CAD如何三維建?；A(chǔ)

　　AutoCAD除具有強(qiáng)大的二維繪圖功能外，還具備基本的三維造型能力。若物體并無(wú)復(fù)雜的外表曲面及多變的空間結(jié)構(gòu)關(guān)系，則使用AutoCAD可以很方便地建立物體的三維模型。本章我們將介紹AutoCAD三維繪圖的基本知識(shí)。

　　11.1 三維幾何模型分類

　　在AutoCAD中，用戶可以創(chuàng)建3種類型的三維模型：線框模型、表面模型及實(shí)體模型。這3種模型在計(jì)算機(jī)上的顯示方式是相同的，即以線架結(jié)構(gòu)顯示出來(lái)，但用戶可用特定命令使表面模型及實(shí)體模型的真實(shí)性表現(xiàn)出來(lái)。

　　11.1.1線框模型(Wireframe Model)

　　線框模型是一種輪廓模型，它是用線(3D空間的直線及曲線)表達(dá)三維立體，不包含面及體的信息。不能使該模型消隱或著色。又由于其不含有體的數(shù)據(jù)，用戶也不能得到對(duì)象的質(zhì)量、重心、體積、慣性矩等物理特性，不能進(jìn)行布爾運(yùn)算。圖11-1顯示了立體的線框模型，在消隱模式下也看到后面的線。但線框模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于繪制。

　　11.1.2 表面模型(Surface Model)

　　表面模型是用物體的表面表示物體。表面模型具有面及三維立體邊界信息。表面不透明，能遮擋光線，因而表面模型可以被渲染及消隱。對(duì)于計(jì)算機(jī)輔助加工，用戶還可以根據(jù)零件的表面模型形成完整的加工信息。但是不能進(jìn)行布爾運(yùn)算。如圖11-2所示是兩個(gè)表面模型的消隱效果，前面的薄片圓筒遮住了后面長(zhǎng)方體的一部分。

　　11.1.3實(shí)體模型

　　實(shí)體模型具有線、表面、體的全部信息。對(duì)于此類模型，可以區(qū)分對(duì)象的內(nèi)部及外部，可以對(duì)它進(jìn)行打孔、切槽和添加材料等布爾運(yùn)算，對(duì)實(shí)體裝配進(jìn)行干涉檢查，分析模型的質(zhì)量特性，如質(zhì)心、體積和慣性矩。對(duì)于計(jì)算機(jī)輔助加工，用戶還可利用實(shí)體模型的數(shù)據(jù)生成數(shù)控加工代碼，進(jìn)行數(shù)控刀具軌跡仿真加工等。如圖11-3所示是實(shí)體模型。

　　11.2 三維坐標(biāo)系實(shí)例——三維坐標(biāo)系、長(zhǎng)方體、倒角、刪除面

　　AutoCAD的坐標(biāo)系統(tǒng)是三維笛卡兒直角坐標(biāo)系，分為世界坐標(biāo)系(WCS)和用戶坐標(biāo)系(UCS)。圖11-4表示的是兩種坐標(biāo)系下的圖標(biāo)。 圖中“X”或“Y”的剪頭方向表示當(dāng)前坐標(biāo)軸X軸或Y軸的正方向，Z軸正方向用右手定則判定。

　　世界坐標(biāo)系

　　缺省狀態(tài)時(shí)，AutoCAD的坐標(biāo)系是世界坐標(biāo)系。世界坐標(biāo)系是唯一的，固定不變的，對(duì)于二維繪圖，在大多數(shù)情況下，世界坐標(biāo)系就能滿足作圖需要，但若是創(chuàng)建三維模型，就不太方便了，因?yàn)橛脩舫３Ｒ诓煌矫婊蚴茄啬硞€(gè)方向繪制結(jié)構(gòu)。如繪制圖11-5所示的圖形，在世界坐標(biāo)系下是不能完成的。此時(shí)需要以繪圖的平面為XY坐標(biāo)平面，創(chuàng)建新的坐標(biāo)系，然后再調(diào)用繪圖命令繪制圖形。

　　用戶坐標(biāo)系

　　任務(wù)：繪制實(shí)體。

　　目的：通過(guò)繪制此圖形，學(xué)習(xí)長(zhǎng)方體命令、實(shí)體倒角、刪除面命令和用戶坐標(biāo)系的建立方法。

　　知識(shí)的儲(chǔ)備：基本繪圖命令和對(duì)象捕捉、對(duì)象追蹤的應(yīng)用。

　　繪圖步驟分解：

　　1.繪制長(zhǎng)方體

　　調(diào)用長(zhǎng)方體命令：

　　實(shí)體工具欄：

　　下拉菜單：[繪圖][實(shí)體] [長(zhǎng)方體]

　　命令窗口：BOX '

　　AutoCAD提示：

　　指定長(zhǎng)方體的角點(diǎn)或 [中心點(diǎn)(CE)] <0,0,0>:在屏幕上任意點(diǎn)單擊

　　指定角點(diǎn)或 [立方體(C)/長(zhǎng)度(L)]:L ' //選擇給定長(zhǎng)寬高模式。

　　指定長(zhǎng)度: 30'

　　指定寬度: 20'

　　指定高度: 20'

　　繪制出長(zhǎng)30，寬20，高20的長(zhǎng)方體，如圖11-6所示。

　　2.倒角

　　用于二維圖形的倒角、圓角編輯命令在三維圖中仍然可用。單擊“編輯”工具欄上的倒角按鈕，調(diào)用倒角命令：

　　命令: _chamfer

　　(“修剪”模式) 當(dāng)前倒角距離 1 = 0.0000，距離 2 = 0.0000

　　選擇第一條直線或 [多段線(P)/距離(D)/角度(A)/修剪(T)/方式(M)/多個(gè)(U)]:在AB直線上單擊

　　基面選擇...

　　輸入曲面選擇選項(xiàng) [下一個(gè)(N)/當(dāng)前(OK)] <當(dāng)前>:' //選擇默認(rèn)值。

　　指定基面的倒角距離: 12'

　　指定其他曲面的倒角距離 <12.0000>:' //選擇默認(rèn)值12。

　　選擇邊或 [環(huán)(L)]:在AB直線上單擊

　　3.移動(dòng)坐標(biāo)系，繪制上表面圓

　　因?yàn)锳utoCAD只可以在XY平面上畫(huà)圖，要繪制上表面上的圖形，則需要建立用戶坐標(biāo)系。由于世界坐標(biāo)系的XY面與CDEF面平行，且X軸、Y軸又分別與四邊形CDEF的邊平行，因此只要把世界坐標(biāo)系移到CDEF面上即可。移動(dòng)坐標(biāo)系，只改變坐標(biāo)原點(diǎn)的位置，不改變X、Y軸的方向。如圖11-8所示。

　　(1)移動(dòng)坐標(biāo)系

　　在命令窗口輸入命令動(dòng)詞“UCS”，AutoCAD提示：

　　命令: ucs

　　當(dāng)前 UCS 名稱: *世界*

　　輸入選項(xiàng)

　　[新建(N)/移動(dòng)(M)/正交(G)/上一個(gè)(P)/恢復(fù)(R)/保存(S)/刪除(D)/應(yīng)用(A)/?/世界(W)] <世界>:M ' //選擇移動(dòng)選項(xiàng)。

　　指定新原點(diǎn)或 [Z 向深度(Z)] <0,0,0>: <對(duì)象捕捉開(kāi)>選擇F點(diǎn)單擊

　　也可直接調(diào)用“移動(dòng)坐標(biāo)系”命令：

　　UCS工具欄：

　　下拉菜單：[工具][移動(dòng)UCS(V)]

　　(2)繪制表面圓

　　打開(kāi)“對(duì)象追蹤”、“對(duì)象捕捉”， 調(diào)用圓命令，捕捉上表面的中心點(diǎn)，以5 為半徑繪制上表面的圓。結(jié)果如圖11-9所示。

　　4.三點(diǎn)法建立坐標(biāo)系，繪制斜面上圓

　　(1)三點(diǎn)法建立用戶坐標(biāo)系

　　命令窗口輸入命令動(dòng)詞“UCS”

　　命令: ucs

　　當(dāng)前 UCS 名稱: *沒(méi)有名稱*

　　輸入選項(xiàng) [新建(N)/移動(dòng)(M)/正交(G)/上一個(gè)(P)/恢復(fù)(R)/保存(S)/刪除(D)/應(yīng)用(A)/?/世界(W)] <世界>:N ' //新建坐標(biāo)系。

　　指定新UCS的原點(diǎn)或[Z軸(ZA)/三點(diǎn)(3)/對(duì)象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z] <0,0,0>: 3'

　　//選擇三點(diǎn)方式。

　　指定新原點(diǎn) <0,0,0>:在H點(diǎn)上單擊

　　在正 X 軸范圍上指定點(diǎn) <50.9844,-27.3562,12.7279>:在G點(diǎn)單擊

　　在 UCS XY 平面的正 Y 軸范圍上指定點(diǎn) <49.9844,-26.3562,12.7279>:在C點(diǎn)單擊

　　也可用下面兩種方法直接調(diào)用“三點(diǎn)法”建立用戶坐標(biāo)系

　　UCS工具欄：

　　下拉菜單：[工具][新建UCS(W)][三點(diǎn)(3)]

　　(2)繪制圓

　　方法同第3步。

　　5.以所選實(shí)體表面建立UCS，在側(cè)面上畫(huà)圓

　　(1)選擇實(shí)體表面建立UCS

　　在命令窗口輸入U(xiǎn)CS，調(diào)用用戶坐標(biāo)系命令：

　　命令: ucs

　　當(dāng)前 UCS 名稱: *世界*

　　輸入選項(xiàng) [新建(N)/移動(dòng)(M)/正交(G)/上一個(gè)(P)/恢復(fù)(R)/保存(S)/刪除(D)/應(yīng)用(A)/?/世界(W)] <世界>: N'

　　指定UCS的原點(diǎn)或[Z 軸(ZA)/三點(diǎn)(3)/對(duì)象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z]<0,0,0>:F'

　　選擇實(shí)體對(duì)象的面:在側(cè)面上接近底邊處拾取實(shí)體表面

　　輸入選項(xiàng) [下一個(gè)(N)/X 軸反向(X)/Y 軸反向(Y)] <接受>:' //接受圖示結(jié)果。

　　(2)繪制圓

　　方法同上步，完成圖11-5所示圖形。

　　補(bǔ)充知識(shí)：

　　1.本例介紹了建立用戶坐標(biāo)系常用的三種方法，在UCS命令中有許多選項(xiàng):

　　[新建(N)/移動(dòng)(M)/正交(G)/上一個(gè)(P)/恢復(fù)(R)/保存(S)/刪除(D)/應(yīng)用(A)/?/世界(W)] ,各選項(xiàng)功能如下：

　　(1)新建(N)：創(chuàng)建一個(gè)新的坐標(biāo)系，選擇該選項(xiàng)后，AutoCAD繼續(xù)提示：

　　指定新 UCS 的原點(diǎn)或 [Z 軸(ZA)/三點(diǎn)(3)/對(duì)象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z] <0,0,0>:

　　l 指定新UCS 的原點(diǎn)：將原坐標(biāo)系平移到指定原點(diǎn)處，新坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸與原坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸方向相同。

　　l Z 軸(ZA)：通過(guò)指定新坐標(biāo)系的原點(diǎn)及Z軸正方向上的一點(diǎn)來(lái)建立坐標(biāo)系。

　　l 三點(diǎn)(3)：用三點(diǎn)來(lái)建立坐標(biāo)系，第一點(diǎn)為新坐標(biāo)系的原點(diǎn)，第二點(diǎn)為X軸正方向上的一點(diǎn)，第三點(diǎn)為Y軸正方向上的一點(diǎn)。

　　l 對(duì)象(OB)：根據(jù)選定三維對(duì)象定義新的坐標(biāo)系。此選項(xiàng)不能用于下列對(duì)象：三維實(shí)體、三維多段線、三維網(wǎng)格、視口、多線、面域、樣條曲線、橢圓、射線、構(gòu)造線、引線、多行文字。對(duì)于非三維面的對(duì)象，新 UCS 的 XY 平面與繪制該對(duì)象時(shí)生效的 XY 平面平行，但 X 軸和 Y 軸可作不同的旋轉(zhuǎn)。如選擇圓為對(duì)象，則圓的圓心成為新 UCS 的原點(diǎn)。X 軸通過(guò)選擇點(diǎn)。

　　l 面(F)：將 UCS 與實(shí)體對(duì)象的選定面對(duì)齊。在選擇面的邊界內(nèi)或面的邊上單擊，被選中的面將亮顯，UCS 的 X 軸將與找到的第一個(gè)面上的最近的邊對(duì)齊。

　　l 視圖(V)：以垂直于觀察方向的平面為XY平面，建立新的坐標(biāo)系。UCS原點(diǎn)保持不變。

　　l X/Y/Z：將當(dāng)前 UCS繞指定軸旋轉(zhuǎn)一定的角度。

　　(2)移動(dòng)(M)：通過(guò)平移當(dāng)前 UCS 的原點(diǎn)重新定義 UCS，但保留其 XY 平面的方向不變。

　　(3)正交(G)：指定 AutoCAD 提供的六個(gè)正交 UCS 之一。這些 UCS 設(shè)置通常用于查看和編輯三維模型。

　　(4)上一個(gè)(P)：恢復(fù)上一個(gè)UCS。AutoCAD 保存創(chuàng)建的最后 10 個(gè)坐標(biāo)系。重復(fù)“上一個(gè)”選項(xiàng)逐步返回上一個(gè)坐標(biāo)系。

　　(5)恢復(fù)(R)：恢復(fù)已保存的 UCS 使它成為當(dāng)前 UCS;恢復(fù)已保存的 UCS 并不重新建立在保存 UCS 時(shí)生效的觀察方向。

　　(6)保存(S)：把當(dāng)前 UCS 按指定名稱保存。

　　(7)刪除(D)：從已保存的用戶坐標(biāo)系列表中刪除指定的 UCS。

　　(8)應(yīng)用(A)：其他視口保存有不同的 UCS 時(shí);將當(dāng)前 UCS 設(shè)置應(yīng)用到指定的視口或所有活動(dòng)視口。

　　(9)?：列出用戶定義坐標(biāo)系的名稱，并列出每個(gè)保存的 UCS 相對(duì)于當(dāng)前 UCS 的原點(diǎn)以及 X、Y 和 Z 軸。

　　(10)世界(W)：將當(dāng)前用戶坐標(biāo)系設(shè)置為世界坐標(biāo)系。