CAD如何三维建模基础
CAD如何三维建模基础
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。
11.1 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。
11.1.1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。
11.1.2 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。
11.1.3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。
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。
世界坐标系
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 ' //选择给定长宽高模式。
指定长度: 30'
指定宽度: 20'
指定高度: 20'
绘制出长30，宽20，高20的长方体，如图11-6所示。
2.倒角
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 = 0.0000，距离 2 = 0.0000
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>:' //选择默认值。
指定基面的倒角距离: 12'
指定其他曲面的倒角距离 <12.0000>:' //选择默认值12。
选择边或 [环(L)]:在AB直线上单击
3.移动坐标系，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 ' //选择移动选项。
指定新原点或 [Z 向深度(Z)] <0,0,0>: <对象捕捉开>选择F点单击
也可直接调用“移动坐标系”命令：
UCS工具栏：
下拉菜单：[工具][移动UCS(V)]
(2)绘制表面圆
打开“对象追踪”、“对象捕捉”， 调用圆命令，捕捉上表面的中心点，以5 为半径绘制上表面的圆。结果如图11-9所示。
4.三点法建立坐标系，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 ' //新建坐标系。
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>: 3'
//选择三点方式。
指定新原点 <0,0,0>:在H点上单击
在正 X 轴范围上指定点 <50.9844,-27.3562,12.7279>:在G点单击
在 UCS XY 平面的正 Y 轴范围上指定点 <49.9844,-26.3562,12.7279>:在C点单击
也可用下面两种方法直接调用“三点法”建立用户坐标系
UCS工具栏：
下拉菜单：[工具][新建UCS(W)][三点(3)]
(2)绘制圆
方法同第3步。
5.以所选实体表面建立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>:' //接受图示结果。
(2)绘制圆
方法同上步，完成图11-5所示图形。
补充知识：
1.本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：
(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>:
l 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。
l 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。
l 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。
l 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。
l 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。
l 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。
l 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。
(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。