计算机辅助设计COMPUTER

第三章计算机绘图

计算机辅助设计

・计算机辅助设计（ComputerAided

Design,简称为CAD）是指工程技术人员

以计算机技术为基本工具，用各自的专

业知识，对产品进行总体设计、绘图、

分析和编写技术文档等设计活动的总称。

一般认为CAD的功能可归纳为四大类：建

立几何模型、工程分析、动态模拟、自

动绘图等。

•一个完整的CAD系统，应由科学计算、图形系

统和工程数据库等组成。

•科学计算包括有限元分析、可靠性分析、动

态分析、产品的常规设计和优化设计等；图

形系统包括几何（特征）造型、自动绘图

（二维工程图、三维实体图）、动态仿真等;

工程数据库对设计过程中需要使用和产生的

数据、图形、文档等进行存贮和管理。

目前CAD软件一般分为三维造型设计软件和二

维工程设计（或绘图）软件。三维造型设计

软件用于产品的实体造型。二维工程设计

（绘图）软件用于产品的工程图（二维平面）

设计，

§3.1AutoCAD概述

Lft么是AutoCAD

CAD(ComputerAidedDesign)的含义是指

计算机辅助设计，是计算机技术的一个重要

的应用领域。AutoCAD则是美国Autodesk企业

开发的一个交互式绘图软件，适用于二维及

三维设计、绘图的系统工具，用户可以使用

它来创建、浏览、管理、打印、输出、共享

及准确复用富含信息的设计图形。

3

AutoCAD是目前世界上应用最广的CAD软件，市场占有率位

居世界第一。AutoCAD软件具有如下特点：

X

qJ

Z具有完善的图形绘制功能。

x

—

(2z具有强大的图形编辑功能。

x

(37—可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。

\

(4l

力z可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能

I

(5支持多种硬件设备。

X

(6I

/支持多种操作平台。

(7X

I

/具有通用性、易用性，适用于各类用户。

此外，从AutoCAD2000开始，该系统又增添了许多强大的功能

,如AutoCAD设计中心(ADC)、多文档设计环境(MDE)

、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部

打开和局部加载的功能，从而使AutoCAD系统更加完善。广泛

应用于建筑、机械、测绘、电子以及航空航天等领域。

4

2.CAD的新特性

为了满足产品系列化设计的要求，即如何对具有形状结构相

似但大小不同的产品提高设计与绘图效率，近年来交互参数

化绘图软件受到了重视。

参数化设计的主体思想是用几何约束、工程方程与关系来工程设计人员

状特征，从而达到设计一簇在形状或功能上具有相似性白不需考虑细节

关CAD的科技书刊或论文中经常出现下列术语：参数化设I-而尽快草拟零

数化绘图、图形参数化等。何谓参数化设计？为了回答友

搞清参数化设计的目的。软件设计者无论采用何种方法，件图，精确图

参数化设计系统，其目的都是通过图形驱动（或尺寸驱动形由计算机自

状态下修改图形。动生成。同时

草图设计是近十年出现的新提法，具有草图设计功能可以通过变动

在设计绘图中首先进行草图设计，即不必关心线段连续是某些参数和约

水平或垂直，在草图上标出重要的尺寸，系统会自动使线

准确，从而实现尺寸驱动。草图设计与参数化设计的目&束关系来更新

草图设计的设计阶段有一定的灵活性，但有些CAD系统已设计，方便地

标捕捉功能，因此，草图设计实质上也可以统一到参数化生成系列图纸

与手工绘图相比，计算机绘图具有如下优点:

1）图形可保存在硬盘或软盘上，管理容易，不会污损

,携带方便。

2）修改图形容易，方便，快速。

3）绘图速度快，精度高

4）促进设计工作的规范化，系列化，标准化。

6

§3.2交互绘图屏幕菜单与输入法

3.2.1AutoCAD菜单

1.AutoCAD2000的绘图屏幕

2.AutoCAD采单

AutoCAD2000提供了多种绘图或编辑命令的输入和选择方法，

大家非常熟悉如图所示的Draw菜单，可以通过该菜单选择

AutoCAD2000中的大多数命令；对于已经熟悉AutoCAD

命令的用户，也可以直接从键盘输入命令。

/AutnCADHRE3I

R，a**ifcd0y^ndORH*

|)Jrf'CTB0CorapuztanLr*ByLa^etByLE3(

/MuMbrw

/.%4EoMne

4JDPd

APa|gan

QaRedm^e

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I*c

ss+Qtek

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Sf*wiPbmtt

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£anTenF^du：

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厂

国53

A，

ModalhJ

CQBMira^JKU99

Caai&and^pecxtyoppositecornerVatical-

CoaiMand8

CmM«•ctcAeUngaroStwootectiatpecAadIB^UKact*

3对话框

在下拉菜单的某些项目中，可用来显示或修改AutoCAD某些

的设定值如图层，栅格等，此即所谓的对话框。

4图标菜单

某些菜单以实际的图像显示在屏幕上，如直线图标，圆弧图标,

多边形图标等。

3.2.1AutoCAD命令的输入方法

1使用键盘

AutoCAD同以前版本一样，同时提供了图形窗口和文字窗口

;通常在图鳌窗口和状态栏之间显示其部分文本窗口和命令

行，如图所示。9

2AXbd

|l<4►lodel【XLayout1卜Layout2/1±J

Regeneratingmodel..

AutoCADmenuutilitiesloaded.

Command:•

47.0963,,0.0000SNAPGRIDORTHO|POLAR|OSNAP|OTRACKLWT[MODEL

命令行文本窗口

在AutoCAD系统中为用户提供了许多的命令，用户可以使用键

盘在命令行中的提示符“Command:"后输入AutoCAD命令，并

按回车键或空格键确认，提交给系统去执行，这与过去在DOS

系统中进行操作的情况类似。例如，在命令行中输入命令

“heIp”后回车，系统就会执行该命令,显示AutoCAD2002的

帮助信息窗口。

在命令行中输入命令时，不能在命令中间输入空

o格键，因为AutoCAD系统将命令行中空格等同于

回车。

10

2图标菜单

工具栏为用户提供了更为快捷方便地执行AutoCAD命令

的一种方式，工具栏由若干图标按钮组成，这些图标按

钮分别代表了一些常用的命令。用户直接单击工具栏上

的图标按钮就可以调用相应的命令，然后根据对话框中

的内容或命令行上的提示执行进步的操作。

1AutoCAD2002-[Drawing!,,dwg1'-Islx]

FileEditViewInsertFormatToolsDrawDimensionModifyIjna.ge也indowHelp|mx|

□Q昌q,我於电■Dec的。电•e0，--2匕阚6管a©,皎野步?土;

衿ndw曷6口o▼I□ByyerI[

iH

如

本

±l

go命令提示

+口

0u

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.〜

4/o

^o

⑥LJ

H电

U

U屋

/回

A

\z

?—Q

由AX

>>1kModel1Layout1kLayout2JJLJ*

11

弹出式工具栏

有的工具栏图标的右下角有一个小三角形符号，它表示单击该图标后将弹出

•个由多个子命令图标组成的弹出工具栏，如图所示。如果选择了弹出工具

栏中的某一个图标，那么该图标将位于弹出工具栏的顶部，并成为默认的选

项。

临时追踪点

起点

端点

中点

交点

外观交点

延伸

圆心

象限点

切点

垂足

平行

插入点

节点

最近点

元

对象捕捉设置12

3下拉菜单

AutoCAD中的菜单栏为下拉菜单，是一种级联的层次结构

o在AutoCAD窗口的菜单栏中所显示的为主菜单，用户可

在主菜单项上单击鼠标左键弹出相应的菜单项。例如单击

菜单栏中的【Tools（工具）］菜单，如图所示。

[Command:13

4重复命令

如果需要多次执行同一个命令，那么在第一次执行该命令

后，可以直接按回车键或空格键重复执行，而无需再进行

输入。

3.2.3AutoCAD数据的输入方法

1数值

许多提示要求输入数值。从键盘输入这些数值时，可用下列字符:

+-0123456789E.

数值如：-35.7,7.2E+6,2.5E-3

14

2指定点

当AutoCAD出现“point”提示时，它要求作图过程中某一点

的坐标。点是输入数据最常用的方式。

AutoCAD接受三维点（x,y,z）,但用户可省略z值，AutoCAD

会根据用户设置的当前高度自动填入z值。

键盘输入

直接输入坐标后，按空格键或回车键。

鼠标输入

利用鼠标将光标移至绘图去某点，按鼠标左键。

15

3.2.4AutoCAD的几个功能键

表1-1

功能键定义功能键定义

F1AutoCAD帮助主题F7切换栅格显示

F2切换文本/图形屏幕FS切换正交模式On/Off

F3对象捕捉On/OffF9切换光标捕捉模式。n/。江

F4切换数字化仪模式On/。丘F10切换极坐标模式。出。任

F5切换等轴侧面模式F11切换对象捕捉追踪。山0江

F6切换坐标显示01Vo任

3.2.5AutoCAD的坐标

1绝对坐标

AutoCAD声统为三维空间提供了一个绝对的坐标系，并称之

为世界坐标系(WCS,WorldCoordinateSystem),这个坐

标系存在于任何一个图形之中，并且不可更改。[6

1）笛卡尔坐标系

笛卡儿坐标系又称为直角坐标系，由一个原点（坐标为

（0,0））和两个通过原点的、相互垂直的坐标轴构成。其

中，水平方向的坐标轴为X轴，以向右为其正方向；垂

直方向的坐标轴为Y轴，以向上为其正方向。平面上任

何一点P都可以由X轴和Y轴的坐标所定义，即用一对坐

标值（x,y）来定义一个点。

笛卡儿坐标系

Y轴八

P(x,y)

原点*X轴

17

2)极坐标系

极坐标系是由一个极点和一个极轴构成，极轴的方向为水平向

右。平面上任何一点P都可以由该点到极点的连线长度L(>0

)和连线与极轴的交角a(极角，逆时针方向为正)所定义，

即用一对坐标值(Lva)来定义一个点，其中“v”表示角度。

例如，某点的极坐标为(5<30)

极坐标系

/P(L<«)

角a:

极点极轴

2相对坐标

所谓相对坐标，就是某点与相对点的相对位移值，在AutoCAD

中相对坐标用“小标识。使用相对坐标时可以使用笛卡儿坐标

,也可以使用极坐标，可根据具体情况而定。18

例如，某一直线的起点坐标为（5,5）、终点坐标为（10,5）,

则终点相对于起点的相对坐标为（@5,0），用相对极坐标表示

应为（@5<0）o

3坐标值的显示

在屏幕底部状态栏中显示当前光标所处位置的坐标值，该坐标值

有二种显不状态，如图所不。

-1520-0000

才目*主奉示乂犬:14m.GS'ZAVN7O.0.0000

P35I>tK：|i_yTii-百~1y«1z«

1）绝对坐标状态：显示光标所在位置的坐标。

2）相对极坐标状态：在相对于前一点来指定第二点时

可使用此状态。

3）关闭状态：蓝色变为灰色，并“冻结”关闭时所显示的

坐标值。19

§3.3AutoCAD绘图操作流程

1.建立一张制图或打开一张旧图

1）NEW创建新的图形

启动AutoCAD系统后，用户可以调用“new”命令来创建新

图形，该命令的调用方式为：

工具栏："Standard（标准）”饵

菜单：［File（文件）】一【New…（新建）】

命令行：new

调用该命令后，系统显示“Today（今日）”窗口，用户在

该窗口中使用样板、向导等方式创建新图形。

确定Selecthowtobegin（选择如何开始）”下拉列表框中为

"Template（样板）”项，在"RecentTemplates（最近使用的

样板）”栏中选择“acad.dwt”项，如图所示。20

AutoCAD2002Today

MyDrawings-----------------------------------------------------------------

CreateDrawings如果用户使用缺省设置

a

%创建图形，则通常使用

豆

要

差“acad.dwt”样板文件

（以英寸为单位缺省区

域为12X9英寸）或

Is"acadiso.dwt''样板（

Yourstartingpointforiop

iiy以毫米为单位缺省区域

ProductSupportLIndustryResources]CatalogsLProductivityCenterL

为420X297）o

2）打开已有的图形

用户可使用“open”命令在AutoCAD中打开已有的图形文件，该

命令的调用方式为：

工具栏："Standard（标准）”国

菜单：［File（文件）】一【Open…（打开）】

命令行：open

调用该命令后，系统将弹出"SelectFile（选择文件）”对话框

,如图所示。21

[SelectHi]巨句学1

<5=*^3XdiS.iews▼TooXs▼

名称大小I类

3文

S文

T文

M妾

.妾

E娄

文

S口

姿

ISelectInitialView

File

Filesof

2.建立绘图环境

1）设置图幅

在“Format”菜单中选择“DrawingLimits”,或直接在命令行输入

“Limits”命令，AutoCAD提示是否限定范围检查或输入限定范隹

的左下，右上坐标。设置后用“Zoom”命令并键入“All”窗口显力

该工作区。

22

菜单：【Format（格式）】一【DrawingLimits（图形界限

）1

命令行：limits

图形界限右上角点

内部

外部

左下角点

专家提示由于AutoCAD中的界限检查只是针对输入点，因此在

打开界限检查后，创建图形对象仍有可能导致图形对象的某部分

绘制在图形界限之外。例如绘制圆时，在图形界限内部指定圆心

点后，如果半径很大，则有可能部分圆弧将绘制在图形界限之外

2）设置单位制

系统缺省的数值，角度单位是十进制，可不重新设置。若想

改变可用“UNITS”命令或点取“Format”菜单，选择

“UnitsControl”选项来重新设置。

菜单：【Format（格式）］f【Units…（单位）】

命令行：units（或别名un）

24

3)图层设置

图层(Layer)是AutoCAD的一大特色。图层本身是不可见的。

可以将图层理解为透明纸，图形的不同部分可以画在不同的透

明纸上，最后将这些透明纸叠加在一起就是一张完整的图形。

图层可以设定颜色和线型，并可设定打开或关闭，冻结或解冻，

锁定或解锁等。

例如一张机械图，可把轮廓线放在一个图层上，设定颜色是白色

，线型为实线(Contiuous)；把中心线放在某一图层上，设定颜色

为绿色，线型为点画线(Center)；把尺寸标注放在某一图层上，

设定颜色为蓝色，线型为实线；这样不同类型的图素放在不同的

图层上。

25

4)设置颜色

在“Format”菜单选择“Color”，或直接在命令行输入

“DDCOLOR”命令，计算机弹出选择颜色框，确认某种颜色后,

便按此颜色绘图。

5)设置线型

在“Format”菜单选择“Linetype”，或直接在命令行输入

“DDLTYPE”命令，计算机弹出线型设置对话框选择线型。

3.绘制(DRAWING)和修改(MODIFY)

绘图命令的使用

在AutoCAD中绘制图形时应先输入相应的命令，如“line”、

“circle”等。通常用户可采用如下几种方式来输入命令：

26

1）使用工具栏上的图标，包/|等。

2）在命令行直接输入，如“line”、“circle”等命令。

3）使用菜单，如【Draw（绘图）】f[Line（直线）】、

[Draw（绘图）】一【Circle（圆）】一

[Center,Radius（圆心，半径）]等。

绘制多边形和圆弧

1.在AutoCAD中可使用“polygon”命令来绘制正多边形，其边

数最小为3,即正三角形，最多可取1024。

调用该命令的方式为：

工具栏：“Draw（绘图）”一回

菜单：“Draw（绘图）"—"Polygon（正多边形）”

命令行：polygon（或别名pol）

27

2.在AutoCAD中可使用“arc”命令来绘制圆弧。根据圆弧的几

何性质，AutoCAD提供了多种方法来绘制圆弧。首先来了解一

下圆弧的几何构成，如图所示。圆弧的几何元素除了起点（

Start）、端点（End）和圆心（Center）外，还可由这三点得

到半径（Radius）、角度（Angle）和弦长（Length）。

当用户掌握了其中某些几何元素的数据后，就可用来创建圆弧

对象，具体方法见表。

28

调用该命令的方式为：

工具栏：“Draw（绘图）”

菜单：“Draw（绘图）”一“Arc（圆弧）f子菜单，如

图所示。

命令行：arc（或别名a）

DrawDimensionffiodift/ImageWindowHelp

)Line令然y©皎卦步？a

:Ray

-------ByLayer▼

"ConstructionLine

Kultiline

Polyline

3DPolyline

Polygon

Rectangle

3joints

Circle»

Start,Center,End

Donut

S±art,Center,Angle

Spline

Start,Center,Length

Ellipse>

Start,End,Angle

Block►

Start,End,Direction

Paint►

Start,End,Radius

Hatch...

Center,Start,End

Boundary...

Center,Start,Angle

Region

Center,Start,Length

Text»

Continue29

Surfaces»

Solids►

绘制矩形和椭圆

1.矩形（Rectangle）

工具栏：“Draw（绘图）”一口I

菜单：【Draw（绘图）】—LRectangle（矩形）］

命令行：rectangle（或别名rec）、rectang

2.椭圆（Ellipse）的几何元素包括圆心、长轴和短轴，但在

AutoCAD中绘制椭圆时并不区分长轴和短轴的次序。AutoCAD

提供了两种绘制椭圆的方法：

1）中心点（Center）法：分别指定椭圆的中心点、第一

条轴的一个端点和第二条轴的一个端点来绘制椭圆。

2）轴（Axis）、端点（End）法：先指定两个点来确定

椭圆的一条轴，再指定另一条轴的端点（或半径）来绘

图椭圆。

30

调用椭圆命令的方式为：I

工具栏：“draw（绘制）”一0

菜单：【Draw（绘图）】一【Ellipse（椭圆）】一子菜单，如

图所示。

命令行：ellipse（或别名el

DrawDimensionModifyImageWindow

LineQ氢la鲜Q?G

-Ray

yZillByLayer

-ConstructionLine

Multiline

Eolyline

3DPolyline

Polygon

Rectangle

Arc

Circle►

Ronut

Spline

Ellipse,IQenter

Axis,End

Block

P^intArc

Hatch...

Boundary...

Region

Text

Surfaces

Solids31

绘制圆环和多段线

1.在AutoCAD中圆环是由宽弧线段组成的封闭多段线对象，圆

环内的填充图案显示与否取决于FILL命令的设置。

调用该命令的方式为：

菜单：【Draw（绘图）】一【Donut（圆环）】

命令行:donut（或别名do）

2.多段线（Polyline）是AutoCAD中较为重要的一种图形对象。

多段线由彼此首尾相连的、可具有不同宽度的直线段或弧线组成

，并作为单一对象使用。使用“rectang"、“polygon”、

“donut”等命令绘制的矩形、正多边形和圆环等均属于多段线对

稠年绘制多段线命令的方式为：

工具栏：“Draw（绘图）”一

菜单：【Draw（绘图）】f[Polyline（多段线）】

命令行：pline（或别名pl）

调用该命令后，系统首先提示指定多段线的起点：32

Specifystartpoint:

然后显示当前的线宽，并提示用户指定下一点或选择如下选项:

Currentline-widthis0.0000

Specifynextpointor[Arc/Halfwidth/Length/Undo/Width]:

（1）“Arc（圆弧）”：该选项可以用来绘制多段线的圆弧段，系

统进一■步提不：

[Angle/CEnter/CLose/Direction/Halfwidth/Line/Radius/Second

pt/Undo/Width]:

“Angle（角度）"：指定从起点开始的弧线段的包含角。

"Enter（圆心）”:指定弧线段的圆心。

“CLose（闭合）”：使一条带弧线段的多段线闭合。

"Direction（方向）”：指定弧线段的起点方向。

uHalfwidth（半宽）"：指定弧线段的半宽值。

“Line（直线）"：退出“arc”选项并返回上一级提示。

"Radius（半径）"：指定弧线段的半径。

"Secondpt（第二点）"：指定三点圆弧的第二点和端点。

"Undo（放弃）”：删除最近一次添加到多段线上的弧线段。

“Width（宽度）"：指定弧线的宽度值。33

"Halfwidth（半宽）”：该选项可分别指定多段线每一段起点

的半宽和端点的半宽值。所谓半宽是指多段线的中心到其一

边的宽度，即宽度的一半。改变后的取值将成为后续线段的

缺省宽度。

"Length（长度）"：以前一线段相同的角度并按指定长度绘

制直线段。如果前一线段为圆弧，AutoCAD将绘制一条直线

段与弧线段相切。

“Undo（放弃）”：删除最近一次添加到多段线上的直线段。

“Width（宽度）”：该选项可分别指定多段线每一段起点的宽

度和端点的宽度值。改变后的取值将成为后续线段的缺省宽度

34

绘制参照线和射线

1.在AutoCAD中参照线（xline）和射线（ray）统称为构造线

,主要由于绘制辅助线。AutoCAD中射线同数学中的概念类似

,是从一个指定点开始并且向一个方向无限延伸的直线。因此

,通过指定一个起点和一个通过点即可确定一条射线。

调用该命令的方式为：

菜单：【Draw（绘图）】一【Ray（射线）】

命令行：ray

AutoCAD中的参照线则类似于数学中的直线，即可以向两端无

限延伸。

调用该命令的方式为：.

工具栏：“Draw（绘图）”广；

菜单：【Draw（绘图）】一【ConstructionLine（构造线）】

命令行：xline（或别名xl）

35

多线（Multiline）是一种复合型的对象，它由1〜16条平行线（

称为元素）构成，因此也叫多重平行线。多线可具有不同的样

式（MultilineStyle）,在创建新图形时，AutoCAD自动创建一

个“Standard（标准）”多线样式作为缺省值。用户也可定义

新的多线样式。

设置多线样式的方式为：

菜单：【Format（格式）】一【MultilineStyle...（多线样式）

1

命令行：mlstyle

完成对多线样式的设置后，可调用“mline”命令来绘制多线。

该命令的调用方式为：

工具栏：“Draw（绘图）”歹I

菜单：【Draw（绘图）】—LMultiline（多线）】

命令行：mline（或别名ml）

36

绘制点和样条曲线

1.点的绘制

在AutoCAD中点对象（Point）大概是最简单的图形对象，用户

只需指定其坐标即可。虽然绘制简单，但AutoCAD仍提供了多

种绘制方式：

单点法（SinglePoint）：调用一次命令只绘制一个点

（1）多点法（MultiplePoint）：调用一次命令可绘制多个

点

八'（2）定数等分法（Divide）：将指定的对象等分为指定的

段数，并用点进行标记。

定距等分法（Measure）：将指定的对象按指定的距离等分，

并用点进行标记。

绘制点命令的调用方式为：.

工具栏：“Draw（绘图

菜单：【Draw（绘图）】f【Point（点）】一子菜单，如

图所示。：

命令行:point（或别名po）

DrawDimensionModifyImageWindowHele

Lineg一然QJ@皎建

-Ray

1ByLayerqI

-ConstructionLine

Multiline

Eolyline

3DPolyline

Polygon

Rectangle

Arc

Circle

Donut

Spline

Ellipse

Block

F&intSinglePoint

MultipleEoint

Hatch...

Boundary...Divide

RegionMeasure

2■点的设置

定AutoCAD中点的属性有两种，点的样式和点的大小。设置点

属性的命令调用方式为：

菜单：【Format（格式）1一【PointStyle…（点样式）1

命令行：ddptype

38

样条曲线的概念与绘制

AutoCAD使用的样条曲线是一种称为非均匀有理B样条曲线

（NURBS）的特殊曲线。通过指定的一系列控制点，AutoCAD

可以在指定的允差（Fittolerance）范围内把控制点拟合成光

滑的NURBS曲线。所谓充