CAD三维建模的应用技巧

李正茂，朱 颜

（聊城大学汽车与交通工程学院，山东聊城252059）

随着计算机软件和硬件技术的发展，以及数学方法的引入，计算机三维技术得到了迅速的发展和广泛的应用，包括机械、建筑、电子、土木、航空航天等工程领域，CAD三维建模技术已在生产实际中发挥了巨大的作用。如何提高CAD三维建模绘图效率，成为人们普遍关注的问题。为此，本文介绍了一些CAD三维建模的一些绘图技巧，以期实现高效绘图。

1 坐标系的应用技巧

1.1 灵活使用三维坐标

在二维绘图中，我们很少涉及坐标系的问题，其实我们一直是在CAD系统默认的坐标系WCS下工作的。但三维绘图则不一样，在三维实体建模的作图过程中，要经常地变换坐标系统，从而有利于作图。

一方面，世界坐标系是CAD在作图时，用于确定平面或空间点位置的一个笛卡尔坐标体系，每一个坐标的正向和另两个坐标的旋向，必须符合右手定则。CAD在平面作图时的三维世界坐标系标志，是坐标符号图中有一“W”字样。一般将X-Y平面理解为水平面，Z轴方向表示高度距离，就是说“Z”值等同于用来确定X-Y水平面高度的标高命令“ELEV”。无论是“Z”值还是“ELEV”值，其“+”值表示在 X-Y 面上方，而“-”值表示在X-Y面的下方。在作图时要切记这一点。

另一方面，用户坐标系的命令为“UCS”，UCS是一种可变动的坐标系统。大多数CAD的编辑命令取决于UCS的位置和方向。UCS命令设置用户坐标系在三维空间中的X、Y、Z三个方向，它还定义了二维对象的拉伸方向。它可以完成平移、新建坐标方向、旋转等功能。通常CAD的世界坐标系是不变的，主要是用户坐标系的变换。

1.2 柱面坐标和球面坐标的应用

柱面坐标和球面坐标，主要适用于三维建模作图，而且在三维模型空间较为直观。尤其是在渲染效果图中，用来确定灯光的位置十分方便。

柱面坐标的形式为：（R＜角度1，H），相对坐标形式为：（@R＜角度1，H），其中R为柱面的半径，角度1为柱面上的点在X-Y平面上的投影点与X轴正向的夹角，H为距X-Y平面的高度值。利用柱面坐标，很容易在圆柱实体的表面上确定某点的位置。

球面坐标的形式为：（R＜角度1＜角度2），相对坐标形式为：（@R＜角度1＜角度2），其中R为球面的半径，角度1为球面上的点X-Y平面上的投影点与X轴正向的夹角，X-Y平面应过球面中心，角度2为球面上的点与X-Y平面的夹角。主要用于在球体表面上定点较为容易。

另外在柱面和球面坐标下，可以绘制三维空间折线，尤其是绘制圆柱和球面螺旋线时更为方便。

1.3 过滤坐标的应用

过滤坐标，就是在作图过程中为确定某一点的位置，而该点（X，Y，Z）坐标的某一个值想借助另一点的同名坐标，则可用坐标过滤的办法来完成。即可以分别逐个过滤，也可一次过滤两个。如图1所示，要在矩形的正上方绘制一个圆柱体，而圆柱体的底部圆心距离矩形中心的高度为50 mm。则执行过程为：

（1）执行画圆柱体命令，命令提示，输入“.X”回车后捕捉1点。

（2）再输入“Y”回车后捕捉2点。

（3）接着直接输入Z坐标值50，最后完成圆柱体的作图。

这里也可以一次过滤两个坐标，一般是“XY”，选定一个参考点后，再给出Z值即可。

图1 分别过滤X、Y坐标

图2 圆柱阵列图

2 命令在二维、三维的应用技巧

2.1 绘图命令的应用

纯正的二维绘图命令，应理解为没有宽度和厚度的图线，因此又称为二维线框命令。这些命令只能在X-Y面上或与该坐标面平行的平面上作图，它们是：圆及圆弧、椭圆和圆环，多义线及多段线、多边形和矩形、文字及尺寸标注。所以，在使用这些命令时，要弄清楚是在哪个平面上工作。而直线、射线和构造线，可在三维空间任意画线。

2.2 编辑命令的应用

对于二维编辑命令，如复制、移动、断开及延长等，均可在三维空间使用，但必须在X-Y平面内，只有镜像、阵列和旋转在三维空间还有不同的使用方法。

执行三维镜像命令，可由下拉“修改”菜单——选“三维操作”后选“三维镜像”；或直接键入“Mirror3D”命令。执行此命令后，屏幕将提示用户先选择要镜像的实体，然后提示用户选定作为镜像基准的平面，确定该平面的方法有许多种，用户可任意确定。

执行三维阵列命令，可由下拉“修改”菜单——选“三维操作”——选“三维阵列”；或直接键入“3 Darray”命令。执行此命令后，屏幕将提示用户先选择要阵列的实体，选定后回车，屏幕提示用户选择要阵列的形式，即是矩形阵列还是环形阵列。其中矩形阵列，是将三维实体按几行几列和几层排布，行、列、层数至少取1，不得为0；而环形阵列，是将三维实体按一轴线作圆周分布。如一圆柱体，进行1行6列4层的矩形阵列。所输入的列间距为30个单位，层间距为40个单位，阵列后如图2所示。若是有行数，用户还需要输入行间距，其数值要大于圆柱的长度，否则行与行之间将发生重叠现象，从而影响图形的整体清晰性。需要注意的是，二维阵列命令在三维建模时仍可使用，但只能在X-Y平面内执行；而三维阵列命令是在空间执行，即增加了层。

执行三维旋转命令，可由下拉“修改”菜单——选“三维操作”——再选“三维旋转”；或直接键入“Rotate3D”命令。执行此命令后，屏幕将提示用户先选择要旋转的实体，这时用户要选择一项。较为常用的是选择“对象（O）”和分别绕“X、Y、Z”轴或“两点（2）”旋转。如果选择“对象（O）”将提示：选择直线、圆、圆弧、或二维多段线线段，若选择其中的圆或圆弧，则实体将绕与圆或圆弧垂直的轴线旋转，图3所示是同一实体绕不同轴旋转后的情况。需要指出的是实体绕X、Y、Z轴旋转是指方向，具体轴的位置由用户选择一基准点确定。

图3 三维实体旋转

3 结束语

用CAD画出三维图来并不难，关键是要力求简便、快捷。CAD的每一个命令中，都蕴涵着各自的技巧，对其需要好好探索和熟练，需要充分发掘并优化其使用功能，以真正实现高效绘图。

[1]高素荷.三维仿真设计在机械设计中的应用和展望[C].2000UGS中国用户论文集[A].南京：东南大学出版社，2000.

[2]扬裕根，诛世敏．现代工程图学[M]．北京：北京邮电大学出版社，2008.