CAD绘制三维教程和例题.doc
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1、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
2、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
3、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112 三维坐标系实例三
4、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
5、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) :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
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
7、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) : 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
8、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) : 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
9、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。 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
10、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。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
11、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 :l 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。l 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。l 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。l 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
12、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。l 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。l 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。l 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 Au
13、toCAD 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
14、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
15、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
16、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11-14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: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
17、:修改实体编辑差集命令窗口: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。图11-14 立方体图11-15 绘制球图11-16 挖坑 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)
18、: 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 :(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。(a)(b)图11-17 挖两点坑以同样的方法绘制前表面上的三点孔,
19、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11-19 三维动态观察图11-18 绘制三点坑(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
20、如图11-21所示。 图11-21 挖坑完成图11-20 挖六点坑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。然后调
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