CAD三维绘图教程与案例-很实用

精心整理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。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。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；精心整理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。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）和用户坐标图11-1线框模型图11-2表面模型图11-3实体模型精心整理系（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。图11-4表示坐标系的图标用户坐标系世界坐标系图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。精心整理绘图步骤分解：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...精心整理输入曲面选择选项[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。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)/?/世图11-6绘制长方体图11-7长方体倒角精心整理界(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”建立用户坐标系精心整理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）绘制圆图11-8改变坐标系图11-9绘制上表面圆精心整理方法同上步，完成图11-5所示图形。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，则圆图11-10绘制侧面上圆精心整理的圆心成为新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。(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。图11-11绘制侧面上圆精心整理(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。任务：绘制如图11-13所示的物体图11-12视图工具栏精心整理目的：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指定长方体的角点或[中心点(CE)]0,0,0: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图11-13股子精心整理结果如图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0,0,0: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。精心整理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