CAD三维图的绘制教程实例.docx
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CAD三维图的绘制教程实例
一、工字型的绘制
步骤一：
设置好绘图单位、绘图范围、线型、图层、颜色，打开捕捉功能。
从下拉菜单View→Display→UCSIcon→On关闭坐标显示。
步骤二：
根据图1所示尺寸绘制图形，得到如图1－1所示封闭图形。
步骤三：
创建面域。
在命令栏Command：
输入Region，用框选方式全部选中该图形，回车。
出现提示：
1loopextracted，1Regioncreated，表示形成了一个封闭图形，创建了一个面域。
步骤四：
对该面域进行拉伸操作。
Draw→Solids→Extrude，选中该面域的边框，回车。
在命令栏提示：
Specifyheightofextrusionor[Path]：
30，回车，再回车。
三维工字形实体就生成了。
步骤五：
观察三维实体。
View→3DViews→SWIsometric，再从View→Hide进行消除隐藏线处理，观察，最后进行着色渲染，View→Shade→GouraudShaded，如图1－2所示。
图1－2三维效果图
图1－1平面图
CAD绘制三维实体基础
1、三维模型的分类及三维坐标系；
2、三维图形的观察方法；
3、创建基本三维实体；
4、由二维对象生成三维实体；
5、编辑实体、实体的面和边；
1、建立用户坐标系；
2、编辑出版三维实体。
讲授8学时
上机8学时
总计16学时
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。
本章我们将介绍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。
补充知识：
1．改变三维图形曲面轮廓素线
系统变量“ISOLINES”是用于控制显示曲面线框弯曲部分的素线数目。
有效整数值为0到2047，初始值为4。
如图11-24是“ISOLINES”值为4和12时圆柱的“线框”显示形式。
2．布尔运算
在AutoCAD中，三维实体可进行并集、差集、交集三种布尔运算，创建复杂实体。
（1）并集运算：
将多个实体合成一个新的实体，如图11-25（b）所示。
命令调用：
实体编辑工具栏：
下拉菜单：
[修改][实体编辑][并集]
命令窗口：
UNION
（2）交集运算：
从两个或多个实体的交集创建复合实体并删除交集以外的部分，如图11-25（c）所示。
实体编辑工具栏：
下拉菜单：
[修改][实体编辑][交集]
命令窗口：
INTERSECT
3、三维动态观察器
单击“三维动态观察器”工具栏上的“三维动态观察”按钮，激活三维动态观察器视图时，屏幕上出现弧线圈，当光标移至弧线圈内、外和四个控制点上时，会出现不同的光标形式：
光标位于观察球内时，拖动鼠标可旋转对象。
光标位于观察球外时，拖动鼠标可使对象绕通过观察球中心且垂直于屏幕的轴转动。
光标位于观察球上下小圆时，拖动鼠标可使视图绕通过观察球中心的水平轴旋转。
光标位于观察球左右小圆时，拖动鼠标可使视图绕通过观察球中心的垂直轴旋转
11．4创建基本三维实体实例——圆柱、圆锥
11．5创建基本三维实体实例--环
任务：
绘制如图11-27所示的实体。
目的：
通过绘制此图形，学习绘制环命令的使用。
知识的储备：
视图、布尔运算。
绘图步骤分解：
1．绘制大圆环
（1）将视图调整到西南等轴测方向。
（2）调用环命令：
实体工具栏：
下拉菜单：
[绘图][实体][圆环体]
命令窗口：
TORUS
命令:
_torus
当前线框密度:
ISOLINES=4
指定圆环体中心<0,0,0>:
指定圆环体半径或[直径（D）]:
100
指定圆管半径或[直径（D）]:
2
2．绘制环珠
（1）调整坐标系方向，如图11-28所示。
（2）绘制橄榄球
单击“实体工具栏”上环按钮，调用环命令：
命令:
_torus
当前线框密度:
ISOLINES=4
指定圆环体中心<0,0,0>:
100,0,0
指定圆环体半径或[直径（D）]:
-20
指定圆管半径或[直径（D）]:
30
3．阵列环珠
调整视图方向到俯视图方向，如图11-29所示。
调用“修改工具栏”上“阵列”命令，以大环的中心为阵列中心，在360度范围内阵列环珠，个数为8个，完成图如11-27所示。
提示、注意、技巧：
1．在绘制环时，如果给定环半径大于圆管半径，则绘制的是正常的环。
如果给定环的半径为负值，并且圆管半径大于环半径的绝对值，则绘制的是橄榄形。
2．阵列对象时，如果阵列对象分布在一个平面上，则可将XY平面调整到该平面上，利用平面的“阵列”命令阵列对象，这样比用3D阵列命令（后面介绍）方便得多。
11．6通过二维图形创建实体——拉伸
任务：
绘制如图11-30所示的实体。
目的：
通过绘制此图形，学习拉伸命令的使用。
知识的储备：
视图、布尔运算。
绘图步骤分解：
图11-30拱形体
1．画端面图形
（1）调用矩形命令，绘制长方形，长100，宽80。
（2）调用圆命令，绘制直径为60的圆。
将视图方向调整到“西南等轴测”方向，如图11-31所示。
（3）创建面域
调用面域命令：
：
绘图工具栏：
下拉菜单：
[绘图][面域]
命令窗口：
REGION
AutoCAD提示：
选择对象:
选择长方形和圆找到2个
选择对象:
//结束选择
已提取2个环。
已创建2个面域。
（4）布尔运算
单击“实体编辑工具栏”上的差集运算命令按钮，用长方形面域减去圆形面域，结果如图11-32所示。
图11-32面域计算
图11-31绘制长方形和圆
2．拉伸面域
调用拉伸命令：
实体工具栏：
下拉菜单：
[绘图][实体][拉伸]
命令窗口：
EXTRUDE
AutoCAD提示：
命令:
_extrude
当前线框密度:
ISOLINES=4
选择对象:
在面域线框上单击找到1个
选择对象:
指定拉伸高度或[路径（P）]:
20
指定拉伸的倾斜角度<0>:
完成图形如图11-30所示。
补充知识：
1．命令选项：
路径（P）：
对拉伸对象沿路径拉伸。
可以为路径的对象有：
直线、圆、椭圆、圆弧、椭圆弧、多段线、样条曲线等。
2．可以拉伸的对象有：
圆、椭圆、正多边形、用矩形命令绘制的矩形、封闭的样条曲线、封闭的多段线、面域等。
3．路径与截面不能在同一平面内，二者一般分别在两个相互垂直的平面内，如图11-33所示。
圆为拉伸对象，样条曲线和矩形为路径。
图11-33路径拉伸
4．当指定拉伸高度为正时，沿Z轴正方向拉伸；当给定高度值为负时，沿Z轴反方向拉伸。
5．拉伸的倾斜角度：
在-90°和+90°之间。
6．含有宽度的多段线在拉伸时宽度被忽略，沿线宽中心拉伸。
含有厚度的对象，拉伸时厚度被忽略。
11．7通过二维图形创建实体——旋转
任务：
绘制如图11-34所示的实体模型。
目的：
通过绘制此图形，学习旋转命令的使用。
知识的储备：
视图。
绘图步骤分解：
1、画回转截面
新建一张图，视图方向调整到主视图方向，调用“多段线”命令，绘制图11-35（a）所示的封闭图形，再绘制辅助直线AC，BD，如图11-35（b）所示。
2、旋转生成实体
调用旋转命令：
实体工具栏：
下拉菜单：
[绘图][实体][旋转]
命令窗口：
REVOLVE
AutoCAD提示：
命令:
_revolve
当前线框密度:
ISOLINES=4
选择对象:
选择封闭线框找到1个
选择对象:
//结束选择。
指定旋转轴的起点或
定义轴依照[对象（O）/X轴（X）/Y轴（Y）]:
选择端点C//按定义轴旋转。
指定轴端点:
选择端点D
指定旋转角度<360>:
//接受默认，按360°旋转。
3、将辅助线AC、BD删除。
如图11-34所示。
补充知识：
1、命令选项：
●定义轴依照：
捕捉两个端点指定旋转轴，旋转轴方向从先捕捉点指向后捕捉点。
●对象（O）：
选择一条已有的直线作为旋转轴。
●X轴（X）或Y轴（Y）:
选择绕X或Y轴旋转。
2、旋转轴方向：
●捕捉两个端点指定旋转轴时，旋转轴方向从先捕捉点指向后捕捉点。
●选择已知直线为旋转轴时，旋转轴的方向从直线距离坐标原点较近的一端指向较远的一端。
3、旋转方向：
旋转角度正向符合右手螺旋法则，即用右手握住旋转轴线，大拇指指向旋转轴正向，四指指向为旋转角度方向。
4、旋转角度为0°～360°之间，图11-36中为旋转角度为180°和270°时的情况。
图11-36180°和270°旋转
11．8编辑实体——剖切、切割
任务：
绘制如图11-37所示的实体模型和断面图形。
目的：
通过绘制此图形，学习剖切命令、切割命令的使用。
知识的储备：
视图、拉伸、布尔运算。
绘图步骤分解：
1．绘制底板实体
（1）按图11-38所示尺寸绘制外形轮廓。
图11-38平面图形
（2）创建面域。
调用面域命令，选择所有图形，生成两个面域。
再调用“差集”命令，用外面的大面域减去中间圆孔面域，完成面域创建。
（3）拉伸面域
单击实体工具栏上的“拉伸”按钮，调用拉伸命令：
命令:
_extrude
当前线框密度:
ISOLINES=4
选择对象:
选择图形找到1个
选择对象:
指定拉伸高度或[路径（P）]:
8
指定拉伸的倾斜角度<0>:
结果如图11-39所示。
图11-40圆筒端面
图11-39底板实体
2．创建圆筒
（1）调用圆命令，绘制如图11-40所示的图形。
（2）创建环形面域。
（3）拉伸实体。
调用“实体工具栏”上的“拉伸”命令，选择环形面域，以高度为22，倾斜角度为0°拉伸面域，生成圆筒。
如图11-41所示。
3．合成实体
（1）组装模型
调用移动命令：
命令:
_move
选择对象:
选择圆筒找到1个
选择对象:
//结束选择。
指定基点或位移:
选择圆筒下表面圆心
指定位移的第二点或<用第一点作位移>:
选择底板上表面圆孔圆心
（2）并集运算
选择“实体编辑”工具栏上的“并集”按钮，调用并集命令，选择两个实体，合成一个。
完成图如11-42所示。
将创建的实体复制两份备用。
图11-42完整的实体.
图11-41圆筒
4．创建全剖实体模型
调用剖切命令：
实体工具栏：
下拉菜单：
[绘图][实体][剖切]
命令窗口：
SLICE
AutoCAD提示：
命令:
_slice
选择对象:
选择实体模型找到1个
选择对象:
指定切面上的第一个点，依照[对象（O）/Z轴（Z）/视图（V）/XY平面（XY）/YZ平面（YZ）/ZX平面（ZX）/三点（3）]<三点>:
选择左侧U形槽上圆心A
指定平面上的第二个点:
选择圆筒上表面圆心B
指定平面上的第三个点:
选择右侧U形槽上圆心C
在要保留的一侧指定点或[保留两侧（B）]:
在图形的右上方单击//后侧保留。
结果如图11-37（a）所示。
5．创建半剖实体模型
（1）选择前面复制的完整轴座实体，重复剖切过程，当系统提示：
“在要保留的一侧指定点或[保留两侧（B）]:
”时，选择“B”选项，则剖切的实体两侧全保留。
结果如图11-43所示，虽然看似一个实体，但已经分成前后两部分，并且在两部分中间过ABC已经产生一个分界面。
（2）将前部分左右剖切
再调用“剖切”命令：
命令:
_slice
选择对象:
选择前部分实体找到1个
选择对象:
//结束选择。
指定切面上的第一个点，依照[对象（O）/Z轴（Z）/视图（V）/XY平面（XY）/YZ平面（YZ）/ZX平面（ZX）/三点（3）]<三点>:
选择圆筒上表面圆心B
指定平面上的第二个点:
选择底座边中心点D
指定平面上的第三个点:
选择底座边中心点E
在要保留的一侧指定点或[保留两侧（B）]:
在图形左上方单击
结果如图11-44所示。
图11-44半剖的实体
图11-43切割成两部分的实体
（3）合成
调用“并集”运算命令，选择两部分实体，将剖切后得到的两部分合成一体，结果如图11-37（b）所示。
6．创建断面图
选择备用的完整实体操作。
（1）切割
调用切割命令：
实体工具栏：
下拉菜单：
[绘图][实体][切割]
命令窗口：
SECTION
AutoCAD提示：
命令:
_section
选择对象
升级会员 