专题7 三维CAD绘图基础

专题七

AutoCAD三维绘图基础课时：2课时要求：①理解三维坐标系

②熟悉简单三维模型的创建、修改方法

③熟悉实体布尔运算的含义2013年03月环境与土木工程学院工程CAD实验室何朝阳1.1三维坐标系1.1三维坐标系

AutoCAD采用世界坐标系（WCS）和用户坐标系（UCS）：1、世界坐标系（WCS）：世界坐标系是一种固定的坐标系，即原点和各坐标轴的方向固定不变，在三维绘图是，需要指定X、Y、Z的坐标值才能确定点的位置。用户可以通过直角坐标、柱面坐标和球面坐标的方式输入。①直角坐标：输入格式为“X,Y,Z”。1.1三维坐标系②柱面坐标：输入格式为“输入点距坐标系原点(0,0,0)的距离＜该点与坐标系原点连线在XY面上投影与X轴正方向的夹角,Z坐标值”。例如“60<45,120”,表示输入点距坐标系原点60单位，该点与坐标系原点连线在XY面上投影与X轴正方向的夹角为45°，Z坐标值为120单位。1.1三维坐标系③球面坐标：输入格式为“输入点距坐标系原点(0,0,0)的距离＜该点与坐标系原点连线在XY面上投影与X轴正方向的夹角,该点与坐标系原点连线同XY面的夹角”。例如“60<45<30”,表示输入点距坐标系原点60单位，该点与坐标系原点连线在XY面上投影与X轴正方向的夹角为45°，该点与坐标系原点连线与XY面的夹角为30°。1.1三维坐标系

2、用户坐标系（UCS）：用户坐标系是三维绘图的重要工具，由于世界坐标系是一个单一固定的坐标系，绘制三维图形的时候非常不方便，为此，CAD中允许用户创建自己的坐标系。创建用户坐标系的方法：

【菜单栏】工具→新建UCS

【命令行】UCS1.1三维坐标系恢复世界坐标系若当前为用户坐标系，需要恢复世界坐标系，可以采用如下两种方式：①【菜单栏】工具→命名UCS，打开如下对话框，选择“世界”并单击“置为当前”按钮即可。②【菜单栏】工具→新建UCS→世界，即恢复为世界坐标系。1.2三维模型概况三维模型可以分为线架造型，曲面造型以及实体造型三种。线架造型曲面造型实体造型1.2三维模型概况线架造型：用来描述三维对象的轮廓及其断面特征，主要有点、直线、曲线构成，不具有面和体的特征，但它是曲面造型的基础。曲面造型：用来描述曲面的形状，一般是将线架造型处理得到，可以显示出曲面的轮廓，而且可以展示出曲面的真实形状。实体造型：具有体的特征，由一系列的平面或复杂的曲面组成，实体造型中除包含二维图形数据外，还有体积、边界面和边等工程数据。在AutoCAD2008中，执行“绘图”→“建模”菜单中的子菜单，就可以绘制三维实体，如多段体、长方体、球体、圆柱体、圆环体等。同时还可以使用一些命令利用二维对象来创建三维实体。2.1基本实体的创建2.1.1绘制多段体绘制多段体与绘制多段线的方法相同。默认情况下，多段体始终带有一个矩形轮廓。可以指定轮廓的高度和宽度。使用多段体命令，还可以从现有的直线、二维多段线、圆弧或圆创建多实体。多实体可以包含曲线线段，但是默认情况下轮廓始终为矩形。绘制多段体的步骤如下。2.1.2绘制长方体“长方体”命令可以创建实体长方体。系统始终将长方体的底面绘制为与当前UCS的XY平面（工作平面）平行。比较常用的绘制长方体的步骤如下。2.1.3绘制楔体使用“楔体”命令绘制的楔体的底面与当前UCS的XY平面平行，斜面正对第一个角点。楔体的高度与Z轴平行。基于两个点和一个高度创建实体楔体的步骤如下。2.1.4绘制圆锥体“圆锥体”命令可以以圆或椭圆为底面、将底面逐渐缩小到一点来创建实体圆锥体。也可以通过逐渐缩小到与底面平行的圆或椭圆平面来创建圆台。默认情况下，圆锥体的底面位于当前UCS的XY平面上。圆锥体的高度与Z轴平行。可以使用“圆锥体”命令的“轴端点”选项确定圆锥体的高度和方向。轴端点是圆锥体的顶点或顶面的中心点（如果使用“顶面半径”选项）。2.1.5创建球体“球体”命令绘制的球体中心轴平行于当前用户坐标系（UCS）的Z轴。2.1.6创建圆柱体“圆柱体”命令可以创建以圆或椭圆为底面的实体圆柱体。以圆为底面创建圆柱体的步骤如下。2.1.7绘制圆环体使用“圆环体”命令可以创建与轮胎内胎相似的环形实体。圆环体由两个半径值定义，一个是圆管的半径，另一个是从圆环体中心到圆管中心的距离。2.1.8创建棱锥体“棱锥体”命令可以创建实体棱锥体。棱锥体的侧面数介于3到32之间。2.1.9创建拉伸体“拉伸命令”可以通过拉伸选定的封闭对象创建实体2.1.10创建旋转体“旋转”命令可以通过绕轴旋转闭合对象来创建实体2.1.11创建扫掠实体使用“扫掠”命令，可以通过沿闭合的二维或三维路径扫掠开放或闭合的平面曲线（轮廓）来创建新实体。扫掠命令用于沿指定路径以指定轮廓的形状（扫掠对象）绘制实体。可以扫掠多个对象，但是这些对象必须位于同一平面中。2.1.12创建放样实体使用“放样”命令，可以通过对包含两条或两条以上横截面曲线的一组曲线进行放样（绘制实体）来创建三维实体。横截面定义了结果实体的轮廓（形状）。放样用于在横截面之间的空间内绘制实体。使用放样命令时，至少必须指定两个横截面。2.1.13面域面域是具有物理特性（例如形心或质量中心）的二维封闭区域，可以将现有面域组合成单个、复杂的面域来计算面积。面域是使用形成闭合环的对象创建的二维闭合区域。环可以是直线、多段线、圆、圆弧、椭圆、椭圆弧和样条曲线的组合。组成环的对象必须闭合或通过与其他对象共享端点而形成闭合的区域。2.1.13面域使用拉伸、旋转、扫掠、放样命令创建实体时，AutoCAD要求截面必须封闭。除了使用AutoCAD二维命令创建的矩形、圆等图形对象可以作为截面对象创建该类实体外，对于复杂截面，AutoCAD提供了“面域”命令以便创建更复杂的截面轮廓。2.2三维自由动态观察器在操作过程中频繁地设置视角会影响绘图速度。AutoCAD提供一个更加简便的实时观察的命令，即三维自由动态观察器。三维自由动态观察器允许用点输入设备动态地实时设置视点。2.2.1使用三维自由动态观察器执行“视图”→“动态观察”→“自由动态观察”命令时，UCS的图标将从平面的X和Y轴形式改变为三个着色显示的圆锥形箭头坐标轴，屏幕光标将变为其他形式，在当前视口中心将出现一个大圆，如图。AutoCAD称该大圆为轨迹圆。如果AutoCAD的栅格打开，在XY平面上的栅格点阵将改变为栅格线。2.2.2相关系统变量系统默认的动态观察器是一个平面的大圆，用户可以通过修改COMPASS系统变量改变动态观察器的外观。系统变量COMPASS的取值为1时，将在3DORBIT的轨迹圆内显示三组短划线，每一组排列为一个圆，其平面与其他两组垂直。圆的平面分别代表XY、ZX和YZ平面。COMPASS=12.3三维模型的修改在本章第一节介绍了在AutoCAD中如何创建基础实体，然而一个真正的零件大部分情况下都需要再加以修改和组合以形成逼真的零件模型。在二维绘图中介绍过的部分图形修改命令，同样适用于三维图形，且操作步骤基本相同。2.3.1三维倒角倒角是把模型的转角部分倒去成斜面。2.3.2三维圆角圆角和倒角命令类似，可以对模型的棱边进行圆角处理，从而在两个相邻面之间生成一个圆滑过渡的曲面。在为几个交于同一个点的棱边修圆角时，如果圆角半径相等，则会在该公共点上生成球面的一部分。2.3.3分解实体对三维图形使用分解命令可以将三维实体对象分解为面域、体、曲面和线框对象。2.3.4剖切实体通过剖切现有实体可以创建新实体。剖切实体的默认方法是：指定两个点定义垂直于当前UCS的剪切平面，然后选择要保留的部分。也可以通过指定三个点，使用曲面、其他对象、当前视图、Z轴，或者XY平面、YZ平面或ZX平面来定义剪切平面。2.3.5创建加厚实体在AutoCAD2008中通过加厚曲面可以从任何曲面类型创建三维实体。从而曲面转换为实体。2.3.6抽壳实体与加厚命令对应的是抽壳命令。抽壳命令可以在三维实体对象中创建抽壳（具有指定厚度的薄壁）。通过将现有面向原位置的内部或外部偏移来创建新的面。偏移时，将连续相切的面看作一个面。2.3.7干涉检查干涉检查命令通过对比两组对象或一对一地检查所有实体来检查实体模型中的干涉（三维实体相交或重叠的区域）。使用INTERFERE

命令时，将在实体相交处创建和亮显临时实体。启动干涉检查后，可以使用“干涉检查”对话框在干涉对象之间循环以及缩放干涉对象。也可以指定在关闭对话框时删除干涉检查的过程中创建的临时干涉对象。2.4布尔运算布尔操作得名于19世纪英国数学家乔治·布尔，他发展了逻辑理论，这些理论现在还广泛应用于计算机中。实际上所有计算机编程语言都有“或（OR）”、“与（AND）”和“异或（XOR）”三种布尔操作。同样，AutoCAD有三条命令实现对实体和面域的布尔操作：并集、差集和交集。2.4布尔运算执行“修改”→“实体编辑”命令，在其子菜单里最上面有并集、差集和交集三条命令。通常由布尔操作得到的实体属于复合实体，因为它至少含有两个元素。一旦当一组实体的布尔操作完成以后，生成的实体就不能再回到它的原始状态（除了用另外的修改操作，或用UNDO命令）。2.4.1并集运算布尔并集运算将一组实体组合成一个实体。当调用这条命令时，AutoCAD将提示选择要组合的实体，不会有选项和其他提示。可以用任何选择实体的方法选取实体。你所选的对象中的非实体对象将会被忽略，但如果你所选的对象中的实体少于2个，AutoCAD将提示“至少必须选择2个实体或共面的面域”。对于面域，只有在同一平面中（共面）的面域才会被组合成一体。2.4.1并集运算如果所选择的实体重叠，其共同部分将生成一个新