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机械CAD操作指导(6)三维建模  

2015-03-14 09:49:30|  分类: CAD基础教程 |  标签: |举报 |字号 订阅

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机械CAD操作指导(6)三维建模 - 品味人生 - 品味人生博客
一、理论基础

    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。

    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。

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7-1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。

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7-2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。

机械CAD操作指导(6)三维建模机械CAD操作指导(6)三维建模

图7-1  线框模型        图7-2  表面模型

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7-3所示是实体模型。

机械CAD操作指导(6)三维建模

图7-3  实体模型

二、CAD实训

1. 绘制如图7-5所示的实体。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。

    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7-4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。

机械CAD操作指导(6)三维建模机械CAD操作指导(6)三维建模     机械CAD操作指导(6)三维建模机械CAD操作指导(6)三维建模机械CAD操作指导(6)三维建模

图7-4  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7-5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。

机械CAD操作指导(6)三维建模

图7-5  在用户坐标系下绘图

    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>:

    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7-6所示。

机械CAD操作指导(6)三维建模

图7-6 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:机械CAD操作指导(6)三维建模

    下拉菜单:[修改][实体编辑][删除面]

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[参考步骤]

1)绘制长方体

    调用长方体命令:

    实体工具栏:机械CAD操作指导(6)三维建模

    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7-7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

    结果如图7-8所示。

机械CAD操作指导(6)三维建模

图7-7  绘制长方体图              7-8 长方体倒角

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7-9所示。

(1)移动坐标系

    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:机械CAD操作指导(6)三维建模

    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7-10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: 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:机械CAD操作指导(6)三维建模

    下拉菜单:[工具][新建UCS(W)][三点(3)]

(2)绘制圆

    方法同第3步,结果如图7-10所示。

机械CAD操作指导(6)三维建模    机械CAD操作指导(6)三维建模

图7-9 改变坐标系              图7-10 绘制上表面圆

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

    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。

    结果如图7-8所示。

(2)绘制圆

    方法同上步,完成图7-11所示图形。

机械CAD操作指导(6)三维建模

图7-11 绘制侧面上圆

2. 绘制如图7-12所示的实体。通过绘制此图形,学习二维图形创建实体中拉伸命令的使用。

 

机械CAD操作指导(6)三维建模

图7-12  拱形体

1)命令选项:

    路径(P):对拉伸对象沿路径拉伸。可以为路径的对象有:直线、圆、椭圆、圆弧、椭圆弧、多段线、样条曲线等。

2)可以拉伸的对象有:圆、椭圆、正多边形、用矩形命令绘制的矩形、封闭的样条曲线、封闭的多段线、面域等。

3)路径与截面不能在同一平面内,二者一般分别在两个相互垂直的平面内,如图7-13所示。圆为拉伸对象,样条曲线和矩形为路径。

机械CAD操作指导(6)三维建模

图7-13 路径拉伸

4)当指定拉伸高度为正时,沿Z轴正方向拉伸;当给定高度值为负时,沿Z轴反方向拉伸。

5)拉伸的倾斜角度:在-90°和+90°之间。

6)含有宽度的多段线在拉伸时宽度被忽略,沿线宽中心拉伸。含有厚度的对象,拉伸时厚度被忽略。

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[参考步骤]

1)画端面图形

(1)调用矩形命令,绘制长方形,长100,宽80。

(2)调用圆命令,绘制直径为60的圆。将视图方向调整到“西南等轴测”方向,如图7-14所示。

(3)创建面域

    调用面域命令::

    绘图工具栏:机械CAD操作指导(6)三维建模

    下拉菜单:[绘图][面域]

    命令窗口:REGION '

    选择对象: 选择长方形和圆  找到 2 个

    选择对象: '      //结束选择

    已提取 2 个环。

    已创建 2 个面域。

(4)布尔运算

    单击“实体编辑工具栏”上的差集运算命令按钮,用长方形面域减去圆形面域,结果如图7-15所示。

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图7-14  绘制长方形和圆                  图7-15  面域计算

2)拉伸面域

    调用拉伸命令:

    实体工具栏: 机械CAD操作指导(6)三维建模

    下拉菜单:[绘图][实体][拉伸]

    命令窗口: EXTRUDE '

    命令: _extrude

    当前线框密度:  ISOLINES=4

    选择对象:在面域线框上单击 找到 1 个

    选择对象: '                                  

    指定拉伸高度或 [路径(P)]: 20'

    指定拉伸的倾斜角度 <0>:'

    完成图形如图7-12所示。

3. 绘制如图7-16所示的实体。通过绘制此图形,学习二维图形创建实体中旋转命令的使用。

 

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图7-16 旋转实体

1)命令选项:

    定义轴依照:捕捉两个端点指定旋转轴,旋转轴方向从先捕捉点指向后捕捉点。

    对象(O):选择一条已有的直线作为旋转轴。

    X 轴(X)或Y 轴(Y):选择绕X或Y轴旋转。

2)旋转轴方向:

    捕捉两个端点指定旋转轴时,旋转轴方向从先捕捉点指向后捕捉点。

    选择已知直线为旋转轴时,旋转轴的方向从直线距离坐标原点较近的一端指向较远的一端。

3)旋转方向:旋转角度正向符合右手螺旋法则,即用右手握住旋转轴线,大拇指指向旋转轴正向,四指指向为旋转角度方向。

4)旋转角度为0°~ 360°之间,图7-17中为旋转角度为180°和270°时的情况。

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图7-17  180°和270°旋转

[参考步骤]

1)画回转截面

    新建一张图,视图方向调整到主视图方向,绘制图7-18(a)所示的封闭图形,再绘制辅助直线AC,BD,如图7-18(b)所示。

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(a)                     (b)

图7-18  绘制截面

2)旋转生成实体

    调用旋转命令:

    实体工具栏: 机械CAD操作指导(6)三维建模

    下拉菜单:[绘图][实体][旋转]

     命令窗口: REVOLVE '

    命令: _revolve

    当前线框密度:  ISOLINES=4

    选择对象:选择封闭线框 找到 1 个

    选择对象: '         //结束选择。

    指定旋转轴的起点或

    定义轴依照 [对象(O)/X 轴(X)/Y 轴(Y)]: 选择端点C     //按定义轴旋转。

    指定轴端点:选择端点D

    指定旋转角度 <360>:'   //接受默认,按360°旋转。

3)将辅助线AC、BD删除。

    得到如图7-16所示效果的图。

4.   绘制图7-17三维图

 

机械CAD操作指导(6)三维建模图7-18  三维房子

5.   保存所绘三维图。

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