机械零件曲面造型的制作技巧与技术要领.ppt

第9讲：机械零件曲面造型的制作技巧与技术要领,掌握设置视点的方法 掌握视图的切换技巧 了解动态观察器的应用 了解WCS与UCS 了解视觉样式 掌握基本曲面体和复杂曲面体的创建方法 掌握面域和边界的创建知识, 学习目标 , 重点与难点 ,视点的设置 视图的切换 WCS与UCS 视觉样式 基本曲面体和复杂曲面体的创建 面域和边界的创建,AutoCAD软件共为用户提供了三种模型，用以表达物体的三维形态，分别是线框模型、曲面模型和实体模型。其中，“线框模型”是由描述三维对象的点和线等组成的，它仅能表现出物体的轮廓框架，但是可视性较差；而“曲面模型”是由一系列有连接顺序的棱边围成的表面，再由表面的集合来定义三维物体，它是在线框模型的基础上增加了面边信息和表面特征信息等，不仅能着色，还可以对其进行渲染，以更形象逼真的表现物体的真实形态；而“实体模型”则是实实在在的物体，它除了包含线框模型和曲面模型的所有特点，还具备实物的一切特性。 通过AutoCAD提供的这三类模型，不仅能让非专业人员对物体的外形有一个感性的认识，还能帮助专业人员降低绘制复杂图形的难度，使一些在二维平面图中无法表达的东西清晰而形象地出现在屏幕上。 这一讲通过制作一个复杂的机座零件曲面造型，使大家了解和掌握基本体曲面和复杂体曲面的创建功能、掌握三维显示、三维观察以及UCS的创建及应用等技能，培养大家使用基本的网格建模工具和三维辅助工具，制作各类机械产品曲面造型的能力。,设置视点 在三维空间中可以从不同的位置观察图形，这些位置就称为视点。在AutoCAD中，视点的设置主要有两种途径，一种是使用【视点】命令通过命令行进行设置，另一种是使用【视点设置】命令通过对话框设置视点。 通过【视点】命令行设置视点 【视点】命令就是直接输入观察点的坐标或角度来确定视点。执行此命令主要有以下几种方式： 1.菜单栏：单击菜单【视图】/【三维视图】/【视点】命令。 2.命令行：在命令行中输入Vpoint。 执行【视点】命令后的系统出现如下提示： 命令：Vpoint 当前视图方向: VIEWDIR=0.0000,0.0000,1.0000 指定视点或 旋转(R) ： /通过输入观察点的坐标来确定视点 其中，“旋转”选项主要用于通过指定与X轴的夹角以及与XY平面的夹角来确定视点；而“显示坐标球和三轴架”选项是系统的默认选项。直接按Enter键即可选择该选项，此时屏幕绘图区会显示如下图所示的罗盘和三角轴架，三脚轴架代表X、Y、Z轴的方向。当用户相对于罗盘移动十字线时，三角轴架会自动进行调整以显示X、Y、Z轴对应的方向。,通过【视点预置】设置视点 【视点预置】命令是通过对话框的形式进行设置视点的，执行此命令主要有以下几种方法： 1.菜单栏：单击菜单【视图】/【三维视图】/【视点预置】命令。 2.命令行：在命令行输入DDVpoint。 快捷键：在命令行输入VP。 激活【视点预置】命令后系统弹出如右图所示【视点预置】对话框。在该对话框中可以进行如下设置：,设置视点、原点的连线在XOY面上的投影与X轴的夹角。具体操作就是在左边的图形上选择相应的点，或在“X轴”文本框内输入角度值。 设置视点、原点的连线与XY平面的夹角。具体操作就是在右边的平圆图形上选择相应的点，或直接在 “XY平面”文本框内输入角度值。 设置观察角度。系统将设置的角度值默认为是相对于当前WCS，即默认选择的是“绝对于WCS”单选项，如果选择了“相对于UCS”单选项，则所设置的角度值就是相对于UCS的。 设置为平面视图。单击 按钮，系统将重新设置为平面视图。平面视图的观察方向是与X轴的夹角为270度，与XY平面的夹角是90度。 切换视图 为了便于观察和编辑三维模型，AutoCAD为用户提供了一些标准视图，具体有六个正交视图和四个等轴测图，如下图所示，其工具按钮都排列在如下图所示的【视图】工具栏上。,用户可以通过单击【视图】菜单栏中的这些标准视图命令，或单击【视图】工具栏上的相应视图按钮，即可进行在这些标准视图中进行切换。 上述六个正交视图和四个等轴测视图是用于显示三维模型的主要特征视图，其中每种视图的视点、与X轴夹角和与XY平面夹角等内容如下表所示。,平面视图 除了上述十个标准视图之外，AutoCAD还为用户提供了一个【平面视图】工具，使用此命令，可以将当前UCS、命名保存的UCS或WCS，切换为各坐标系的平面视图，以方便观察和操作，如下图所示。,执行【平面视图】命令主要有以下几种方式： 1.菜单栏：单击菜单【视图】/【三维视图】/【平面视图】命令。 2.命令行：在命令行中输入Plan。,动态观察器 AutoCAD为用户提供了动态观察功能，使用此功能，可以进行观察三维物体的任意部分，比较方便快捷。有关三维动态观察功能，主要有三种功能，具体如下： 受约束的动态观察：此种动态观察功能，需要按住鼠标中间拖曳，进行手动设置观察点，以观察模型的不同侧面，如右图所示。单击菜单【视图】/【动态观察】/【受约束的动态观察】命令，或单击【动态观察】工具栏上的 按钮，都可以激活该功能。 自由动态观察：自由动态观察功能使用起来较为方便，当激活此功能后，绘图区会出现如右中图所示的圆形辅助框架，用户可以从多个方向进行自由地观察三维物体。 单击菜单【视图】/【动态观察】/【自由动态观察】命令，或单击【动态观察】工具栏上的 按钮，都可以激活该功能。,连续动态观察：当激活此功能后，用户可以连续地动态观察三维物体的不同侧面，而不需要进行手动设置视点。单击菜单【视图】/【动态观察】/【连续动态观察】命令，或单击【动态观察】工具栏上的 按钮，都可以激活该功能。,WCS与UCS 为了更好地辅助绘图，AutoCAD为用户提供了一种非常灵活的坐标系用户坐标系（UCS），此坐标系弥补了世界坐标系（WCS）的不足，用户可以随意定制符合作图需要的UCS，在三维绘图中至关重要。 执行【UCS】命令主要有以下几种方式： 1.菜单栏：单击菜单【工具】/【新建UCS】级联菜单命令，如右上图所示。 2.工具栏：单击【UCS】工具栏上的各按钮，如右中图所示。 3.命令行：在命令行输入UCS。,在命令行中激活【UCS】命令后，系统将出现如下操作提示： 命令: ucs 当前 UCS 名称: *世界* 指定 UCS 的原点或 面(F)/命名(NA)/对象(OB)/上一个(P)/视图(V)/世界(W)/X/Y/Z/Z 轴(ZA) : 各选项功能如下： 【指定 UCS 的原点】选项用于指定三点，以分别定位出新坐标系的原点、X轴正方向和Y轴正方向。 【面（F）】选项用于选择一个实体的平面作为新坐标系的XOY面。用户必须使用点选法选择实体。坐标系原点为离选择点最近的实体平面顶点，X轴正向由此顶点指向离选择点最近的实体平面边界线的另一端点。用户选择的面必须为实体面域。 【命名（NA）】选项用于恢复其他坐标系为当前坐标系、为当前坐标系命名保存以及删除不需要的坐标系。,【对象（OB）】选项表示通过选择定的对象创建UCS坐标系。用户只能使用点选法来选择对象，否则无法执行此命令。 【上一个（P）】选项用于将当前坐标系恢复到前一次所设置的坐标系位置，直到将坐标系恢复为WCS坐标系。 【视图（V）】选项表示将新建的用户坐标系的X、Y轴所在的面设置成与屏幕平行，其原点保持不变，Z轴与XY平面正交。 【X】/【Y】/【Z】选项：原坐标系坐标平面分别绕X、Y、Z轴旋转而形成新的用户坐标系。如果是在已定义的UCS坐标系中进行旋转，那么新的UCS系统是以前面的UCS系统旋转而成。 【世界（W）】选项用于选择世界坐标系作为当前坐标系，用户可以从任何一种UCS坐标系下返回到世界坐标系。 【Z轴】选项。此选项用于指定Z轴方向以确定新的UCS坐标系。 视觉样式 AutoCAD为三维提供了几种控制模型外观显示效果的工具，巧妙运用这些着色功能，能快速显示出三维物体的逼真形态，对三维模型的效果显示有很大帮助。 执行视觉样式工具主要有以下几种方式： 1.菜单栏：单击菜单【视图】/【视觉样式】选项，打开如下图所示的菜单栏，在此菜单栏上单击相应的命令即可激活该着色功能。 2.工具栏：单击【视觉样式】工具栏上的各着色按钮，如下图所示。,二维线框 【二维线框】命令是用直线和曲线显示对象的边缘，此对象的线型和线宽都是可见的，如右上图所示。执行该命令主要有以下几种方式： 1.工具栏：单击【视觉样式】工具栏上的按钮。 2.菜单栏：单击菜单【视图】/【视觉样式】/【二维线框】命令。 三维线框 默认设置下，【三维线框】命令也是用直线和曲线显示对象的边缘轮廓，如右中图所示。与二维线框显示方式不同的是，表示坐标系的按钮会显示成三维着色形式，并且对象的线型及线宽都是不可见的，如果将 COMPASS 系统变量的值设置为 “1”，那么在此种着色方式下，系统将显示坐标球。 执行此着色命令主要有以下几种方式：,1.工具栏：单击【视觉样式】工具栏上的按钮。 2.菜单栏：单击菜单【视图】/【视觉样式】/【三维线框】命令。 三维隐藏 【三维隐藏】命令用于将三维对象中观察不到的线隐藏起来，而只显示那些位于前面无遮挡的对象，如右下图所示。执行该命令主要有以下几种方式： 1.工具栏：单击【视觉样式】工具栏上的按钮。 2.菜单栏：单击菜单【视图】/【视觉样式】/【三维隐藏】命令。,真实着色 【真实】命令可使对象实现平面着色，它只对各多边形的面着色，不对面边界作光滑处理，如右上图所示。执行此命令主要有以下几种方式： 1.工具栏：单击【视觉样式】工具栏上的 按钮。 2.菜单栏：单击菜单【视图】/【视觉样式】/【真实】命令。 概念着色 根据模型面上颜色和着色的外观，真实着色有三种显示形式，即无、实时和古氏，如右中图所示。执行此命令主要有以下几种方式： 1.工具栏：单击【视觉样式】工具栏上的 按钮。 2.菜单栏：单击菜单【视图】/【视觉样式】/【概念】命令。 管理视觉样式 使用【管理视觉样式】命令可以控制视口中模型的外观显示效果。可以在视觉样式管理器窗口中创建视觉样式，或更改视觉样式的设置来更改视觉样式，如右下图所示。 其中，面设置控制面上颜色和着色的外观；环境设置用于打开和关闭阴影和背景；边设置指定显示哪些边以及是否应用边修改器。 执行【管理视觉样式】命令主要有以下几种方式： 1.菜单栏：单击【视图】/【视觉样式】/【视觉样式管理器】命令。 2.工具栏：单击【视觉样式】工具栏上的 按钮。,创建基本体曲面 三维面：【三维面】命令用于可以在二维空间的任意位置创建三边或四边的表面，并可将这些表面连接在一起形成一个多边的表面。执行该命令主要有以下几种方法： 1.菜单栏：单击菜单【绘图】/【建模】/【网格】【三维面】命令。 2.命令行：在命令行中输入3DFace。 现假设将如右上图所示的线框创建为如右中图所示的三结构，学习使用【三维面】命令。,执行【三维面】命令，根据AutoCAD命令行的操作提示，进行创建三维面： 命令: _3dface 指定第一点或 不可见(I): /捕捉右上图所示的端点1 指定第二点或 不可见(I): /捕捉端点2 指定第三点或 不可见(I) : /捕捉端点3 指定第四点或 不可见(I) : /捕捉端点4 小技巧：在第一次输完四个点后，AutoCAD会自动将最后两个点作为下一个三维平面的第一、二个顶点，这样才会继续出现提示符，要求用户输入下一个三维平面第三、四个顶点的坐标值。 指定第三点或 不可见(I) : /捕捉端点5 指定第四点或 不可见(I) : /捕捉端点6 指定第三点或 不可见(I) : /捕捉端点7 指定第四点或 不可见(I) : /捕捉端点8 指定第三点或 不可见(I) : /捕捉端点1 指定第四点或 不可见(I) : /捕捉端点2 指定第三点或 不可见(I) : /Enter，结束命令。,小技巧：如果在最后的一个命令提示行后直接按Enter键，系统将以前面三个点为顶点生成三维平面。“不可见”选项用来控制当前所创建三维平面边界的可见性，“退出”选项则可以结束命令。 基本体表面： AutoCAD共提供了长方体表面、棱锥面、楔体表面、上半球面、球面、圆锥面、圆环面、下半球面和网格等九种基本体表面工具，如右上图所示。,在命令行输入3D 后按Enter键，即可激活基本体表面工具，同时出现如下操作提示： 命令: 3d 输入选项长方体表面(B)/圆锥面(C)/下半球面(DI)/上半球面(DO)/网格(M)/棱锥体(P)/球面(S)/圆环面(T)/楔体表面(W): 在命令操作提示中，每一个选项代表一个基本体表面工具，各选项功能如下： “长方体表面”选项用于创建长方体表面模型。 “圆锥面”选项用于创建圆锥或圆台形表面。 “下半球面”选项用于创建球的下半表面。 “上半球面”选项用于创建球的上半表面，即圆顶表面。 “网格”选项用于创建M x N的三维网格面，用户在指定网格的四个顶点时，必须按逆时针或顺时针方向顺序输入点。 “棱锥面”选项用于创建棱锥或棱台形表面。 “球面”选项用于创建球形表面。,“圆环面”选项用于创建圆环形表面。 “楔体表面”选项用于创建楔形表面。 创建复杂体曲面 “复杂体曲面”也称“复杂体网格”，本节将重点学习旋转曲面、平移曲面、直纹曲面和边界曲面等四种复杂网络曲面的创建方法和创建技巧，这些复杂网格曲面都位于【绘图】菜单中的【建模】/【网络】子菜单内，如右上图所示。 旋转曲面：“旋转曲面”是通过一条轨迹线绕一根指定的轴旋转生成的空间曲面，如右中图所示。创建此曲面的命令是“Revsurf”，此命令常用于创建具有回转体表面的空间形体。,现假设创建如右中图（右）所示的网格曲面，则可以按如下步骤进行操作： 1.单击【绘图】菜单中的【建模】/【网格】/【旋转网格】命令，激活【旋转网格】命令。 2.在命令行“选择要旋转的对象：”提示下选择如右中图（左）所示闭合轨迹线。,小技巧：在创建旋转曲面之前，必须先绘制出旋转轨迹线和旋转轴线。旋转轨迹线可以是直线、圆、圆弧、样条曲线、二维或三维多段线；旋转轴线则可以是直线或非封闭的多段线。 3.在“选择定义旋转轴的对象：”提示下选择右中图（左）所示的直线作为旋转轴。 4.在“指定起点角度 ：”提示下直接敲击Enter键。 5.在“指定包含角 （+=逆时针，-=顺时针） ：”提示下，直接敲击Enter键，即可生成如右中图（右）所示的模型。,小技巧：起始角为轨迹线开始旋转时的角度，旋转角表示轨迹线旋转的角度。在系统以逆时针方向为选择角度测量方向的情况下，如果用户输入的角度为正，则按逆时针方向旋转构造旋转曲面，否则按顺时针方向构造旋转曲面。 平移曲面 “平移曲面”是指一条轨迹线或图形对象沿着一条指定方向矢量平移延伸而形成的三维曲面，如右上图所示。创建此曲面的工具为“Tabsurf”。,现假设创建如右上图（右）所示的曲面模型，则可以按如下步骤进行操作： 1.单击【绘图】菜单中的【建模】/【网格】/【平移网格】命令，或在命令行输入Tabsurf后按Enter键，激活【平移网格】命令。 2.在“选择用作轮廓曲线的对象：”提示下，选择闭合曲线。 小技巧：轨迹线可以是直线、圆（圆弧）、椭圆（椭圆弧）、样条曲线、二维或三维多段线；方向矢量用来指 明拉伸的方向和长度，可以是直线或非封闭的多段线，不能使用圆或圆弧来指定位伸的方向。 3.在“选择用作方向矢量的对象：”提示下选择直线作为轨迹线的伸展方向，结果即可生成右上图（右）所示的平移曲面。 小技巧：执行【平移网格】命令时，用于拉伸的轨迹线和方向矢量不能位于同一平面内，在指定位伸的方向矢量时，选择点的位置不同，结果也不同。 直纹曲面 【直纹网格】命令主要用于在指定的两个对象之间生成的一个直纹曲面，如下图所示。所指定的两条边界可以是直线、样条曲线、多段线等，如果一条边界闭合的，那么另一条边界也必须是闭合的。,现假设创建如右上图（右）所示的曲面模型，则可以按如下步骤进行操作： 1.单击菜单【绘图】【建模】【网格】/【直纹网格】命令，激活【直纹网格】命令。 2.在“选择第一条定义曲线：”提示下，选择右上图（左）所示的小圆 3.在“选择第二条定义曲线：”提示下，选择右上图（左）所示的大圆，创建结果如右上图（右）所示。,小技巧：为生成直纹曲面而选取的两个对象必须同时闭合或同时打开。如果一个对象为点，那么另一个对象可以是闭合的，也可以是打开的。另外，当边界曲线不是封闭时，选择点的位置不同，结果生成的图形也不同。 边界曲面 “边界曲面”是指以4条空间直线或曲线为边界创建得到的空间曲面，如右中图所示，用于生成曲面的四条边必须首尾相连形成一个封闭图形。,现假设创建如右中图（右）所示的曲面模型，则可以按如下步骤进行操作： 1. 在命令行中输入Edgesurf 后按Enter键，激活【边界网格】命令。 2.在命令行“选择第一条边界线：”提示下，选择右中图（左）所示的直线 a。 3.在“选择用作曲面边界的对象2：”提示下选择直线b。 4.在“选择用作曲面边界的对象3：”提示下选择直线c。 5.在“选择用作曲面边界的对象4：”提示下选择直线d，结果即可生成右中图（右）所示的网格曲面。,小技巧：每条边选择的顺序不同，生成的曲面形状也不一样。用户选择的第一条边确定曲面网格的M方向，第二条边确定网格的N方向 。 面域和边界 面域：【面域】命令用于创建由封闭图形所形成的二维实心区域，所创建的面域不但含有边的信息，还有边界内的信息，利用这些信息可以计算工程属性，如面积、重心和惯性矩等，还可以对面域进行各种布尔运算，如面域的相加、相减和相交等。 执行【面域】命令主要有以下几种方式： 1.菜单栏：单击菜单【绘图】/【面域】命令。 2.工具栏：单击【绘图】工具栏上的按钮。 3.命令行：在命令行输入Region。 4.快捷键：在命令行输入REN。 面域不能直接创建，只能是将现有的单个闭合对象，如圆、矩形、正多边形等，转化为相应结构的面域，如右图所示。 将圆图形转化为面域后，看上去并没有什么变化，对其进行着色后就可以区分开，如右图（右）所示。另外，使用【面域】命令也可以将首尾相连的多个对象，转化为一个闭合面域。 小技巧：封闭对象在没有转化为面域之前，仅是一种线框模型，没有什么属性信息；而一旦被创建为面域之后，它就转变为一种实体对象，它包含实体对象所具有的一切属性。 边界：【边界】命令用于从多个相交对象中创建一条或多条封闭的多段线或面域。执行【边界】命令主要有以下几种方式： 1.菜单栏：单击菜单【绘图】/【边界】命令。 2.命令行：在命令行输入Boundary。 3.快捷键：在命令行输入BO。,创建闭合边界 使用命令中的“多段线”功能，可以从多个对象或单个对象中提取一个或多个闭合多段线，所提取的闭合多段线与原图形重合。假设从右上图（左）所示图形中提取如右上图（右）所示的闭合闭界，则可按如下步骤进行操作： 1.首先绘制右上图（左）所示的矩形和圆弧。 2.在命令行输入BO并敲击Enter键，激活【边界】命令，打开如右中图所示的【边界创建】对话框。 3.单击对话框右上侧的“拾取点”按钮，返回绘图区在命令行“选择内部点：”提示下，在圆弧下侧区域拾取一点，结果绘图区出现一条以虚线显示的闭合对象，如右下图所示。 4.继续在“选择内部点：”提示下敲击Enter键结束命令。 5.最后执行【移动】命令，选择刚创建的多段线进行外移，结果如右上图（右）所示。 小技巧：如果在【边界创建】对话框中，将“对象类型”改为“面域”，如下图所示，那么就可以在相交对象中提取面域 。,布尔运算 布尔运算工具是用于对多个面域和实体进行编辑的工具，主要包含【并集】、【差集】和【交集】三种工具。具体如下： 并集 【并集】命令用于将两个或两个以上的三维实体或面域组合成一个新的对象，如右图所示。执行此命令主要有以下几种方法： 1.菜单栏：单击菜单【修改】/【实体编辑】/【并集】命令。 2.工具栏：单击【实体编辑】或【建模】工具栏上的按钮。 3.命令行：在命令行输入Union。 4.快捷键：在命令行输入UNI。 差集 【差集】命令用于从一个实体中移去与其相交的实体而生成新的组合实体