cad2008_繪制三維圖形

1、第14章 三維零件的創(chuàng)建在前面的章節(jié)里講解了AutoCAD2008的二維制圖功能。然而真正的零件是一個(gè)有質(zhì)量、體積、重心、尺寸等關(guān)聯(lián)概念的三維實(shí)體。由于以前的軟件功能有限，只能通過有限幾個(gè)相關(guān)的二維投影圖表達(dá)自己的三維設(shè)想。而在AutoCAD2008版中AutoCAD的三維繪圖功能被大大增強(qiáng)。從本章起將介紹三維造型的一些基本概念和使用AutoCAD2008繪制三維對象的一些基礎(chǔ)知識。并輔以幾個(gè)機(jī)件的建模實(shí)例詳細(xì)講解AutoCAD2008中創(chuàng)建三維實(shí)體的一般步驟。如圖14.1所示為AutoCAD2008繪制的直齒錐齒輪模型。14.1 基本實(shí)體的創(chuàng)建 在AutoCAD中，執(zhí)行“繪圖”|“建模”菜單

2、中的子菜單，就可以繪制三維實(shí)體。在AutoCAD2008中用戶除了可以使用系統(tǒng)提供的命令創(chuàng)建一些基本實(shí)體。用戶還可以對三維實(shí)體進(jìn)行打孔、切剖等布爾運(yùn)算，從而完成真正意義上的零件實(shí)體模型。使用AutOCAD2008，用戶可以繪制一些基本實(shí)體。如多段體、長方體、球體、圓柱體、圓環(huán)體等。同時(shí)還可以使用一些命令利用二維對象來創(chuàng)建三維實(shí)體。本小節(jié)將對這些基本實(shí)體進(jìn)行講解，并列出一個(gè)創(chuàng)建該實(shí)體的最基本的步驟，本小節(jié)只講解實(shí)體部分的操作，其他步驟及曲面部分請參考相關(guān)幫助內(nèi)容。14.1.1 繪制多段體 繪制多段體與繪制多段線的方法相同。默認(rèn)情況下，多段體始終帶有一個(gè)矩形輪廓?？梢灾付ㄝ喞母叨群蛯挾取Ｊ褂枚喽?/p>

3、體命令，還可以從現(xiàn)有的直線、二維多段線、圓弧或圓創(chuàng)建多實(shí)體。多實(shí)體可以包含曲線線段，但是默認(rèn)情況下輪廓始終為矩形。繪制多段體的步驟如下。14.1.2 繪制長方體 “長方體”命令可以創(chuàng)建實(shí)體長方體。系統(tǒng)始終將長方體的底面繪制為與當(dāng)前UCS的XY平面（工作平面）平行。比較常用的繪制長方體的步驟如下。14.1.3 繪制楔體 使用“楔體”命令繪制的楔體的底面與當(dāng)前UCS的XY平面平行，斜面正對第一個(gè)角點(diǎn)。楔體的高度與Z軸平行?；趦蓚€(gè)點(diǎn)和一個(gè)高度創(chuàng)建實(shí)體楔體的步驟如下。14.1.4 繪制圓錐體“圓錐體”命令可以以圓或橢圓為底面、將底面逐漸縮小到一點(diǎn)來創(chuàng)建實(shí)體圓錐體。也可以通過逐漸縮小到與底面平行的圓或

4、橢圓平面來創(chuàng)建圓臺。默認(rèn)情況下，圓錐體的底面位于當(dāng)前UCS的XY平面上。圓錐體的高度與Z軸平行?？梢允褂谩皥A錐體”命令的“軸端點(diǎn)”選項(xiàng)確定圓錐體的高度和方向。軸端點(diǎn)是圓錐體的頂點(diǎn)或頂面的中心點(diǎn)（如果使用“頂面半徑”選項(xiàng)）。軸端點(diǎn)可以位于三維空間的任意位置。以圓作底面創(chuàng)建圓錐體的步驟如下。14.1.5 創(chuàng)建球體 “球體”命令繪制的球體中心軸平行于當(dāng)前用戶坐標(biāo)系（UCS）的Z軸。創(chuàng)建球體的步驟如下。14.1.6 創(chuàng)建圓柱體 “圓柱體”命令可以創(chuàng)建以圓或橢圓為底面的實(shí)體圓柱體。以圓為底面創(chuàng)建圓柱體的步驟如下。14.1.7 繪制圓環(huán)體 使用“圓環(huán)體”命令可以創(chuàng)建與輪胎內(nèi)胎相似的環(huán)形實(shí)體。圓環(huán)體由兩個(gè)半

5、徑值定義，一個(gè)是圓管的半徑，另一個(gè)是從圓環(huán)體中心到圓管中心的距離。創(chuàng)建圓環(huán)體的步驟如下。14.1.8 創(chuàng)建棱錐體 “棱錐體”命令可以創(chuàng)建實(shí)體棱錐體。棱錐體的側(cè)面數(shù)介于3到32之間。創(chuàng)建實(shí)體棱錐體的步驟如下。14.1.9 創(chuàng)建拉伸體 “拉伸命令”可以通過拉伸選定的封閉對象創(chuàng)建實(shí)體。拉伸對象的步驟如下。14.1.10 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)體 “旋轉(zhuǎn)”命令可以通過繞軸旋轉(zhuǎn)閉合對象來創(chuàng)建實(shí)體。繞軸旋轉(zhuǎn)對象的步驟如下。14.1.11 創(chuàng)建掃掠實(shí)體 使用掃掠命令，可以通過沿閉合的二維或三維路徑掃掠開放或閉合的平面曲線（輪廓）來創(chuàng)建新實(shí)體。掃掠命令用于沿指定路徑以指定輪廓的形狀（掃掠對象）繪制實(shí)體?？梢話呗佣鄠€(gè)對象，但

6、是這些對象必須位于同一平面中。通過沿一條路徑掃掠對象創(chuàng)建實(shí)體或曲面的步驟如下。14.1.12 創(chuàng)建放樣實(shí)體 使用“放樣”命令，可以通過對包含兩條或兩條以上橫截面曲線的一組曲線進(jìn)行放樣（繪制實(shí)體）來創(chuàng)建三維實(shí)體。橫截面定義了結(jié)果實(shí)體的輪廓（形狀）。放樣用于在橫截面之間的空間內(nèi)繪制實(shí)體。使用放樣命令時(shí)，至少必須指定兩個(gè)橫截面。通過對一組橫截面進(jìn)行放樣來創(chuàng)建實(shí)體或曲面的步驟如下。14.1.13 面域面域是具有物理特性（例如形心或質(zhì)量中心）的二維封閉區(qū)域，可以將現(xiàn)有面域組合成單個(gè)、復(fù)雜的面域來計(jì)算面積。面域是使用形成閉合環(huán)的對象創(chuàng)建的二維閉合區(qū)域。環(huán)可以是直線、多段線、圓、圓弧、橢圓、橢圓弧和樣條曲線

7、的組合。組成環(huán)的對象必須閉合或通過與其他對象共享端點(diǎn)而形成閉合的區(qū)域。使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠、放樣命令創(chuàng)建實(shí)體時(shí)，AutoCAD要求截面必須封閉。除了使用AutoCAD二維命令創(chuàng)建的矩形、圓等圖形對象可以作為截面對象創(chuàng)建該類實(shí)體外，對于復(fù)雜截面，AutoCAD提供了“面域”命令以便創(chuàng)建更復(fù)雜的截面輪廓。定義面域的步驟如下。14.2 三維自由動(dòng)態(tài)觀察器 在第13章里介紹了幾種設(shè)置視角的方法。然而在操作過程中頻繁地設(shè)置視角會(huì)影響繪圖速度。AutoCAD提供一個(gè)更加簡便的實(shí)時(shí)觀察的命令，即三維自由動(dòng)態(tài)觀察器。三維自由動(dòng)態(tài)觀察器允許用點(diǎn)輸入設(shè)備動(dòng)態(tài)地實(shí)時(shí)設(shè)置視點(diǎn)。14.2.1 使用三維自由動(dòng)態(tài)觀察器執(zhí)行

8、“視圖”|“動(dòng)態(tài)觀察”|“自由動(dòng)態(tài)觀察”命令時(shí)，UCS的圖標(biāo)將從平面的X和Y軸形式改變?yōu)槿齻€(gè)著色顯示的圓錐形箭頭坐標(biāo)軸，屏幕光標(biāo)將變?yōu)槠渌问?，在?dāng)前視口中心將出現(xiàn)一個(gè)大圓，如圖14.16所示。AutoCAD稱該大圓為軌跡圓。如果AutoCAD的柵格打開，在XY平面上的柵格點(diǎn)陣將改變?yōu)闁鸥窬€。14.2.2 相關(guān)系統(tǒng)變量系統(tǒng)默認(rèn)的動(dòng)態(tài)觀察器是一個(gè)平面的大圓，用戶可以通過修改COMPASS系統(tǒng)變量改變動(dòng)態(tài)觀察器的外觀。系統(tǒng)變量COMPASS的取值為1時(shí)，將在3DORBIT的軌跡圓內(nèi)顯示三組短劃線，每一組排列為一個(gè)圓，其平面與其他兩組垂直。圓的平面分別代表XY、ZX和YZ平面。這個(gè)羅盤如圖14.17

9、所示。14.3 三維模型的修改 在本章第一節(jié)介紹了在AutoCAD2008中如何創(chuàng)建基礎(chǔ)實(shí)體，然而一個(gè)真正的零件大部分情況下都需要再加以修改和組合以形成逼真的零件模型。在二維繪圖中介紹過的部分圖形修改命令，同樣適用于三維圖形，且操作步驟基本相同。14.3.1 三維倒角 倒角是把機(jī)件的轉(zhuǎn)角部分倒去成斜面。倒角與圓角的目的都是使金屬或堅(jiān)硬件的邊角位置不會(huì)在使用中發(fā)生碰撞而互相損害。14.3.2 三維圓角 圓角和倒角命令類似，可以對機(jī)件的棱邊進(jìn)行圓角處理，從而在兩個(gè)相鄰面之間生成一個(gè)圓滑過渡的曲面。在為幾個(gè)交于同一個(gè)點(diǎn)的棱邊修圓角時(shí)，如果圓角半徑相等，則會(huì)在該公共點(diǎn)上生成球面的一部分。14.3.3

10、分解實(shí)體 對三維圖形使用分解命令可以將三維實(shí)體對象分解為面域、體、曲面和線框?qū)ο蟆?4.3.4 剖切實(shí)體通過剖切現(xiàn)有實(shí)體可以創(chuàng)建新實(shí)體?？梢酝ㄟ^多種方式定義剪切平面，包括指定點(diǎn)或者選擇曲面或平面對象。使用剖切命令剖切實(shí)體時(shí)，可以保留剖切實(shí)體的一半或全部。剖切實(shí)體不保留創(chuàng)建它們的原始形式的歷史記錄。剖切實(shí)體保留原實(shí)體的圖層和顏色特性。剖切實(shí)體的默認(rèn)方法是：指定兩個(gè)點(diǎn)定義垂直于當(dāng)前UCS的剪切平面，然后選擇要保留的部分。也可以通過指定三個(gè)點(diǎn)，使用曲面、其他對象、當(dāng)前視圖、Z軸，或者XY平面、YZ平面或ZX平面來定義剪切平面。14.3.5 創(chuàng)建加厚實(shí)體 在AutoCAD2008中可以通過加厚曲面可以

11、從任何曲面類型創(chuàng)建三維實(shí)體。從而曲面轉(zhuǎn)換為實(shí)體。將一個(gè)或多個(gè)曲面轉(zhuǎn)換為實(shí)體的步驟如下。14.3.6 抽殼實(shí)體 與加厚命令對應(yīng)的是抽殼命令。抽殼命令可以在三維實(shí)體對象中創(chuàng)建抽殼（具有指定厚度的薄壁）。通過將現(xiàn)有面向原位置的內(nèi)部或外部偏移來創(chuàng)建新的面。偏移時(shí)，將連續(xù)相切的面看作一個(gè)面。創(chuàng)建三維實(shí)體抽殼的步驟如下。14.3.7 干涉檢查干涉檢查命令通過對比兩組對象或一對一地檢查所有實(shí)體來檢查實(shí)體模型中的干涉（三維實(shí)體相交或重疊的區(qū)域）。使用 INTERFERE 命令時(shí)，將在實(shí)體相交處創(chuàng)建和亮顯臨時(shí)實(shí)體。啟動(dòng)干涉檢查后，可以使用“干涉檢查”對話框在干涉對象之間循環(huán)以及縮放干涉對象。也可以指定在關(guān)閉對話

12、框時(shí)刪除干涉檢查的過程中創(chuàng)建的臨時(shí)干涉對象。14.4 布爾運(yùn)算布爾操作得名于19世紀(jì)英國數(shù)學(xué)家喬治布爾，他發(fā)展了邏輯理論，這些理論現(xiàn)在還廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)中。實(shí)際上所有計(jì)算機(jī)編程語言都有“或（OR）”、“與（AND）”和“異或（XOR）”三種布爾操作，同樣，AutoCAD有三條命令實(shí)現(xiàn)對實(shí)體和面域的布爾操作：并集、差集和交集。執(zhí)行“修改”|“實(shí)體編輯”命令，在其子菜單里最上面有并集、差集和交集三條命令。三條命令都比較簡單和容易理解，如圖14.26所示。雖然圖解只用了一對實(shí)體來演示布爾操作，但在多個(gè)實(shí)體時(shí)是同樣有效的。雖然我們的討論只限于實(shí)體布爾操作，對面域也是同樣有效的。但是用戶不可以在布爾操作

13、中混淆實(shí)體和面域。通常由布爾操作得到的實(shí)體屬于復(fù)合實(shí)體，因?yàn)樗辽俸袃蓚€(gè)元素。有些實(shí)體建模程序保存了原始實(shí)體的變化蹤跡，甚至能將復(fù)合實(shí)體復(fù)原成多個(gè)原始實(shí)體?？墒茿utoCAD做不到這一點(diǎn)。一旦當(dāng)一組實(shí)體的布爾操作完成以后，生成的實(shí)體就不能再回到它的原始狀態(tài)（除了用另外的修改操作，或用UNDO命令）。14.4.1 并集運(yùn)算布爾并集運(yùn)算將一組實(shí)體組合成一個(gè)實(shí)體，可能是使用率最高的布爾操作。當(dāng)調(diào)用這條命令時(shí)，AutoCAD將提示選擇要組合的實(shí)體，不會(huì)有選項(xiàng)和其他提示?？梢杂萌魏芜x擇實(shí)體的方法選取實(shí)體。你所選的對象中的非實(shí)體對象將會(huì)被忽略，但如果你所選的對象中的實(shí)體少于2個(gè)，AutoCAD將提示“至

14、少必須選擇2個(gè)實(shí)體或共面的面域”。對于面域，只有在同一平面中（共面）的面域才會(huì)被組合成一體。如果實(shí)體重迭，其共同部分將生成一個(gè)新的實(shí)體，AutoCAD會(huì)生成新實(shí)體的邊界。如果有實(shí)體互相不接觸，它們?nèi)詫⒔M成一體，盡管它們之間有間隙。有時(shí)侯互不接觸的實(shí)體間的聯(lián)合體在布爾操作時(shí)是很有用的。例如，你可以將一組圓柱體按某種形式排列后聯(lián)合成一體，用于在其他實(shí)體上生成孔。與AutoCAD的其他操作一樣，新的復(fù)合實(shí)體繼承當(dāng)前實(shí)體對象的層。如果原始實(shí)體不在同一層內(nèi)，新的復(fù)合實(shí)體繼承第一個(gè)被選實(shí)體的層，或當(dāng)用選取窗選取時(shí)，繼承最新實(shí)體的層。14.4.2 差集運(yùn)算布爾差集操作從一組相交實(shí)體的一個(gè)實(shí)體集中去除相交部分

15、?？梢杂迷撁钚藜魧?shí)體或打孔。它由差集命令進(jìn)行。首先會(huì)提示你選擇將要被切的實(shí)體。如果選取的對象不只一個(gè)，AutoCAD會(huì)自動(dòng)執(zhí)行并操作以生成一個(gè)單一的源對象。接下來會(huì)提示從源實(shí)體集中被減去的對象集，如果在選擇第二個(gè)選擇集中又恰好包含了源對象，無論第二個(gè)選擇集是否選中，AutoCAD都會(huì)執(zhí)行本操作。兩個(gè)選擇集的共同部分被去掉，第二次選擇集對象包括源對象外的任何部分也會(huì)在圖上消失。如果所選的兩個(gè)選擇集沒有共同部分，則第二選擇集對象全部消失，不會(huì)去除任何部分。如果源對象被完全包含在第二次選擇集內(nèi)，它們都將消失，AutoCAD會(huì)顯示一個(gè)信息：“沒有創(chuàng)建實(shí)體，刪除”。結(jié)果生成實(shí)體的層就是源對象的層。如果

16、選取的源對象不只一個(gè)，而它們又不是處于同一層，生成實(shí)體的層就是第一個(gè)被選實(shí)體的層，當(dāng)用選取窗同時(shí)選取多個(gè)實(shí)體時(shí)，它們中最后一個(gè)被創(chuàng)建的對象的層作為新生成實(shí)體的層。14.4.3 交集運(yùn)算 布爾交集操作由交集命令實(shí)現(xiàn)，它從一組相交實(shí)體的共同部分得到新的實(shí)體。從某種意義上可以說，它正好與并集命令相反。當(dāng)實(shí)體組合時(shí)，所有的物體都保留，只有它們的公共部分被吸收進(jìn)新的復(fù)合實(shí)體中。而在相交操作時(shí)，除了共同部分，其他都被刪去了。像并集命令一樣，交集只提示選擇要相交的實(shí)體，可以用任何選擇實(shí)體的方法選取實(shí)體。14.5 建模實(shí)例 雖然AutoCAD主要以二維為主，但在AutoCAD2007版以后，三維功能得以增強(qiáng)，

17、對于不包含復(fù)雜曲面的一般實(shí)體AutoCAD完全可以勝任，唯一的缺點(diǎn)就是后續(xù)修改不是很方便。本小節(jié)將選取直齒錐齒輪、閥門兩個(gè)常見的機(jī)械零件為例，對AutoCAD2008的三維建模進(jìn)行詳細(xì)講解。14.5.1 齒輪的建模齒輪是機(jī)械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零件。齒輪傳動(dòng)是傳遞機(jī)器動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種主要形式。它與皮帶、摩擦機(jī)械傳動(dòng)相比，具有功率范圍大、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、使用壽命長、安全可靠等特點(diǎn)，因此它已成為許多機(jī)械產(chǎn)品不可缺少的傳動(dòng)部件。齒輪的設(shè)計(jì)與制造水平將直接影響到機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量。由于它在工業(yè)發(fā)展中有突出地位，致使齒輪被公認(rèn)為工業(yè)化的一種象征。本實(shí)例選取相對較簡單的直錐齒輪的建模，模數(shù)為3，齒數(shù)31，齒形角20度，節(jié)錐角90度，大端分度圓93。根據(jù)齒輪的形狀特點(diǎn)，可以先繪制出齒輪的截面輪廓旋轉(zhuǎn)成主體，然后調(diào)整UCS繪制拉伸齒形，陣列后差集運(yùn)算。14.5.2 閥體的建模閥門是使配管和機(jī)械設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)（液體、氣體、粉末）流動(dòng)或停止、并能控制其流量的裝置。根據(jù)啟閉閥門的作用不同，閥門的分類方法很多，本實(shí)例講解的是截?cái)嚅y類中的截止閥。如圖14.1所示為繪制好的三維圖。根據(jù)其形狀可以采用先繪制主體，利用ET工具完成文字的實(shí)體建模，然后再對其內(nèi)部結(jié)