2022年CAD绘制三维实体教程 .pdf
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1、1 CAD 绘制三维实体基础CAD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CAD 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 (Wireframe Model) 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
2、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( Surface Model)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、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 学时名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 47 页 - - - - - - - - - 2 薄片圆筒遮住了后面长方体的一部分。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
4、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。112 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”的箭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。图 11-1 线框模型图 11-2 表面模型图 11-3 实体模型名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - -
5、- - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 47 页 - - - - - - - - - 3 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。绘图步骤分解:1.绘制长方体调用长方体命令:实体工具栏:图 11-4 表示坐标系的图标用户坐标
6、系世 界 坐 标图 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 47 页 - - - - - - - - - 4 下拉菜单: 绘图 实体 长方体 命令窗口: BOXAutoCAD提示:指定长方体的角点或 中心点 (CE) : 在屏幕上任意点单击指定角点或 立方体 (C)
7、/ 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) : /选择
8、默认值。指定基面的倒角距离: 12指定其他曲面的倒角距离 :/ 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。3. 移动坐标系,绘制上表面圆图 11-6 绘制长方体图 11-7 长方体倒角名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 47 页 - - - - - - - - - 5 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
9、 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) :M /选择移动选项。指定新原点或 Z 向深度 (Z) : 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
10、( 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) :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 : 3/选
11、择三点方式。指定新原点 : 在 H点上单击在正 X 轴范围上指定点 :在 G 点单击在 UCS XY 平面的正 Y 轴范围上指定点 :在 C 点单击也可用下面两种方法直接调用“三点法”建立用户坐标系名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页,共 47 页 - - - - - - - - - 6 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。5. 以所选实体表面建立UCS,在侧面上画圆(1)选择实
12、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) :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: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
13、形。图 11-8 改变坐标系图 11-9 绘制上表面圆名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 47 页 - - - - - - - - - 7 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:
14、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 : 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 UC
15、S 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UC
16、S 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 11-10 绘制侧面上圆名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页,共 47 页 - - - - - - - - - 8 (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
17、):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
18、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 11-11 绘制侧面上圆名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页,共 47 页 - - - - - - - - - 9 任务: 绘制如图 11-13 所示的物体目的: 通过绘制此物体,掌握
19、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) :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。图 11-13 股子图 11
20、-12 视图工具栏名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页,共 47 页 - - - - - - - - - 10 指定长度 : 20结果如图 11-14 所示。2挖上表面的一个球面坑(1)移动坐标系到上表面uc (2)绘制球调用球命令:实体工具栏:下拉菜单: 绘图 实体 球体 命令窗口: SPHERE当前线框密度 : ISOLINES=4 /说明当前轮廓素线网格线数为4。指定球体球心 : 利用双向追踪捕捉上表面的中心指定球体半径或 直径 (D):5结果如图 11-15
21、 所示。(3)布尔运算差集运算:通过减操作从一个实体中去掉另一些实体得到一个实体。调用命令方法:实体编辑工具栏:下拉菜单: 修改 实体编辑 差集 ucs 命令窗口: SUBTRACTAutocad 提示 : 命令 : _subtract 选择要从中减去的实体或面域. 选择对象 : 在立方体上单击找到 1 个选择对象 :/ 结束被减去实体的选择。选择要减去的实体或面域 . 选择对象 : 在球体上单击找到 1 个选择对象 : /结束差运算。结果如图 11-16 所示。3在左侧面上挖两个点的球面坑图 11-14 立方体图 11-15 绘制球图 11-16 挖坑名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载
22、 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页,共 47 页 - - - - - - - - - 11 (1)旋转 UCS 调用 UCS 命令: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) : N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 : X指定绕 X 轴的旋转角度 :(
23、2)确定球心点在“草图设置”对话框中选择“端点”和“节点”捕捉,并打开“对象捕捉”。选择辅助层,调用直线命令,连接对角线。运行“绘图”菜单下的“点”“定数等分”命令,将辅助直线3 等分,结果如图11-17(a)所示。(3)绘制球捕捉辅助线上的节点为球心,以4 为半径绘制两个球。(4)差集运算调用“差集” 命令,以立方体为被减去的实体,两个球为减去的实体,进行差集运算 ,结果如图11-17(b)所示。以同样的方法绘制前表面上的三点孔,如图11-18 所示。4绘制底面上六个点的球面坑(1)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,屏幕上出现弧线圈,将光标移至弧线
24、圈内,出现球形光标,向上拖动鼠标,使立方体的下表面转到上面全部可见位置。按 ESC 键或ENTER 键退出, 或者单击鼠标右键显示快捷菜单退出,如图 11-19 所示。图 11-17 挖两点坑(b) (a) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页,共 47 页 - - - - - - - - - 12 (2)同创建两点坑一样,将上表面作为XY 平面,建立用户坐标系,绘制作图辅助线,定出六个球心点,再绘制六个半径为3 的球,然后进行布尔运算,结果如图11-20 所示。
25、5用同样的方法,调整好视点,挖制另两面上的四点坑和五点坑,结果如图11-21 所示。6各棱线圆角(1)倒上表面圆角单击“编辑”工具栏上的“圆角”按钮,调用圆角命令:命令 : _fillet 当前设置 : 模式 = 修剪,半径 = 6.0000 选择第一个对象或 多段线 (P)/ 半径 (R)/ 修剪 (T)/ 多个 (U):选择上表面一条棱线输入圆角半径 : 2选择边或 链(C)/ 半径 (R):选择上表面另三条棱线选择边或 链(C)/ 半径 (R):已选定 4 个边用于圆角。结果如图11-22 所示。(2)倒下表面圆角单击“三维动态观察器”工具栏上的“三维动态观察”按钮,调整视图方向,使立方
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