CAD绘制三维实体教程+例题(20220223223111).pdf
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1、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 空间的直线及曲线)表达三维立体
2、,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1、三维模型的分类及三维坐标系;2、三维图形的观察
3、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Auto
4、CAD 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。图 11-1 线框模型图 11-2 表面模型图 11-3 实体模型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
5、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。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)/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3
6、0,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 直线上单击结果如图11-7 所示。5 3.移动坐标系,绘制上表面圆因为 Auto
7、CAD 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点单击也可直
8、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 为半径绘制上表面图 11-6 绘制长方体图 11-7 长方体倒角6 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)/
9、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。7 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)
10、/?/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。图 11-8 改变坐标系图 11-9 绘制上表面圆8 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)
11、: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。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、
12、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AutoC
13、AD 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 11-10 绘制侧面上圆9(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
14、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
15、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10 任务:绘制如图11-13 所示的物体目的: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
16、长方体的角点或中心点(CE):在屏幕上任意一点单击图 11-13 股子图 11-12 视图工具栏11 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
17、菜单: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.12 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
18、)/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图 11-14 立方体图 11-15 绘制球图 11-16 挖坑13(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
19、。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。(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
20、11-19 三维动态观察图 11-18 绘制三点坑14 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。然后调用圆角命令,选择四根棱线,倒下表面
21、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15(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
22、。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布尔运算图 11-22 长方体圆角图 11-23 长方体圆角图 11-24 ISOLINES 对图形显示的影响ISOLINES=4 ISOLINES=12 16 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1
23、1-25(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:INTERSECT3、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。图 11-25 布尔运算(a)(b)(c)图 11-26 电视塔17 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
24、直轴旋转114 创建基本三维实体实例圆柱、圆锥任务:绘制如图11-26 所示的实体。目的:通过绘制此图形,学习圆柱、圆锥命令的使用。知识的储备:球命令、视图、布尔运算。绘图步骤分解:该图形是由圆柱、圆锥、球组合而成的,球的中心、圆柱、圆锥的轴线在同一中心线上。1绘制基座圆柱(1)设置视图方向为“西南等轴测”方向。(2)设置线框密度命令:isolines输入ISOLINES 的新值:20(3)绘制圆柱实体工具栏:下拉菜单:绘图 实体 圆柱 命令窗口:CYLINDER AutoCAD提示:命令:_cylinder 当前线框密度:ISOLINES=20 指定圆柱体底面的中心点或椭圆(E):/选择默认
25、指定圆柱体底面的半径或直径(D):80指定圆柱体高度或另一个圆心(C):102绘制圆锥实体工具栏:18 下拉菜单:绘图 实体 圆锥 命令窗口:CONE AutoCAD 提示:命令:_cone 当前线框密度:ISOLINES=20 指定圆锥体底面的中心点或椭圆(E):0,0,10/底面中心在圆柱上表面中心指定圆锥体底面的半径或直径(D):50指定圆锥体高度或顶点(A):8003绘制球单击实体工具栏上的球图标,调用球命令:命令:SPHERE 当前线框密度:ISOLINES=20 指定球体球心:0,0,250指定球体半径或直径(D):80/完成底下球的绘制。命令:/再次调用球命令。命令:SPHERE
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