UCS在AutoCAD教学中的应用探讨

刘明

摘 要：在职业院校中，AutoCAD这门课程很重要，不同专业不同年级的学生都需要学习CAD课程。特别是数控专业的学生，以CAD为基础课程。三维绘图是CAD课程中的一个组成部分，而UCS是CAD三维学习中的重点知识。结合教学实际，阐述如何正确、巧妙地使用AutoCAD中的UCS，提高学生学习效率。

关键词：AutoCAD；UCS；三维绘图

三维绘图是AutoCAD绘图中比较难的知识点，相对于平面图来说，更显得直观。在平时教学中，对于三维绘图的讲解是有难度的，但是也不是想象得那么难。利用CAD进行实体绘图，主要由于CAD的绘图编辑依赖于UCS坐标系的具体方位，我们平时只采用世界坐标系的话，三维图形的操作只能在一个相对固定的空间里进行操作，这对绘制一般实体图形和复杂实体图形，会形成较大的难度。为方便绘图，CAD开发了用户坐标系（UCS），它是在世界坐标系的基础上开发出来的。在三维绘图中，关键操作是熟练使用用户坐标系（UCS），下面从几个方面探讨UCS，提高学生的学习效率。

一、UCS概念

（1）UCS的定义。AutoCAD的坐标系有世界坐标系（WCS）、用户坐标系（UCS）两种。AutoCAD默认的坐标系是世界坐标系，主要在绘制二维图形时使用。在三维图形中，CAD软件开发了可以建立自己的坐标系的功能。为此，坐标系原点的位置可以放在绘图区的任意一个位置上，同时，坐标系的角度可以随便倾斜。以前，绘制平面图时，命令只在XY或与XY平行的面内有效。但是，在我们绘制三维实体图形时，需要不断变换坐标系来进行三维实体不同面上的图形操作。

UCS，是由用户自己根据实际情况定义的、而且是可变化的坐标系。定义一个用户坐标系，其实就是改变坐标系原点（0，0，0）的位置以及X、Y和Z轴的方向。它是用于坐标操作、平面绘图和图形查看的一种可移动、可变换的坐标系。

（2）用户坐标系的特点。用户坐标系为 AutoCAD 软件中可移动的坐标系。用户坐标系不是唯一的，它可以任意改变方向，并且坐标系可以任意旋转或移动。UCS 坐标系的移动，可以使绘图员在设计图纸的时候更加方便。旋转 UCS ，可以使绘图员在旋转视图或进行三维操作的时候指定目标点。用户可任意定义用户坐标系的坐标原点，也可以使UCS与WCS（世界坐标系）相重合。UCS选项能按顺序打开当前任务中使用过的10个坐标系，也可以在不用时删除它们。

现有坐标系的原点可以是三维绘图空间中任意一点，同时可以采用任意方式进行旋转或者倾斜其坐标轴，也可以在CAD的三维空间中任意位置定位UCS，还可以随时保存、定义和复用用户坐标系，使得绘图更加简易。

二、UCS教学分析

在实际教学中，先要跟学生讲解UCS的重要性。如果UCS学不会，那么整个CAD三维绘图，根本不可能学会学懂。老师自己先要认真做示范，在某个长方体或正方体的六个面上，绘制一个垂直的圆柱体。同时，让学生也跟着在一个长方体或正方体的六个面的中心上绘制圆柱体（图1、图2），让学生领悟它。老师在学生全部画好后进行总结：根据产品要求，要想在哪个面上绘图，就把UCS坐标系移动到上面，并且XY坐标所在的面要和物体所在的那个面重合或平行，如果不平行，是画不正的。通过实际练习后发现，学生对UCS坐标不再陌生，而且学习积极性很高。

三、如何巧妙使用UCS

根据平时教学和课后练习实际情况，我们在考虑三维实体绘制过程中遇到的各类情况基础上， 简单描述运用坐标系的一些窍门。

（1）绘制的实体从当前某个位置移动到另外一个面上。需要改变UCS 的原点：首先，要使现有用户坐标系坐标轴的方向不变，然后移动用户坐标系的原点到新的目标位置，进行绘图操作。具体操作见如图3、图4所示。

（2）给定已知一个面或已知三个点来定义新的坐标系。定义三点：通过三点方式将XY坐标移动到上面，第一个点是已知面的某个点，第二个点和第三个点是这个面上的另外两点，且三点不在一条线上。其中第一个点确定的是绘图原点，第二个点和第三个点确定绘图时X、Y轴 的方向。

一个面：当将某个实体移动到某个面上，需要利用三点来确定某个面，并且将实体移动到此面上。

比如，图5、图6，通过该实体斜面上任何三个点，来定义新的用户坐标系。

（3）如何正确将XY平面旋转到所要操作的实体面上。要使现有坐标绕X或者Y坐标轴旋转一个角度，产生一个目标的坐标系。而需要用户输入某个轴的字母（如X）时，CAD系统会提示：

指定绕X轴的旋转角度 <90>：

下面，通过一个教学实例来讲解。如图7和图8所示，现需要在侧面上画一个圆柱体。这时，我们先把坐标系移动到这个面上，下面就开始旋转。怎么旋转呢？我教学生：看XY两个坐标轴，哪个坐标轴在该平面上，就绕着哪个轴转，直到XY平面和所要绘图的平面重合。关键一句话：所有的绘图操作必须在XY平面上进行。这就是好多学生为什么在绘图时，点工具栏画不出图的原因所在。

（4）重返世界坐标系。当用户需要返回世界坐标系时，需要点击第一个图标，并且点击键盘回车键符或鼠标右键。

现有世界坐标系是我们所有用户坐标系的基础，我们在教学和练习时，确实要正确利用好它。但是，我们在教学和练习中使用CAD绘制三维实体的时候，用得比较多的是系统中的用户坐标系UCS。UCS的简易性、灵活性，给我们教师和学生绘制CAD三维立体图带来极大的便利。所以，我们要指导好学生熟练掌握UCS的使用方法和技巧。

小结：通过教学实践发现，大多数老师讲授《AutoCAD》三维图形时，利用项目教学法来讲授软件的用法，讲解CAD绘图中的每个命令、工具的使用方法，然后举一些三维实例让学生模仿练习，并且定期测验。结果，学生对CAD软件用得很熟，对UCS坐标系使用方法很熟练，可以做出企业需要的作品，这很适应职业院校技工教学改革和专业人才培养的需要。学生利用这种方法去学习UCS坐标系，并且很好地利用它进行各项绘图操作，将提高学生的实际能力，促进学生成才。

参考文献：

[1]张俊宾，惠文.机械制图实例教程[M].北京：人民邮电出版社，2008.

[2]刘航.模具CAD/CAM[M].北京：机械工业出版社，2008.

（江苏省徐州技师学院）