AutoCAD三维实体建模中布尔运算及UCS坐标转换应用分析.doc

AutoCAD三维实体建模中布尔运算及UCS坐标转换应用分析美国Autodesk公司开发的AutoCAD是一款计算机辅助设计软件，应用领域非常广泛，主要有服装加工、装饰装潢、土木建筑、电子、化工、机械工程制图等。在机械行业中，快速高效的CAD辅助设计实现零件二维图形及三维实体建模与渲染上表现都很优异1。 布尔运算是一种非常重要的实体建模技术2，在各类三维软件中都发挥着重要作用；UCS的转换是三维实体建模中的关键，适当转换UCS坐标轴的方向，运用绕指定坐标轴旋转对象，使绘图更简单方便并得到不同方向不同位置的三维实体模型3。理解并熟练运用这些工具，可以提高三维实体建模的效率及质量，也会为以后的教学和设计都打下非常良好的基础。 1 高校金工实习零件的实体建模分析 借助AutoCAD三维实体建模过程，不但使零件加工实习过程形象化，增加学生学习理解能力，也为高校金工实习教学方法提供了新思路4。 下面就以某高校金工实习的一个零件的实体建模为例，如图1，绘制过程如下。 1.1 工件主体三维建模过程 （1）进入视图工具中的西南等轴测界面，对象捕捉模式中选择端点、中点、圆心、切点、外观交点。首先用实体工具中的长方体工具建立一长方体：随意指定长方体的第一角点，指定第二角点的相对坐标为（x=70，y=12，z=12）。 （2）运用楔体工具建立一楔体：捕捉长方体的某一角点为指定楔体的第一角点，（根据所选点的位置结合图纸要求，计算出楔体的长度、宽度、高度数值）然后选择L命令，长度为-30 mm，指定宽度为12 mm，指定高度为-10 mm。 （3）进行实体布尔运算：运用布尔运算中的差集工具，选择对象为长方体，选择要减去的实体为楔体，确认后工件主体三维建模完成。 1.2 倒角实体布尔运算结合UCS坐标转换 （1）倒角1×45°共4个。 用楔体工具建立一楔体，捕捉长方体另一端的某一角点为指定楔体第一角点，（根据所选点的位置结合图纸要求，计算出楔体的长度、宽度、高度数值）然后选择L命令，长度为1 mm，指定宽度为12 mm，指定高度为-1 mm。共建立4个方向不同的楔体围绕在长方体端部（注意每个小楔体的坐标数值会因为所选点的位置不同而有所变化）。 进行实体布尔运算：运用布尔运算中的差集工具，选择对象为长方体，选择要减去的实体为4个小楔体，确认后1×45°倒角完成。 （2）倒圆角共8个。 倒圆弧：由于金工实习中工件的圆弧为圆锉与工件成45°角加工形成，因此圆弧为圆柱与长方体相交的相贯线，在二维三视图上表现为椭圆弧，2.5 mm为椭圆长轴半径。模拟锉刀的圆柱体半径r=1.7678 mm。运用圆柱体工具建立一圆柱体，捕捉A点（A点位置见图1）为指定圆柱体的底面中心点，半径为1.7678 mm，高度为5。将所建立的圆柱体从A点移动到圆弧中心B点（B点距离A点为20-1-1.7678=17.2322 mm）。转换UCS坐标轴，由于修改工具中的旋转工具在旋转三维实体的时候旋转轴默认为z轴，（注意观察当前UCS的坐标轴方向，现以CAD中西南等轴测图的WCS坐标为当前坐标轴）。 选择绕y轴旋转当前UCS，角度为90°。用修改工具中的旋转工具，旋转圆柱体，指定基点为底面圆心B点，角度为-45°，然后运用实体编辑中的拉伸面工具，拉伸圆柱体的底面，拉伸高度5 mm，拉伸角度为0，拉长圆柱体使其与工件实体相。运用布尔运算中的差集工具，选择对象为长方体，选择要减去的实体为圆柱体，确认圆弧完成。 与圆弧相切的斜面：运用绘图工具里的直线工具，捕捉A点为指定第一点，捕捉一个圆弧切点为第二点画出一条直线。重复运用直线工具，捕捉A点为指定第一点，捕捉圆弧的另一个切点为第二点画出第二条直线。继续重复运用直线工具，连接两个切点，画出第三条直线。运用绘图工具中的面域工具，选择对象为上述所画的三条直线，确认后形成一个面域。运用实体工具中的拉伸工具，选择对象为刚刚建立完成的面域，拉伸高度为5 mm，拉伸角度为0，确认后建立一个等腰三角形实体。运用布尔运算中的差集工具，选择对象为长方体，选择要减去的实体为等腰三角形实体，确认与圆弧相切的斜面完成。 圆弧及与之相切的斜面一共8个，其他圆弧及斜面的建模过程同上面一样，但是注意建立圆柱体时圆心点的选择不同，输入坐标数值也不同，而且不同圆柱体及斜面的具体位置不同，UCS旋转轴的选择及旋转角度也不同，此处坐标数值及角度的选择在三维实体建模中经常容易混淆，需要建模者反复分析体会才能融会贯通。 螺纹孔：由工件图纸可知，内螺纹外径为8 mm，根据公式D1=D-2*H=D-1.0825P，D2=D-2*H=D-0.6495P，其中螺距P=1.2 mm5，计算出螺纹基本牙型尺寸，螺纹外径D=8 mm，螺纹内径D1 =6.647 mm5，螺纹牙型角度60°6，绘制螺纹二维剖面图形，螺纹长度20 mm，并运用绘图工具中的面域工具将其形成一个面域。运用实体工具中的旋转工具将其围绕螺纹轴线旋转360°，形成螺纹的三维实体。转换UCS坐标轴（仍然以初始UCS坐标轴为当前坐标轴），选择绕x轴旋转当前UCS，角度为90°。用修改工具中的旋转工具，旋转螺纹实体，指定基点为螺纹一端圆心点，角度为90°，将螺纹实体角度调整完成后，以螺纹一端圆心为基点，将其移动到工件实体的相应位置（具体坐标数值见图1零件图要求），与工件相交。运用布尔运算中的差集工具，选择对象为长方体，选择要减去的实体为螺纹实体，确认后螺纹孔建模完成（见图2）。 至此运用AutoCAD进行实习工件的三维实体建模绘制已经完成，在不同的建模过程中需具体分析UCS转换时，不同的当前UCS坐标轴的状态对UCS转换后运用旋转命令所形成的结果也不同。在进行布尔运算之前应仔细分析实体结构，合理的进行布尔运算组合及模型的修改。理解并熟练运用这些工具，可以提高三维实体建模的效率及质量，也会为以后的教学和设计都打下非常良好的基础。