第6章+三维机械设计基础.ppt

1、AutoCAD机械设计与范例应用,第6章三维机械设计基础,三维绘图基础 三维模型的绘制 使用工具创建实体模型 三维导航工具,AutoCAD机械设计与范例应用,三维绘图基础,三维绘图术语基础 坐标系控制 创建用户坐标系,AutoCAD机械设计与范例应用,在机械制图中经常会用到AutoCAD三维图形，三维图形给人以强烈的真实感，尤其是在进行渲染之后，这种感觉就跟照片差不多了。在产品宣传、广告片制作、科研和教学工作中有着不可替代的作用。因为AutoCAD 2007除了可以绘制二维图形之外，还可以进行零件和产品造型的三维设计。事实上，机械设计领域的三维应用已经越来越广泛了，现在的许多技术，如虚拟制造技

2、术、仿真技术等，都需要以三维图形作为基础的。,三维绘图基础,在AutoCAD中，分别有三维线框模型、三维曲面模型和三维实体模型等3类三维模型。AutoCAD提供了丰富的实体编辑和修改命令，各实体之间可进行多种布尔运算命令，从而创建出复杂形状的三维实体模型，如图6-1所示。 三维线框模型 由三维直线和曲线构成的轮廓模型，没有面和体的特征信息。线框模型中的各部分虽然可以看清楚，但不能对线框模型进行消隐、着色和渲染等操作。 三维曲面模型 由曲面组成，且曲面能够遮挡住位于曲面之后的图形，可以对曲面模型进行消隐、着色和渲染等操作。 三维实体模型 由实体命令创建的具有线、面、体特征，并有面所包围的空间，即

3、具有一定质量或体积的模型，可以对其进行消隐、着色和渲染等操作。 此外，为了使AutoCAD三维建模更加简单容易，在创建三维对象之前，需要先来讲述一下三维建模方面的一些基本术语，如用户坐标系统（UCS，User Coordinate System），它可以在绘制图形时，切换坐标系统到自己定义的UCS中，对于较复杂的图形，可将3D简化成2D的方式绘制；用于3D图形的尺寸标注也很方便。 每一个UCS都可有不同的原点，且可以将UCS定义到任意位置。正常情况下，坐标系统原点在绝对坐标（0,0,0）处，如图6-2所示，用户则可利用UCS，将原点定义到立体图形的其他位置，以简化绘图工作，如图6-3所示。,三

4、维绘图术语基础,AutoCAD机械设计与范例应用,AutoCAD机械设计与范例应用,图6-1 消隐和着色效果,图6-2 三维绘图术语,图6-3 改变视点前后的效果,三维绘图基础,坐标系控制,AutoCAD提供了两个坐标系：一个是被称为世界坐标系（WCS）的固定坐标系和个是被称为用户坐标系（UCS）的可移动坐标系。UCS对于输入坐标、定义图形平面和设置视图非常有用。改变UCS并不改变视点，只改变坐标系的方向和倾斜度。 在AutoCAD的三维坐标系中，分为X、Y、Z轴，它们的相互位置遵循右手定则。相对于二维系统坐标而言，在三维坐标系统中同样也有世界坐标系、用户坐标系等，并且同样存在相对坐标和绝对坐

5、标之分。 相对于极坐标系在三维空间中有两种扩展，一种是增加了Z轴的柱坐标系，一种是增加了与XY平面所成角度的球坐标系。柱坐标表示为（X与X轴所成的角度，Z），而球坐标将表示为（X与X 轴所成的角度与XY平面所成的角度）。 应用右手定则判断三维坐标轴的位置和方向。在三维坐标系中，如果已知下和Y轴的方向，可以使用右手定则确定Z轴的正方向。将右手手背靠近屏幕放置，大拇指指向X轴的正方向，伸出食指和中指，食指指向Y轴的正方向，中指所指示的方向即在轴的正方向。,AutoCAD机械设计与范例应用,三维绘图基础,创建用户坐标系,为在不同形体表面上作图，需要将坐标系设为当前作图面的方向和位置。且能灵活调整，使

6、三维绘图简化为二维平面绘图。 AutoCAD通常是在基于当前坐标系的XOY平面（即构造平面）上进行绘图的，在三维环境下绘图，需要在三维模型不同的平面上绘图。因此，要把当前坐标系的XOY平面变换到需要绘图的平面上，即需要创建新的用户坐标系，以便清楚、方便地创建三维模型。 用户可根据自己的实际需要定义、保存和恢复任意多个用户坐标系，创建（或变换）用户坐标系的实质就是重新确定坐标系新的原点和新的X轴、Y轴、Z轴方向。 AutoCAD提供了多种方式来创建用户坐标系，下面介绍3种用来创建用户坐标系的方式。 在命令行中直接输入“UCS”命令（大小写均可）并按“空格”键或Enter键之后，在命令的选项中进行

7、相应选择来创建用户坐标系。 选择【工具（T）】【新建UCS（W）】菜单项中的命令项，创建如图6-6所示的用户坐标系。 通过如图6-7所示的【UCS】工具栏来创建用户坐标系，这种方式比较方便快捷。,AutoCAD机械设计与范例应用,图6-6 【新建UCS（W）】菜单项,图6-7 【UCS】工具栏,三维模型的绘制,AutoCAD机械设计与范例应用,三维实体模型具有线框模型和表面模型所没有的体的特征，其内部是实心的，所以用户可以对其进行各种编辑操作，如穿孔、切割、倒角和布尔运算，也可分析其质量、体积、重心等物理特性。而且实体模型也能为一些工程应用，如数控加工、有限元分析等提供数据。 创建实体模型的方

8、法归纳起来主要有两种：一种是利用系统提供的基本实体创建对象来生成实体模型；另一种是由二维平面图形通过拉伸旋转等方式生成三维实体模型。前者只能创建一些基本实体，如长方体、圆柱体、圆椎体、球体等；而后者则可以创建出许多形状复杂的三维实体模型，如图6-9所示。,图6-9 绘制出来的三维模型,三维模型的绘制,不同的三维视图 最基本的8种三维形体 由平面图生成三维实体 布尔运算求集 三维位置操作,AutoCAD机械设计与范例应用,三维模型的绘制,不同的三维视图,AutoCAD提供了多种创建、编辑三维实体模型的命令，对三维实体不仅可以进行复制、删除、移动等操作（其操做方法与二维图形的编辑类似，不再介绍）而

9、且可以进行三维阵列、三维镜像、三维旋转、对齐等命令。在进行着三种动态观察时，可根据需要随时通过右键快捷菜单切换到其他观察模式。 另外，还可以设置视图角度，在视图点预设窗口中，以设置两个角度来决定观测点的位置，这两个角度分别是和X轴的夹角，以及和XY平面的夹角，如图6-10所示。,AutoCAD机械设计与范例应用,选择AutoCAD 2007中的【视图（V）】【三维视图（D）】【视点预置（I）】菜单项，即可打开【视点预置】对话框（左侧图像框可设置视图线与X轴的夹角；右侧图像框可设置与XY平面的夹角），如图6-11所示。 移动指针到左侧图像框的45处单击，设置夹角为45，再将右侧图像框设置夹角为1

10、0（或直接在自：X轴及XY平面栏输入角度值），设置完毕之后单击【确定】按钮，就可以看到对比图了。,图6-11 【视点预置】对话框,图6-10 使用视图设置值,三维模型的绘制,最基本的8种三维形体,在AutoCAD 2007中可直接创建出多段体、长方体、楔体、圆锥体、球体、圆柱体、棱锥面、圆环体等8种基本形体。,1多段体（POLYSOLID） 该命令可用于创建矩形轮廓的实体，也可将现有直线、二维多线段、圆弧或圆转换为具有矩形轮廓的实体。 2长方体（BOX） 该命令可通过指定空间长方体两对角点的位置来创建长方体实体，且创建的实体边或长宽高方向均与当前UCS的X、Y、Z轴平行。 3楔体（WEDGE）

11、 该命令可用于创建楔体实体，指定高度时尖括号内的值是上次创建楔体时输入的高度。 4圆锥体（CONE） 该命令可用于创建圆锥体或椭圆形锥体实体，指定高度时尖括号内的值是上次创建圆锥体时输入的高度。 5球体（SPHERE） 该命令可用于创建球体实体，按提示输入半径或直径输入相应数据即可生成球体，指定半径时，尖括号内的值是上次创建球体时输入的半径。 6圆柱体（CYLINDER） 该命令可用于创建圆柱体或椭圆柱体实体，指定半径时尖括号内的值，是上次创建圆柱体时输入的半径，而指定高度时尖括号内的值，则是上次创建圆柱体时输入的高度。 7棱锥面（PYRAMID） 该命令可用于创建实体棱锥体（创建时可以定义棱

12、锥体的侧面数），完成多边形创建后还需要指定棱锥面的高度，指定高度时尖括号内的值是上次创建棱锥面时输入的高度。 8圆环体（TOMS） 该命令可用于创建圆环形实体，指定半径时尖括号内的值，是上次创建圆环体时输入的半径，而指定圆管半径时尖括号内的值，则是上次创建圆环体时输入的圆管半径。,AutoCAD机械设计与范例应用,三维模型的绘制,由平面图生成三维实体,在AutoCAD 2007中，可采用两种由平面封闭多段线（或面域）图形作为截面，通过拉伸或旋转创建三维实体的方法。 1拉伸（EXTRUDE） 该命令主要用于由二维平面创建三维实体，指定高度时尖括号内的值是上次创建拉伸模型时输入的高度，如图6-14

13、所示。 2旋转（REVOLVE） 该命令的主要用于由二维平面绕空间轴旋转来创建三维实体。执行旋转命令时，旋转截面不能横跨旋转轴两侧，如图6-15所示。,AutoCAD机械设计与范例应用,图6-14 直线路径拉伸的图例,图6-15 曲线路径拉伸的图例,三维模型的绘制,布尔运算求集,利用AutoCAD 2007中的实体编辑布尔操作命令，可以实现实体间的并集、交集和差集运算。 1并集 该运算的作用是能把实体组合起来，创建新的实体。操作时只要将要合并的实体对象一一选择上就可以了。 2差集 该运算的作用是从实体中减去另外的实体，从而创建新的实体。 3交集 该运算的作用是将实体的公共相交部分创建为新的实体

14、，操作时只需将要求交集的实体对象一一选择上即可。 如，对两个长方体分别尝试进行并集、差集与交集运算之后，采用“概念”视觉样式来观察，即可得到如图10-45所示的结果。,AutoCAD机械设计与范例应用,图10-45 布尔运算求集图例,使用工具创建实体模型,干涉检查 实体的剖切与加厚 转化为实体 转化为曲面 提取边,在AutoCAD 2007中，除可以使用三维移动、三维旋转、三维阵列等工具创建实体模型外，还可以使用干涉检查、剖切、加厚、转化为实体、转化为曲面、提取边等工具，来改变源实体模型的特性，以创建新的实体模型。,AutoCAD机械设计与范例应用,使用工具创建实体模型,干涉检查,干涉检查是通

15、过对比两组对象或一对一地检查所有实体，来检查实体模型中的干涉（三维实体相交或重叠的区域）。还可以对包含三维实体的块以及块中的嵌套实体使用干涉检查命令“INTERFERE”（大小写均可）。 在使用“INTERFERE”命令时，将在实体相交处创建和亮显临时实体，如图6-21所示。 启动干涉检查后，系统将弹出【干涉检查】对话框来缩放干涉对象，或指定在关闭对话框时删除干涉检查过程中创建的临时干涉对象，如图6-22所示。 如果定义了单个选择集（一组对象），则“INTERFERE”将对比检查集合中的全部实体。如果定义了两个选择集（两组对象），则“INTERFERE”将对比检查第一个选择集中的实体与第二个选

16、择集中的实体。如果在两个选择集中都包括了同一个三维实体，则“INTERFERE”将此三维实体视为第一个选择集中的一部分，而在第二个选择集中将其忽略。 还可以在执行“INTERFERE”命令后选择嵌套在块和外部参照中的单个实体对象，也可以输入“S”命令并按Enter键，在弹出的【干涉设置】对话框中设置干涉对象的视觉样式、颜色和视觉样式，如图6-23所示。,AutoCAD机械设计与范例应用,AutoCAD机械设计与范例应用,图6-21 干涉检查示例图,图6-22 干涉检查对话框,图6-23 【干涉设置】对话框,使用工具创建实体模型,转化为实体,在AutoCAD 2007中，利用转化为实体命令“CO

17、NVTOSOLID”，可以将某些图形对象转换为三维拉伸实体，但“CONVTOSOLID”命令不能对含有0宽度顶点或可变宽度线段的多段线使用。 可以将如下对象转换为三维拉伸实体， 具有厚度的统一宽度多段线。 闭合的、具有厚度的零宽度多段线。 具有厚度的圆或圆环，如图6-27所示。,AutoCAD机械设计与范例应用,图6-27 转换为实体图例,使用工具创建实体模型,转化为曲面,在AutoCAD 2007中，利用转换为曲面命令“CONVTOSURFACE”，可以从图形中现有的对象创建曲面。可以转换为曲面的对象有：二维实体，面域，体，开放的、具有厚度的零宽度多段线，具有厚度的直线，具有厚度的圆弧及三维

18、平面。 可以使用“EXPLODE”命令从具有曲面的三堆实体（如圆柱体）创建曲面。如果选择集中的一个或多个对象对该命令无效，则系统将提示用户重新选择对象。 如图6-28所示即为一个将圆柱体转换为曲面的示例。,AutoCAD机械设计与范例应用,图6-28 将圆柱体转换为曲面,三维导航工具,使用三维导航工具 创建三维动态视图 在图形中漫游和飞行,在AutoCAD 2007中，对原来版本的三维观察工具进行了改进，并将三维观察工具统一放置在【三维导航】操作面板中，三维导航工具允许用户从不同的角度、高度和距离查看视图中的对象。,AutoCAD机械设计与范例应用,三维导航工具,使用三维导航工具,使用三维观察

19、和导航工具，可实现在图形中导航、为指定视图设置相机、创建动画以便与其他人共享设计，并且可以围绕三维模型进行动态观察、回旋、漫游和飞行等。 1三维动态观察 三维动态观察是指围绕目标移动，当相机位置（或视点）移动时，视图的目标将保持静止。目标点是视口的中心，而不是正在查看的对象的中心。 在AutoCAD中，三维动态观察工具可分为：受约束的动态观察、自由动态观察及连续动态观察。 2调整相机视图的工具 在AutoCAD 2007中，调整相机视图工具主要用于调整视距和回旋。,AutoCAD机械设计与范例应用,三维导航工具,创建三维动态视图,在AutoCAD 2007中动态观察视图时，可以在更改视图的同时

20、显示更改视点的效果。还可以通过只选择用于确定视图的对象，临时地简化视图。结合使用平移和缩放功能，可以在不中断当前操作的情况下更改视图。 创建三维动态视图中所使用的命令为“DVIEW”，在命令行中输入此命令后，将会显示出多个选项，下面讲述一下这些选项的功能和用法。 1【相机】选项 在命令行输入“DVIEW”命令后，即可在命令行显示的提示信息中看到相机(CA)选项，此时在命令行中提示信息后输入“CA”命令，即可启用【相机】选项。此时，用户可以指定相机的位置或输入与XY平面的夹角。 2【目标】选项 主要用于定义相机的目标点，操作方法与【相机】选项基本相同，这里不再赘述。 3【距离】选项 启用此选项的

21、方法是在命令行输入D，此时在视图窗口中，将显示一个表示相机距离的标尺，也可在命令行中直接输入具体的距离值。 4【平移】选项 这里的“平移”选项功能与三维视图中【平移】工具功能基本相同，不同之处在于：这里的“平移”选项功能执行平移操作，通过指定平移的起始点和终止点，来确定图形平移的距离。 5【扭曲】选项 该选项主要用以对当前视图进行扭曲。在命令行的提示信息中输入“TW”命令，待命令行提示：“指定视图扭曲角度”时，即可在提示信息后面输入角度值并按Enter键进行确认。 6【剪裁】选项 该选项用于调整对象的剪裁平面，剪裁平面是一个不可见的平面，在视图中位于剪裁平面之后的对象（或对象的某些部分）将不可见。 通过定位前向剪裁和后向剪裁平面（用于根据自理论相机的距离来控制对象的可见性），可以创建图形的剖面视图。可以移动垂直于相机和目标（指向相机）之间视线的剪裁平面。 剪裁将自剪裁平面的前向和后向删除对象的显示。也可在创建相机轮廓时设置剪裁平面。,AutoCAD机械设计与范例应用,The end,AutoCAD机械设计与范例应用,