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章 节 第9章 创建三维模型
教学目的 利用AutoCAD不仅可以绘制平面图形，还可以创建三维立体模型。 学好三维绘图的关键有三点：第一，建立良好的空间概念，能够根据平面图形想象其立体形状；第二，熟悉三维模型的各种显示样式、观察方法及三维空间坐标系的调整等；第三，还必须熟练掌握用于创建三维模型的各种命令的具体操作方法。
教学要求 （1）掌握三维空间中点的定位方法，熟悉设置模型的视觉样式和观察模型的方法。 （2）能够利用各种基本三维实体命令，并结合三维空间坐标系创建三维实体模型。 （3）能够使用拉伸、旋转等命令将二维图形转换为所需要的三维模型，并根据建模需要对生成的对象进行并集、差集和交集等布尔运算。 （4）掌握三维模型的旋转、移动、镜像、阵列、抽壳等命令的操作方法。 （5）了解网格建模的特点，并掌握创建基本网格和编辑网格模型的方法。
分节介绍 9.1 三维建模基础
教 学 内 容 9.1.1 三维模型的分类 在AutoCAD 2016中，可以创建三种三维模型，即实体模型、曲面模型和网格模型。 9.1.2 设置视觉样式 为了能够更加清晰、全面地了解三维对象，AutoCAD为用户提供了多种视觉样式。要切换模型的视觉样式，可单击“常用”选项卡“视图”面板中的“视觉样式”下拉列表框，然后在打开的下拉列表中选择所需选项。 9.1.3 动态观察三维视图 各动态观察命令的作用如下： 动态观察：通过左右或上下拖动光标，可沿水平方向或垂直方向旋转视图。 自由动态观察：显示了一个导航球将光标移至导航球上、下小圆处并按住鼠标左键拖动，可沿竖直方向旋转视图；将光标移至左、右小圆处并按住鼠标左键拖动，可沿水平方向旋转视图；将光标移至大圆内后按住鼠标左键拖动，可沿任意方向旋转视图；将光标移至大圆外后按住鼠标左键拖动，可绕视点中心旋转视图。 连续动态观察：选择该选项后，在绘图区单击并沿任意方向拖动鼠标后释放鼠标，则模型将连续自动旋转。再次单击鼠标或按【Esc】键，可退出旋转状态。 9.1.4 在三维空间中定位点的方法 绘制平面图形时，可以通过输入坐标，或借助极轴追踪、对象捕捉、对象捕捉追踪等辅助功能来定位点。但在绘制三维图形时，由于涉及空间，点的定位稍复杂些。 下面是一些在三维空间中定位点的方法: 1．利用三维坐标来定位点 绘制平面图形时，可使用点的X，Y坐标来定位点。 2．利用“三维对象捕捉”和“动态UCS”功能定位点 若打开状态栏中的“三维对象捕捉”开关，可捕捉到某些平面的中心、顶点或棱边的中点等；若打开状态栏中的“动态UCS”开关，可捕捉到所需平面。若同时打开这两个开关，可方便地捕捉到所需平面上中心、顶点或某条棱边的中点等。 3．利用坐标系来定位点 “坐标”面板中常用按钮的功能如下： 世界：从当前的用户坐标系恢复到世界坐标系。 原点：设置坐标原点。新建的坐标系将平行于原坐标系，且所有坐标轴的方向不变。 、、：将当前坐标系按指定的角度绕X，Y，Z轴旋转，以便建立新的UCS坐标系。 上一个：将坐标系恢复至上一个。 三点：通过在三维空间的任意位置指定三点来定义坐标系，其中第一点定义了坐标系的原点，第二点定义了X轴正向，第三点定义了Y轴正向。 面：使坐标系的XY平面位于指定的实体面的某一角点处。
案 例 1 查看齿轮模型 为了更好地观察和编辑模型，在创建三维模型的过程中，经常需要对三维模型进行旋转，或将该模型以不同的视觉样式显示。下面，将通过查看图9-14所示的齿轮模型，来学习观察和调整三维模型的视觉样式的具体操作方法。 绘图步骤 步骤1 打开 “齿轮模型.dwg”文件，如图9-15所示。 图9-14 齿轮模型 图9-15 素材 步骤2 为了便于选择所需命令，读者需要将工作空间切换至“三维建模”空间，即在状态栏中单击“工作空间”按钮右侧的三角符号，然后在弹出的列表中选择“三维建模”选项。 步骤3 在“可视化”选项卡的“视觉样式”面板中的“视觉样式”下拉列表框中选择“概念”选项，此时模型的显示效果如图9-16所示。 步骤4 单击“可视化”选项卡的“视图”面板中的按钮，然后在弹出的下拉列表中选择“西南等轴测”选项，将视图切换为西南等轴测显示模式，结果如图9-17所示。 图9-16 “概念”视觉样式效果 图9-17 西南等轴测显示效果 步骤5 要查看该齿轮模型的内部结构，可单击导航栏中“动态观察”按钮下的三角符号，从弹出的下拉列表中选择“自由动态观察”选项，此时绘图区将出现一个导航球。将光标移至导航球大圆内后拖动鼠标，可沿任意方向旋转模型，从而动态地观察模型。
分节介绍 9.2 创建三维实体或曲面模型
教 学 内 容 9.2.1 基本实体命令 表9-1 基本实体命令 命令功能及操作方法长方体执行该命令后，可采用默认设置依次指定长方体底面的两个对角点，然后再指定其高度圆柱体执行该命令后，可根据命令行提示，采用默认方式依次指定圆柱体底面的中心点、底面半径及其高度。此外，使用该命令还可以绘制椭圆柱体圆锥体在绘制圆锥体时，需要指定圆锥体底面的中心点、底面半径及圆锥高度。此外，在执行该命令后可先输入“E”，然后按【Enter】键进入椭圆锥模式，接着指定各轴长度及锥体高度球体执行该命令后，只需指定球心坐标和球体半径或直径即可棱锥体执行该命令后，需要指定棱锥体的侧面个数、底面的中心点、底面半径和棱锥体高度。此外，在指定侧面个数、底面中心点和底面半径后，还可以通过指定顶面半径创建棱锥台楔体执行该命令后，可采用系统默认设置依次指定楔体底面的两个对角点，然后再指定其高度圆环体执行该命令后，需要指定圆环体的中心位置、圆环体的半径或直径，以及圆管半径或直径
9.2.2 由二维图形生成实体或曲面 AutoCAD提供了一些可以将二维图形按照各种要求转换为实体或曲面的命令，如拉伸、旋转和扫掠等。 1．“拉伸”命令 使用“拉伸”命令可以将二维对象沿Z轴或某个路径拉伸以生成实体或曲面。 2．“按住并拖动”命令 使用“按住并拖动”命令可将封闭区域沿垂直于该区域的方向进行拉伸，从而生成实体模型。 3．“旋转”命令 使用“旋转”命令时应注意以下几点： 1.用于旋转的二维对象可以是直线、多段线、圆、椭圆、圆弧、样条曲线及面域等。 2.旋转轴既可通过指定两点确定，也可以将当前UCS的X轴、Y轴、Z轴，或直线、线性多段线或实体、曲面的线性边等作为旋转轴。 3.默认旋转角度为360°，但也可以指定其他角度。 4.如果被旋转的对象中含有块或自相交，则旋转无法进行。 5.与通过拉伸创建实体或曲面类似。如果旋转对象是封闭的，则生成实体；如果旋转对象是开放的，则生成曲面。 6.一次可旋转多个对象，此时将同时生成多个实体或曲面。 4．“扫掠”命令 使用“扫掠”命令可以使开放或闭合的图形对象沿指定的路径扫掠来创建实体（扫掠封闭对象）或曲面（扫掠开放对象）。 5．“放样”命令 使用“放样”命令可以将两个或两个以上不同平面上的横截面曲线进行平滑过渡，从而生成三维实体或曲面模型，也可以将这些横截面沿指定的路径进行延伸。 9.2.3 利用布尔运算创建复杂实体 在三维建模过程中，为了得到所需图形，经常需要对两个或两个以上的对象进行相加、相减或求其公共部分等运算，以得到所需模型。 1．并集运算 使用“并集”命令可以将两个或两个以上的三维实体或二维面域进行合并，使其生成一个新的实体或面域。 2．差集运算 使用“差集”命令可以从一个或多个实体中减去一个或多个实体对象，从而生成一个新的实体。要对实体对象进行求差运算，可在“常用”选项卡的“实体编辑”面板或“实体”选项卡的“布尔值”面板中单击“差集”按钮。 3．交集运算 使用“交集”命令可以创建两个或两个以上实体对象的公共部分。要对实体对象进行交集运算，可在“常用”选项卡的“实体编辑”面板或“实体”选项卡的“布尔值”面板中单击“交集”按钮。
案 例 2 创建填料压盖模型 下面，将通过创建图9-38所示的填料压盖模型，来学习在AutoCAD中创建三维实体模型的具体操作方法。 图9-38 填料压盖模型 绘图思路 对图9-38所示的填料压盖模型分析可知，绘制该模型的过程为：① 绘制拉伸截面；② 将该拉伸截面创建为面域并对该面域拉伸，从而绘制拉伸实体；③ 绘制图4个圆柱体，然后通过“并集”和“差集”运算得到图9-38所示的填料压盖模型。 绘图步骤 步骤1 启动AutoCAD并新建1个图形文件，将工作空间切换至“三维建模”空间，然后关闭图形栅格，并确认“动态输入”开关处于打开状态。 步骤2 利用“常用”选项卡“绘图”面板中的“圆心，半径”和“直线”命令绘制3个圆和4条与圆相切的直线。 步骤3 利用“常用”选项卡“修改”面板中的“修剪”命令修剪圆中不需要的部
分。 步骤4 单击“可视化”选项卡的“视图”面板中的按钮，然后在弹出的下拉列表中选择“西南等轴测”选项，将视图切换为西南等轴测显示模式。 步骤5 单击“常用”选项卡“绘图”面板中的“面域”按钮，选取所有直线和圆弧，按【Enter】键将直线和圆弧转换为封闭区域。 步骤6 单击“常用”-“建模”-“拉伸”按钮，单击选取上一步创建的封闭区域的边界线，按【Enter】键选中该区域，然后向上移动光标，输入高度值“15”并按【Enter】键。 步骤7 打开状态栏中的“对象捕捉”开关，并开启“圆心”捕捉功能。 步骤8 执行“圆柱体”命令，捕捉拉伸实体上表面一条圆弧边的圆心并单击，接着输入底面半径值“6”并按【Enter】键，最后竖直向下移动光标，输入高度值“15”并按【Enter】键。 步骤9 在“常用”-“实体编辑”-“并集”按钮，选取创建的拉伸实体和圆柱体1，然后按【Enter】键，将两者合并为一个实体。 步骤10 单击“实体编辑”面板中的“差集”按钮，选取上一步合并生成的实体并按【Enter】键，然后依次选取圆柱体2，3，4作为要减去的对象，最后按【Enter】键结束命令。
分节介绍 9.3 编辑与标注三维模型
教 学 内 容 9.3.1 编辑三维模型 1．三维移动 使用“三维移动”命令移动模型的方法有多种，最常用的有如下几种: 1.移至指定位置：在绘图区拾取一点作为基点，然后拾取目标位置。 2.直接指定距离：在绘图区拾取一点作为基点，然后输入要移动的相对位移值，最后按【Enter】键完成操作。 3.沿轴移动：将光标移至“三维移动小控件”的某一轴控制柄上，待该轴控制柄变为黄色时单击，如图9-49所示，接下来移动光标或输入值，此时对象将仅沿该轴指定的方向移动。 4.沿平面移动：将光标移至两个轴控制柄所确定的平面上，待两个轴都变为黄色时单击，如图9-50所示，然后移动光标或输入值，此时对象将仅沿该平面移动。 2．三维旋转 使用“三维旋转”命令可将所选对象沿旋转轴旋转。 3．三维对齐 在AutoCAD中，可利用“常用”选项卡的“修改”面板中的“三维对齐”按钮，或直接在命令行中输入“3DALIGN”命令，来将三维对象进行对齐。 4．三维镜像 使用“三维镜像”命令，可以以某一平面作为镜像平面镜像复制对象。其中，镜像平面可以是模型上的某一平面、Z轴、视图、XY、YZ、ZX平面或通过指定三点定义的平面。 5．三维阵列 使用“三维阵列”命令可以创建指定对象的多个副本，并使所得到的副本按照矩形或环形方式排列，常用来创建齿轮、齿条等。 6．实体修圆角 使用“圆角”命令（“FILLET”）可为实体的棱边修圆角。 7．实体修倒角 使用“倒角”命令（“CHAMFER”）可为实体的棱边修倒角。 8．实体抽壳 抽壳是指在已有实体上以指定的厚度值创建一个厚度均匀的薄壁实体模型。根据所要抽壳的模型的特点，在抽壳过程中还可以根据需要删除或保留所需面。 9.3.2 标注三维模型 在AutoCAD 2016中，使用“注释”选项卡“标注”面板和“文字”面板中的工具，可以为三维对象添加尺寸标注和文字注释。与标注二维对象不同的是，在“三维建模”工作空间中，由于所有的尺寸标注都是在当前坐标系的XY平面中进行，因此，在标注三维对象的不同部分时，需要不断地变换坐标系。
案 例 3 创建泵盖模型 在学习了三维图形的绘制、编辑方法之后，下面通过绘制图9-65所示的泵盖模型，来加深和巩固对所学知识的理解。 绘图思路 首先使用“旋转”命令生成图9-66（a）所示的旋转实体，接着使用“圆柱体”和“3DARRAY”命令绘制图9-66（b）所示的圆柱体，并将圆柱体与旋转实体合并，如图9-66（c）所示；然后使用“拉伸”“圆柱体”“差集”等命令创建相应的孔，如图9-66（d）所示，使用“圆柱体”“镜像”“差集”等命令创建两对称的孔，如图9-66（e）所示；最后对实体进行倒角和倒圆角处理，如图9-66（f）所示。 （a） （b） （c） （d） （e） （f） 图9-66 泵盖绘制流程 绘图步骤 步骤1 新建一个图形文件并切换至“三维建模”工作空间，关闭图形栅格。 步骤2 利用“常用”选项卡“图层”面板中的“图层特性”按钮，创建名为“实体”的图层，该图层用于放置绘制的实体。 步骤3 将“0”图层设置为当前图层，然后利用“常用”选项卡“绘图”面板中的“多段线”按钮，绘制旋转轴和截面图形。 步骤4 打开“三维对象捕捉”和“动态UCS”开关，单击“可视化”-“坐标”-“Z轴矢量”按钮，捕捉并单击面1的中心点，将其作为坐标系的原点，然后单击旋转轴的端点A来确定Z轴正向，此时创建的用户坐标系。 步骤5 确认状态栏中的“动态输入”开关处于关闭状态。单击“常用”选项卡“建模”-“圆柱体”按钮，在命令行中输入“32，0，0”以指定圆柱体底面中心点的坐标，接着指定圆柱体底面半径值“7”和高度值“﹣5”，完成圆柱体1的绘制 步骤6 在命令行中输入“3DARRAY”命令并按【Enter】键，选择圆柱体1并按【Enter】键以指定要阵列的对象；输入“P”并按【Enter】键，以采用环形阵列方式；输入“3”并按【Enter】键，以指定阵列数；输入“360”并按【Enter】键，以指定填充角度；输入“Y”并按【Enter】键，则在阵列时旋转阵列的对象；依次旋转轴的A，B两端点来指定环形阵列的旋转轴，则创建圆柱体1的环形阵列。 步骤8 用“常用”选项卡“修改”面板中的“三维镜像”按钮，以ZX平面为镜像平面镜像复制圆柱体4，得到圆柱体5。 步骤9 使用“常用”选项卡“修改”面板中的“倒角”按钮，对图9-82所示的边1进行倒角处理，两侧的倒角距离均为0.5。利用“常用”选项卡“修改”面板中的“圆角”按钮，对实体边进行倒圆角处理。 步骤10 将该文件以“泵盖”名称保存。
分节介绍 9.4 网格建模
教 学 内 容 9.4.1 创建基本网格 要创建基本网格模型，可在“网格”选项卡的“图元”面板中的基本网格下拉列表中选择所需命令，然后根据命令行提示进行操作。 9.4.2 编辑网格对象 默认情况下，网格对象由多个网格面组成，当对网格对象进行平滑处理后，网格面上将出现镶嵌面。网格建模时，既可以通过将网格面进行拉伸、分割、合并等操作来改变模型的形状，也可以对网格模型进行平滑和优化等外观设置。
案例4 创建双人沙发模型 下面，将通过创建图9-92所示的双人沙发模型，来学习基本网格命令及网格编辑功能在实践中的具体应用。 绘图思路 要进行网格建模，应按照从整体到局部的思路进行设计，即先创建出该模型的外框形状，然后再逐步细化。要创建图9-92所示的双人沙发，可先创建沙发底座，然后将相关网格面进行拉伸以创建靠背和扶手，最后进行平滑和优化设置等操作。 图9-92 双人沙发模型 绘图步骤 步骤1 启动AutoCAD并新建1个图形文件，将工作空间切换至“三维建模”空间，然后关闭图形栅格，并确认“极轴追踪”、“对象捕捉”、“对象捕捉追踪”开关处于打开状态。 步骤2 在“可视化”选项卡的“视图”面板中选择“西南等轴测”选项，将平面视图转换为西南等轴测图。 步骤3 单击“网格”--“图元”面板右下角的按钮，然后在打开的“网格图元选项”对话框的“网格”设置区中选择“长方体”选项，接着在“镶嵌细分”设置区中分别设置网格在长度、宽度和高度方向上的数量，设置完成后单击该对话框中的按钮。 步骤4在“可视化”--“视觉样式”面板中将模型切换至“概念”视觉样式，然后单击“镶嵌面边”按钮后的三角符号，从弹出的下拉列表中选择“素线”选项。 步骤5 按住【Shift】键后按住鼠标中键并移动光标，将模型旋转，然后重复执行“合并面”命令，将图中所示的两个网格面进行合并。 步骤6 将图形旋转，然后按住【Ctrl】键选取另一个合并所得到的网格面，采用同样的方法将该网格面沿图中极轴追踪线所示方向拉伸15个绘图单位。 步骤7 在“网格”--“网格”--“提高平滑度”按钮，然后选取整个模型对象并按【Enter】键；-采用同样的方法选取整个模型对象并按【Enter】键。- 步骤8 双人沙发模型已经创建完毕。将该文件以“双人沙发”名称保存。
本 章 总 结 读者在学完本章内容后，应重点注意以下几点。 1.在“三维建模”工作空间中，默认情况下所绘图形均位于当前坐标系的XY平面上。 2.在建模过程中，为了便于捕捉到模型上的点，或查看模型的效果，经常需要切换视图的视觉样式，或将模型在投影视图和等轴测图间进行切换。 3.若要捕捉实体模型的平面，可打开状态栏中的“动态UCS”开关进行选取；若要捕捉三维模型某个平面的中心，或某个棱边的中点等，可打开状态栏中的“三维对象捕捉”和“动态UCS”开关。 4.在AutoCAD中创建三维模型时，利用系统提供的基础绘图命令只能创建一些基本模型，若要创建一些复杂模型，还可以将二维平面图形通过拉伸、旋转等命令生成三维模型。 5.在AutoCAD中创建三维实体模型时，可根据建模需要，随时对创建的各基本体进行移动、旋转、镜像和阵列等操作，还可以将各基本体进行并集、差集或交集运算，使其成为一个整体。 6.进行网格建模时，应按照从整体到局部的思路进行建模，即先利用网格长方体、网格圆柱体等基本网格建模命令创建出该模型的外框形状，然后根据需要将相关面进行合并、拉伸、分割等操作，最后对所创建好的模型进行平滑或优化处理，从而得到所需模型。
本 章 实 训 1．绘制锥形插销模型 绘制图9-105所示锥形插销的三维模型。 提示： 方法一：先利用“圆柱体”命令创建直径为,14的圆柱体，然后再使用“旋转”命令绘制锥形部分，最后使用“并集”命令将这两部分合并。 方法二：首先在“俯视”投影视图中使用“多段线”命令绘制图9-106所示的图形，然后再利用“旋转”命令，将该平面图形以图中所示的旋转轴旋转360°。 图9-105 锥形插销平面图及立体图 图9-106 旋转截面图 2．绘制基座模型 绘制图9-107所示的基座模型。 （a）平面图 （b）三维模型 图9-107 基座平面图和三维模型 提示： 方法一：先利用“圆柱体”“环形阵列”和“差集”命令创建底座及其上的圆柱孔，然后利用“旋转”或“圆柱体”命令创建其余部分，接着对所创建部分进行差集和并集运算，最后使用“圆角”和“倒角”命令创建圆角和倒角。 方法二：首先利用“旋转”命令创建基座的外形，然后再利用“旋转”和“差集”命令创建其内侧孔，接着利用“圆柱体”“环形阵列”和“差集”命令创建底座上的4个孔，最后使用“圆角”和“倒角”命令创建圆角和倒角。

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