CAD 绘制三维实体基础
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，前面的薄片圆筒遮住了后面长方体的一部分。
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。
图11-1 线框模型 图11-2 表面模型
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
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 轴的正方向，Z 轴正方向用右手定则判定。
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。
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
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
图11-3 实体模型
图11-4 表示坐标系的图标 用户坐标系
世界坐标
图11-5 在用户坐标系下绘图 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。
(“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>: 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：
图11-6 绘制长方体
图11-7 长方体倒角
图11-8 改变坐标系 图11-9 绘制上表面圆
(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
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
图11-13 股子 图11-12 视图工具栏
图11-34 旋转实体
选择对象: .) <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]
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 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 图11-17 挖两点坑 (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 图11-25 布尔运算
图11-26 电视塔
图11-27 环 图11-28 绘制环珠 图11-29 阵列准备图11-31 绘制长方形和圆 图11-32 面域计算 图11-30 拱形体 图11-33 路径拉伸 图11-35 绘制截面 （a ） （b ） 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11-42 完整的实体. 图11-41 圆筒 图11-43 切割成两部分的实体 图11-37 轴承坐 （a ） （b ） （c ） 图11-44 半剖的实体 图11-45 切割实体 (a) (b) 图11-46 工字钢 (a) (b) 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) (b) 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 (b) （a ）
图11-54 制作抽屉面 图11-55 对齐面 图11-57 平面图形 图11-58 绘制表面圆 图11-56 环形孔板 (a) (b)
(c)
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>: 切 （1）剖切实体成前后两部分 调用“剖切”命令：
命令: _slice
选择对象: 找到 1 个 选择对象:
指定切面上的第一个点，依照 [对象(O)/Z 轴(Z)/视图(V)/XY 平面(XY)/YZ 平面(YZ)/ZX 平面(ZX)/三点(3)] <三点>:选择中点A
指定平面上的第二个点:选择中点B
指定平面上的第三个点:选择中点C 在要保留的一侧指定点或 [保留两侧(B)]: B 结果如图11-74(a)所示。
（2）剖切前半个实体 调用剖切命令：
命令: _slice
选择对象: 选择前半个箱体 找到 1 个
选择对象:
指定切面上的第一个点，依照 [对象(O)/Z 轴(Z)/视图(V)/XY 平面(XY)/YZ 平面(YZ)/ZX 平面(ZX)/三点(3)] <三点>:选择中点D
指定平面上的第二个点: 选择中点F
指定平面上的第三个点: 选择中点E
在要保留的一侧指定点或 [保留两侧(B)]: 在右侧单击
结果如图11-74（b ）所示。
（3）合并实体
调用 “并集”命令，将剖切后的实体合并成一个，结果如图11-64(b)所示。
图11-59 阵列圆 图11-60 镜像 图11-61 环形阵列 图11-62 分割 （a ） （b ） （c ） 图11-63清除 （a ） （b ）
图11-64箱体 （a ） （b ） 图11-65倒圆角长方体 图11-66抽壳 图11-67耳板端面 图11-68拉伸耳板 图11-69 镜像耳板 图11-70旋转箱体 图11-71 创建顶面方孔 （a ）
（b ） （c ） 图11-72
创建凸台 （a ） （b ） 图11-74 倒圆角 （a ） （b ）
图11-73 倒圆角 （a ） （b ）