CAD 绘制三维实体基础
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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。
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(Wireframe Model)
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。 表面模型（Surface Model ）
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
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；
&
1、建立用户坐标系；
2、编辑出版三维实体。
讲授8学时 上机8学时 总计16学时
的薄片圆筒遮住了后面长方体的一部分。
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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。
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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
图11-1 线框模型
图11-2 表面模型
图11-3 实体模型
的正方向，Z轴正方向用右手定则判定。
世界坐标
图11-4 表示坐标系的图标
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。
用户坐标系
!
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。
?
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 = ，距离2 =
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...
输入曲面选择选项[下一个(N)/当前(OK)] <当前>:图11-6 绘制长方体图11-7 长方体倒角
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)//世界(W)] <世界>:M 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
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>:
例介绍了建立用户坐标系常用的三种方法，在UCS 命令中有^ 图11-9 绘制上表面圆 图11-10 绘制侧面上圆
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。
图11-11 绘制侧面上圆
(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。]
(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]
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
图11-13 股子
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 .
选择对象:在立方体上单击找到 1 个
选择对象:
选择对象:在球体上单击找到 1 个
选择对象:
图11-22 长方体圆角
图11-14 立方体图11-15 绘制球图11-16 挖坑
、(b)
(a)
图11-19 三维动态观察图11-20 挖六点坑
图11-18 绘制三点坑图11-21 挖坑完成
图11-23 长方体圆角
图11-24 ISOLINES 对图形显示的影响
ISOLINES=4 ISOLINES=12
}
(a)(b)(c)
图11-26 电视塔
图11-27 环
图11-28 绘制环珠
>
图11-30 拱形体
图
11-34
旋转实体
图11-31 绘制长方形和圆
图11-32 面域计算
图11-33 路径拉伸
图11-35 绘制截面
（a）—
图11-36 180°和270°
图11-39 底板实体图11-40 圆筒端面
图11-38 平面图形
图11-37 轴承坐
（a）（b）（c）
{
图11-41 圆筒
图11-43 切割成两部分的实体图11-44 半剖的实体
图11-45 切割实体
(a)
(b)
图11-46 工字钢 (a)
^
图11-47垫块实体
(a)
(b)
图11-48创建原图形
(a)
(b)
图11-49 移动面
(a)
￥
图11-50 旋转面
图11-51 着色面、复制面
(a)(b)(c)
图11-52 抽屉实体
图11-53 抽壳、复制边
}
（a）
图11-54 制作抽屉面
图11-55 对齐面
图11-56 环形孔板
(a)(b)(c)
图11-57 平面图形%
.) <1>: 2
指定行间距(---): 100
指定列间距(|||): 100
指定层间距(...): -110
结果如图11-59所示。
3．压印
调用压印命令：
实体编辑工具栏：
下拉菜单：[修改][实体编辑][压印]
AutoCAD提示：
[
命令: _solidedit
实体编辑自动检查: SOLIDCHECK=1
输入实体编辑选项[面(F)/边(E)/体(B)/放弃(U)/退出(X)] <退出>: _body
输入体编辑选项[压印(I)/分割实体(P)/抽壳(S)/清除(L)/检查(C)/放弃(U)/退出(X)] <退出>: _imprint
选择三维实体:选择实体
选择要压印的对象:选择一个圆
是否删除源对象[是(Y)/否(N)]
选择要压印的对象:选择另一个圆
是否删除源对象[是(Y)/否(N)]
……
、
逐个选择各个圆，完成8个圆的压印。压印结果同上步，如图11-59所示。
4．拉伸面
调用“实体编辑”工具栏上的“拉伸面”命令，选择各个圆内的表面，以-10的高度拉伸表面，得到8个通孔。结果如图11-56（a）所示。
5．3D镜像
调用三维镜像命令：
下拉菜单：[修改][三维操作][三维镜像]
AutoCAD提示：
命令: _mirror3d
选择对象: 选择实体找到 1 个
选择对象:
…
指定镜像平面(三点) 的第一个点或[对象(O)/最近的(L)/Z 轴(Z)/视图(V)/XY 平面(XY)/YZ 平面(YZ)/ZX 平面(ZX)/三点(3)] <三点>:选择端面点A
在镜像平面上指定第二点:选择端面点B
在镜像平面上指定第三点:选择端面点C
是否删除源对象[是(Y)/否(N)] <否>:
图11-59 阵列圆图11-60 镜像
图11-61 环形阵列
图11-62 分割
&（b）
（c）
（a）（b）
图11-63清除
（a）