CAD三维绘图教学教程与~案例,很实用.doc
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1、|CAD 绘制三维实体基础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(Wireframe Model) 线框模型是一种轮廓模型,它是用线(3D 空间的
2、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(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, 前面的薄片圆筒
3、遮住了后面长方体的一部分。 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;|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。 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
4、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。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 图 11-1 线框模型 图 11-2 表面模型 图 11-3 实体模型 图 11-4 表示坐标系的图标 世界坐标 系|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。
5、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: 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) :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。 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。|指定长度: 30 指定宽度:
6、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
7、直线上单击 结果如图11-7所示。 图 11-6 绘制长方体 图 11-7 长方体倒角|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
8、(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(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)/
9、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 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)选择实体表面建立
10、UCS 在命令窗口输入UCS,调用用户坐标系命令: 命令: ucs 图 11-8 改变坐标系 图 11-9 绘制上表面圆|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所示图形。 补
11、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 : 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。 图 11-10 绘
12、制侧面上圆| 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,
13、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。 (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
14、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 图 11-11 绘制侧面上圆|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
15、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。 任务:绘制如图 11-13 所示的物体 图 11-12 视图工具栏|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
16、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。 指定长度: 20 结果如图 11
17、-14 所示。 2挖上表面的一个球面坑 (1)移动坐标系到上表面 (2)绘制球 调用球命令: 实体工具栏: 图 11-13 股子|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 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 命令窗口:SUBTRACT Autocad 提示: 命令: _subtract 选择要从中减去的
18、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 (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
19、转角度 : (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。 图 11-14 立方体 图 11-15 绘制球 图 11-16 挖坑|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)
20、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。(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。 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。 图 11-17 挖两点坑 (b) (a) 图 11-
21、19 三维动态观察 图 11-18 绘制三点坑|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,使立方体的下表面 转到上面四条棱线全可见位置
22、。然后调用圆角命令,选择四根棱线,倒下表面的圆角,结果如图 11-23 所示。 图 11-20 挖六点坑 图 11-21 挖坑完成|(3)再次调用圆角命令,同时启用“三维动态观察”功能,选择侧面的四条棱线,以半径为 2倒 圆角。 (4)删除辅助线层上的所有辅助线和辅助点,完成图如图 11-12 所示。 提示、注意、技巧: 这里倒圆角时不可以为 12条棱线一次倒圆角,因为 AutoCAD 内部要为圆角计算,会发生运 算错误,导致圆角失败。 7观察图形 打开视图菜单下的消隐模式,分别单击图 11-13 所示的“视图工具栏”上的各按钮,以不同 方向观察图形的变化。 补充知识: 1改变三维图形曲面轮廓
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