機械CAD教程（6）三維建模

今天來給大家介紹下浩辰機械CAD中的三維建模，希望能夠給大家帶來幫助。

一、理論基礎

    浩辰CAD除具有強大的二維繪圖功能外，還具備基本的三維造型能力。若物體并無復雜的外表曲面及多變的空間結構關系，則使用浩辰CAD可以很方便地建立物體的三維模型。

    在浩辰CAD中，用戶可以創建3種類型的三維模型：線框模型、表面模型及實體模型。這3種模型在計算機上的顯示方式是相同的，即以線架結構顯示出來，但用戶可用特定命令使表面模型及實體模型的真實性表現出來。

1）線框模型(Wireframe Model)

    線框模型是一種輪廓模型，它是用線（3D空間的直線及曲線）表達三維立體，不包含面及體的信息。不能使該模型消隱或著色。又由于其不含有體的數據，用戶也不能得到對象的質量、重心、體積、慣性矩等物理特性，不能進行布爾運算。圖7-1顯示了立體的線框模型，在消隱模式下也看到后面的線。但線框模型結構簡單，易于繪制。

2）表面模型（Surface Model）

    表面模型是用物體的表面表示物體。表面模型具有面及三維立體邊界信息。表面不透明，能遮擋光線，因而表面模型可以被渲染及消隱。對于計算機輔助加工，用戶還可以根據零件的表面模型形成完整的加工信息。但是不能進行布爾運算。如圖7-2所示是兩個表面模型的消隱效果，前面的薄片圓筒遮住了后面長方體的一部分。

圖7-1  線框模型        圖7-2  表面模型

3）實體模型

    實體模型具有線、表面、體的全部信息。對于此類模型，可以區分對象的內部及外部，可以對它進行打孔、切槽和添加材料等布爾運算，對實體裝配進行干涉檢查，分析模型的質量特性，如質心、體積和慣性矩。對于計算機輔助加工，用戶還可利用實體模型的數據生成數控加工代碼，進行數控刀具軌跡仿真加工等。如圖7-3所示是實體模型。

圖7-3  實體模型

二、CAD實訓

1. 繪制如圖7-5所示的實體。通過繪制此圖形，學習長方體命令、實體倒角、刪除面命令和用戶坐標系的建立方法。

    浩辰CAD的坐標系統是三維笛卡兒直角坐標系，分為世界坐標系（WCS）和用戶坐標系（UCS）。圖7-4表示的是兩種坐標系下的圖標。  圖中“X”或“Y”的剪頭方向表示當前坐標軸X軸或Y軸的正方向，Z軸正方向用右手定則判定。

圖7-4  表示坐標系的圖標

缺省狀態時，浩辰CAD的坐標系是世界坐標系。世界坐標系是唯一的，固定不變的，對于二維繪圖，在大多數情況下，世界坐標系就能滿足作圖需要，但若是創建三維模型，就不太方便了，因為用戶常常要在不同平面或是沿某個方向繪制結構。如繪制圖7-5所示的圖形，在世界坐標系下是不能完成的。此時需要以繪圖的平面為XY坐標平面，創建新的坐標系，然后再調用繪圖命令繪制圖形。

圖7-5  在用戶坐標系下繪圖

    在UCS命令中有許多選項:

[新建(N)/移動(M)/正交(G)/上一個(P)/恢復(R)/保存(S)/刪除(D)/應用(A)/?/世界(W)] ,各選項功能如下：

(1)新建(N)：創建一個新的坐標系，選擇該選項后，浩辰CAD繼續提示：

指定新 UCS 的原點或 [Z 軸(ZA)/三點(3)/對象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z] <0,0,0>:

    指定新UCS 的原點：將原坐標系平移到指定原點處，新坐標系的坐標軸與原坐標系的坐標軸方向相同。

    Z 軸(ZA)：通過指定新坐標系的原點及Z軸正方向上的一點來建立坐標系。

    三點(3)：用三點來建立坐標系，第一點為新坐標系的原點，第二點為X軸正方向上的一點，第三點為Y軸正方向上的一點。

    對象(OB)：根據選定三維對象定義新的坐標系。此選項不能用于下列對象：三維實體、三維多段線、三維網格、視口、多線、面域、樣條曲線、橢圓、射線、構造線、引線、多行文字。對于非三維面的對象，新 UCS 的 XY 平面與繪制該對象時生效的 XY 平面平行，但 X 軸和 Y 軸可作不同的旋轉。如選擇圓為對象，則圓的圓心成為新 UCS 的原點。X 軸通過選擇點。

    面(F)：將 UCS 與實體對象的選定面對齊。在選擇面的邊界內或面的邊上單擊，被選中的面將亮顯，UCS 的 X 軸將與找到的第一個面上的最近的邊對齊。

    視圖(V)：以垂直于觀察方向的平面為XY平面，建立新的坐標系。UCS原點保持不變。

    X/Y/Z：將當前 UCS繞指定軸旋轉一定的角度。

(2)移動(M)：通過平移當前 UCS 的原點重新定義 UCS，但保留其 XY 平面的方向不變。

(3)正交(G)：指定 浩辰CAD 提供的六個正交 UCS 之一。這些 UCS 設置通常用于查看和編輯三維模型。如圖7-6所示。

圖7-6 繪制側面上圓 

(4)上一個(P)：恢復上一個UCS。浩辰CAD 保存創建的最后 10 個坐標系。重復“上一個”選項逐步返回上一個坐標系。

(5)恢復(R)：恢復已保存的 UCS 使它成為當前 UCS；恢復已保存的 UCS 并不重新建立在保存 UCS 時生效的觀察方向。

(6)保存(S)：把當前 UCS 按指定名稱保存。

(7)刪除(D)：從已保存的用戶坐標系列表中刪除指定的 UCS。

(8)應用(A)：其他視口保存有不同的 UCS 時；將當前 UCS 設置應用到指定的視口或所有活動視口。

(9)?：列出用戶定義坐標系的名稱，并列出每個保存的 UCS 相對于當前 UCS 的原點以及 X、Y 和 Z 軸。

(10)世界(W)：將當前用戶坐標系設置為世界坐標系。

2.如果倒角或圓角所創建的面不合適，可使用 “刪除面”命令刪除，調用刪除面命令方法：

    實體編輯工具欄：

    下拉菜單：[修改][實體編輯][刪除面]

[參考步驟]

1）繪制長方體

    調用長方體命令：

    實體工具欄：

    下拉菜單：[繪圖][實體] [長方體]

    命令窗口：BOX '

    浩辰CAD提示：

    指定長方體的角點或 [中心點(CE)] <0,0,0>:在屏幕上任意點單擊

    指定角點或 [立方體(C)/長度(L)]:L '   //選擇給定長寬高模式。

    指定長度: 30'

    指定寬度: 20'

    指定高度: 20'

    繪制出長30，寬20，高20的長方體，如圖7-7所示。

2）倒角

    用于二維圖形的倒角、圓角編輯命令在三維圖中仍然可用。單擊“編輯”工具欄上的倒角按鈕，調用倒角命令：

    命令: _chamfer

    (“修剪”模式) 當前倒角距離 1 = 0.0000，距離 2 = 0.0000

    選擇第一條直線或 [多段線(P)/距離(D)/角度(A)/修剪(T)/方式(M)/多個(U)]:在AB直線上單擊

    基面選擇...

    輸入曲面選擇選項 [下一個(N)/當前(OK)] <當前>:'    //選擇默認值。

    指定基面的倒角距離: 12'

    指定其他曲面的倒角距離 <12.0000>:'       //選擇默認值12。

    選擇邊或 [環(L)]:在AB直線上單擊

    結果如圖7-8所示。

圖7-7  繪制長方體圖              7-8 長方體倒角

3）移動坐標系，繪制上表面圓

    因為浩辰CAD只可以在XY平面上畫圖，要繪制上表面上的圖形，則需要建立用戶坐標系。由于世界坐標系的XY面與CDEF面平行，且X軸、Y軸又分別與四邊形CDEF的邊平行，因此只要把世界坐標系移到CDEF面上即可。移動坐標系，只改變坐標原點的位置，不改變X、Y軸的方向。如圖7-9所示。

（1）移動坐標系

    命令: ucs

    當前 UCS 名稱: *世界*

    輸入選項

    [新建(N)/移動(M)/正交(G)/上一個(P)/恢復(R)/保存(S)/刪除(D)/應用(A)/?/世界(W)] <世界>: M'          //選擇移動選項。

    指定新原點或 [Z 向深度(Z)] <0,0,0>:  <對象捕捉 開>選擇F點單擊

    也可直接調用“移動坐標系”命令：

    UCS工具欄：

    下拉菜單：[工具][移動UCS（V）]

（2）繪制表面圓

    打開“對象追蹤”、“對象捕捉”， 調用圓命令，捕捉上表面的中心點，以5 為半徑繪制上表面的圓。結果如圖7-10所示。

4）三點法建立坐標系，繪制斜面上圓

（1）三點法建立用戶坐標系

    命令: ucs

    當前 UCS 名稱: *沒有名稱*

    輸入選項 [新建(N)/移動(M)/正交(G)/上一個(P)/恢復(R)/保存(S)/刪除(D)/應用(A)/?/世界(W)] <世界>: N '        //新建坐標系。

     指定新UCS的原點或[Z軸(ZA)/三點(3)/對象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z] <0,0,0>: 3'  //選擇三點方式。

    指定新原點 <0,0,0>:在H點上單擊

    在正 X 軸范圍上指定點 <50.9844,-27.3562,12.7279>:在G點單擊

    在 UCS XY 平面的正 Y 軸范圍上指定點 <49.9844,-26.3562,12.7279>:在C點單擊

    也可用下面兩種方法直接調用“三點法”建立用戶坐標系

    UCS工具欄：

    下拉菜單：[工具][新建UCS（W）][三點（3）]

（2）繪制圓

    方法同第3步，結果如圖7-10所示。

圖7-9 改變坐標系              圖7-10 繪制上表面圓

5）以所選實體表面建立UCS，在側面上畫圓

（1）選擇實體表面建立UCS

    命令: ucs

    當前 UCS 名稱: *世界*

    輸入選項 [新建(N)/移動(M)/正交(G)/上一個(P)/恢復(R)/保存(S)/刪除(D)/應用(A)/?/世界(W)] <世界>: N '

    指定UCS的原點或[Z 軸(ZA)/三點(3)/對象(OB)/面(F)/視圖(V)/X/Y/Z]<0,0,0>:F '

    選擇實體對象的面:在側面上接近底邊處拾取實體表面

    輸入選項 [下一個(N)/X 軸反向(X)/Y 軸反向(Y)] <接受>:'     //接受圖示結果。

    結果如圖7-8所示。

（2）繪制圓

    方法同上步，完成圖7-11所示圖形。

圖7-11 繪制側面上圓

2. 繪制如圖7-12所示的實體。通過繪制此圖形，學習二維圖形創建實體中拉伸命令的使用。

圖7-12  拱形體

1）命令選項：

    路徑(P)：對拉伸對象沿路徑拉伸。可以為路徑的對象有：直線、圓、橢圓、圓弧、橢圓弧、多段線、樣條曲線等。

2）可以拉伸的對象有：圓、橢圓、正多邊形、用矩形命令繪制的矩形、封閉的樣條曲線、封閉的多段線、面域等。

3）路徑與截面不能在同一平面內，二者一般分別在兩個相互垂直的平面內，如圖7-13所示。圓為拉伸對象，樣條曲線和矩形為路徑。

圖7-13 路徑拉伸

4）當指定拉伸高度為正時，沿Z軸正方向拉伸；當給定高度值為負時，沿Z軸反方向拉伸。

5）拉伸的傾斜角度：在-90°和+90°之間。

6）含有寬度的多段線在拉伸時寬度被忽略，沿線寬中心拉伸。含有厚度的對象，拉伸時厚度被忽略。

[參考步驟]

1）畫端面圖形

（1）調用矩形命令，繪制長方形，長100，寬80。

（2）調用圓命令，繪制直徑為60的圓。將視圖方向調整到“西南等軸測”方向，

（3）創建面域

    調用面域命令：：

    繪圖工具欄：

    下拉菜單：[繪圖][面域]

    命令窗口：REGION '

    選擇對象: 選擇長方形和圓  找到 2 個

    選擇對象: '      //結束選擇

    已提取 2 個環。

    已創建 2 個面域。

（4）布爾運算

    單擊“實體編輯工具欄”上的差集運算命令按鈕，用長方形面域減去圓形面域，。

2）拉伸面域

    調用拉伸命令：

    實體工具欄： 

    下拉菜單：[繪圖][實體][拉伸]

    命令窗口： EXTRUDE '

    命令: _extrude

    當前線框密度:  ISOLINES=4

    選擇對象:在面域線框上單擊 找到 1 個

    選擇對象: '                                  

    指定拉伸高度或 [路徑(P)]: 20'

    指定拉伸的傾斜角度 <0>:'

    完成圖形如圖7-12所示。

3. 繪制如圖7-16所示的實體。通過繪制此圖形，學習二維圖形創建實體中旋轉命令的使用。

1）命令選項：

    定義軸依照：捕捉兩個端點指定旋轉軸，旋轉軸方向從先捕捉點指向后捕捉點。

    對象(O)：選擇一條已有的直線作為旋轉軸。

    X 軸(X)或Y 軸(Y):選擇繞X或Y軸旋轉。

2）旋轉軸方向：

    捕捉兩個端點指定旋轉軸時，旋轉軸方向從先捕捉點指向后捕捉點。

    選擇已知直線為旋轉軸時，旋轉軸的方向從直線距離坐標原點較近的一端指向較遠的一端。

3）旋轉方向：旋轉角度正向符合右手螺旋法則，即用右手握住旋轉軸線，大拇指指向旋轉軸正向，四指指向為旋轉角度方向。

4）旋轉角度為0°～ 360°之間，圖7-17中為旋轉角度為180°和270°時的情況。

[參考步驟]

1）畫回轉截面

    新建一張圖，視圖方向調整到主視圖方向，繪制圖7-18（a）所示的封閉圖形，再繪制輔助直線AC，BD，

2）旋轉生成實體

    調用旋轉命令：

    實體工具欄： 

    下拉菜單：[繪圖][實體][旋轉]

     命令窗口： REVOLVE '

    命令: _revolve

    當前線框密度:  ISOLINES=4

    選擇對象:選擇封閉線框 找到 1 個

    選擇對象: '         //結束選擇。

    指定旋轉軸的起點或

    定義軸依照 [對象(O)/X 軸(X)/Y 軸(Y)]: 選擇端點C     //按定義軸旋轉。

    指定軸端點:選擇端點D

    指定旋轉角度 <360>:'   //接受默認，按360°旋轉。

3）將輔助線AC、BD刪除。

    得到如圖7-16所示效果的圖。

5.   保存所繪三維圖。

以上就是浩辰機械CAD三維建模的全部操作過程，大家感興趣的可以動手試試吧！