轴正方向上的一点，第三点为Y轴正方向上的一点。
●对象（OB）：
根据选定三维对象定义新的坐标系。
此选项不能用于下列对象：
三维实体、三维多段线、三维网格、视口、多线、面域、样条曲线、椭圆、射线、构造线、引线、多行文字。
对于非三维面的对象，新UCS的XY平面与绘制该对象时生效的XY平面平行，但X轴和Y轴可作不同的旋转。
如选择圆为对象，则圆的圆心成为新UCS的原点。
X轴通过选择点。
●面（F）：
将UCS与实体对象的选定面对齐。
在选择面的边界内或面的边上单击，被选中的面将亮显，UCS的X轴将与找到的第一个面上的最近的边对齐。
●视图（V）：
以垂直于观察方向的平面为XY平面，建立新的坐标系。
UCS原点保持不变。
●X/Y/Z：
将当前UCS绕指定轴旋转一定的角度。
（2）移动（M）：
通过平移当前UCS的原点重新定义UCS，但保留其XY平面的方向不变。
（3）正交（G）：
指定AutoCAD提供的六个正交UCS之一。
这些UCS设置通常用于查看和编辑三维模型。
如图11-11所示。
图11-11绘制侧面上圆
（4）上一个（P）：
恢复上一个UCS。
AutoCAD保存创建的最后10个坐标系。
重复“上一个”选项逐步返回上一个坐标系。
（5）恢复（R）：
恢复已保存的UCS使它成为当前UCS；恢复已保存的UCS并不重新建立在保存UCS时生效的观察方向。
（6）保存（S）：
把当前UCS按指定名称保存。
（7）删除（D）：
从已保存的用户坐标系列表中删除指定的UCS。
（8）应用（A）：
其他视口保存有不同的UCS时；将当前UCS设置应用到指定的视口或所有活动视口。
（9）?
：
列出用户定义坐标系的名称，并列出每个保存的UCS相对于当前UCS的原点以及X、Y和Z轴。
（10）世界（W）：
将当前用户坐标系设置为世界坐标系。
2.如果倒角或圆角所创建的面不合适，可使用“删除面”命令删除，调用删除面命令方法：
实体编辑工具栏：
下拉菜单：
[修改][实体编辑][删除面]
11.3观察三维图形——绘制球、视图、三维动态观察器、布尔运算
在绘制三维图形过程中，常常要从不同方向观察图形，AutoCAD默认视图是XY平面，方向为Z轴的正方向，看不到物体的高度。
AutoCAD提供了多种创建3D视图的方法沿不同的方向观察模型，比较常用的是用标准视点观察模型和三维动态旋转方法。
我们这里只介绍这两种常用方法。
标准视点观察实体工具栏如图11-12所示。
图11-12视图工具栏
任务：
绘制如图11-13所示的物体
图11-13股子
目的：
通过绘制此物体，掌握用标准视点和用三维动态观察器旋转方法观察模型，使用圆角命令、布尔运算等编辑三维实体的方法。
知识的储备：
基本绘图命令、使用对象捕捉、建立用户坐标系
绘图步骤分解：
1．绘制正方体
（1）新建两个图层：
层名颜色线型线宽
实体层白色Continues默认
辅助层黄色Continues默认
并将实体层作为当前层。
单击“视图”工具栏上“西南等轴测”按钮，将视点设置为西南方向。
（2）绘制正方体
在“实体”工具栏上单击“长方体”按钮，调用长方体命令：
命令:
_box
指定长方体的角点或[中心点（CE）]<0,0,0>:
在屏幕上任意一点单击
指定角点或[立方体（C）/长度（L）]:
C//绘制立方体。
指定长度:
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