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2004機械設計培訓教程》第十六課 繪制三維線框模型

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課堂講解

上機實戰(zhàn)

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2004機械設計培訓教程》課前導讀

基礎知識

重點知識

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2004機械設計培訓教程》基礎知識指定視點與創(chuàng)建視口的方法和三維模型的分類。首頁

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2004機械設計培訓教程》重點知識自定義用戶坐標系、利用三維多段線繪制線框模型，以及根據標高與厚度創(chuàng)建三維模型。首頁

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2004機械設計培訓教程》了解知識三維動態(tài)觀察器的使用方法。首頁

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2004機械設計培訓教程》課堂講解

三維繪圖基礎

三維模型的分類

創(chuàng)建線框模型首頁

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2004機械設計培訓教程》三維繪圖基礎首頁

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用戶坐標系

視點

視口《中文版AutoCAD

2004機械設計培訓教程》在繪制三維模型之前，必須掌握如何定義用戶坐標系、切換視圖與創(chuàng)建視口，并了解與三維繪圖相關的知識。下面分別講解這幾方面的內容。首頁

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2004機械設計培訓教程》用戶坐標系默認狀態(tài)下，AutoCAD

2004的坐標系為世界坐標系，其坐標原點在繪圖區(qū)左下角，以水平向右為x軸正方向，以垂直向上為y軸正方向，以垂直屏幕向外為z軸正方向，如圖16-1所示。圖16-1首頁

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2004機械設計培訓教程》由于世界坐標系的坐標原點和方向都是固定不變的，因此在繪制三維圖形時十分不便，為了方便用戶繪制三維圖形，

AutoCAD

2004 允許用戶自定義坐標系的位置與方向，甚至可以將坐標軸作任意角度的傾斜，即用戶坐標系（UCS）。自定義用戶坐標系命令主要有如下幾種調用方法：

單擊“UCS”工具欄中的 按鈕。

在命令行中執(zhí)行UCS命令。執(zhí)行UCS命令后，在命令行的提示下選擇相應的選項可以進行新建、移動、選擇用戶坐標系或對其進行保存、恢復、刪除和應用等管理操作。首頁

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2004機械設計培訓教程》后，

新建用戶坐標系執(zhí)行UCS命令選擇其中的“新建

”選項，然后選擇所需的新建方式即可創(chuàng)建出所需的用戶坐標系。如要在一個任意放置的長方體坯件上以面的方式建立如圖16-2所示的用戶坐標系，其命令行操作如下：圖16-2首頁

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2004機械設計培訓教程》選擇“新建”選項后，默認方式為通過指定新原點的方法來定義新的UCS，該方式將保持其x、y和z軸方向不變，等同于移動坐標系。命令提示信息中的其他選項含義如下：

Z軸：用特定的z軸正半軸定義UCS。通過指定新原點和位于新建z軸正半軸上的點來定義新坐標系的z軸方向，從而定義新的

UCS。

三點：通過指定3點的方式定義新的UCS，該方式可以指定任意可能的坐標系。選擇該選項后，需指定新UCS的原點及x軸和y軸的正方向，z軸由右手定則確定。首頁

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2004機械設計培訓教程》

對象：根據選定的三維對象定義新的坐標系。新UCS的拉伸方向為（即z軸的正方向）選定對象的方向。但此選項不能用于三維實體、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、引線和多行文字等對象。

面：將UCS與實體對象的選定面對齊，UCS的x軸將與找到的第一個面上的最近的邊對齊。選擇實體的面后，將出現提示信息“輸入選項 [下一個(N)/X軸反向(x)/Y軸反向(Y)] <接受>:”，選擇其中的“下一個”選項將UCS定位于鄰接的面或選定邊的后向面；選擇“x軸反向”選項則將UCS繞x軸旋轉180°；選擇“Y軸反向”選項則將UCS繞y軸旋轉180°。設置好后按【Enter】鍵即可。首頁

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2004機械設計培訓教程》

視圖：以垂直于觀察方向（平行于屏幕）的平面為

xy平面，建立新的坐標系，UCS原點保持不變。

X/Y/Z：繞指定的軸旋轉當前UCS。通過指定原點和一個或多個繞x、y或z軸的旋轉，可以定義任意方向的UCS。另外，選擇[工具]

[新建UCS]菜單命令下的相應子菜單令也可達到與上述選項相同的目的。首頁

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2004機械設計培訓教程》右手定則法則為：將右手手背靠近屏幕放置，大拇指指向x軸的正方向，然后伸出食指和中指，食指指向y軸的正方向，中指所指示的方向即是z軸的正方向，如圖16-

3所示。如果旋轉手，便可以看到x、y和z軸是如何隨著UCS的改變而旋轉的。首頁

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2004機械設計培訓教程》圖16-3首頁

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2004機械設計培訓教程》

移動用戶坐標系執(zhí)行UCS命令后，選擇其中的“移動”選項或選擇[工具]

[移動UCS]菜單命令可以通過平移當前UCS的原點或修改其z軸深度來重新定義UCS，這種方式可以保留xy平面的方向不變。其命令行操作如下：首頁

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2004機械設計培訓教程》

選擇正交用戶坐標系AutoCAD提供了6個正交UCS，用戶可以根據需要任選其一，以便從多角度繪制三維模型。執(zhí)行UCS命令后，選擇其中的“正交”選項或選擇[工具]

[正交UCS]菜單命令下的子菜單命令后，命令行中將出現提示信息“輸入選項 [俯視(T)/仰視(B)/主視(F)/后視(BA)/左視(L)/右視(R)] <當前>:”選擇所需的選項即可切換到相應的正交UCS下。另外，也可以通過單擊如圖16-4所示的“視圖”工具欄中的相應按鈕進行正交UCS的選擇。利用該工具欄中的等軸測圖按鈕還可以切換到不同的等軸測視圖中。首頁

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2004機械設計培訓教程》東北等軸測視圖俯視圖仰視圖左視圖右視圖主視圖西南等軸測視圖后視圖

東南等軸測視圖東南等軸測視圖首頁

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調音零點起飛電腦培訓學校圖16-4《中文版AutoCAD

2004機械設計培訓教程》

保存、恢復、刪除與應用用戶坐標系執(zhí)行UCS命令后，除“新建”、“移動”與“正交”選項之外的其他選項的含義分別如下：

上一個：恢復上一個UCS。AutoCAD可以保存在圖紙空間中創(chuàng)

建的最后10個坐標系和在模型空間中創(chuàng)建的最后10個坐標系。重復選擇“上一個”選項可以逐步返回一個集或其他集，取

決于當前空間是哪一個空間。

保存：把當前UCS按指定名稱保存。該名稱可以使用字母、數字、空格和任何未被Windows和AutoCAD用作其他用途的特殊字符，最多可以包含255個字符。

恢復：恢復已保存的UCS，使其成為當前UCS。但恢復已保存的UCS并不會重新建立在保存UCS時生效的觀察方向。

刪除：從已保存的用戶坐標系列表中刪除指定的UCS。首頁

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2004機械設計培訓教程》

應用：當創(chuàng)建了多視口，并且在其他視口保存了不同的

UCS時，將當前UCS設置應用到指定的視口或所有活動視

口?？梢杂肬CSVP系統(tǒng)變量確定UCS是否隨視口一起保存。選擇該選項后將出現提示信息“拾取要應用當前UCS的視口或[所有(A)]<當前>:”，選擇其中的“所有”選項即可將當前UCS應用到所有的活動視口。

?

：列出所有用戶定義的坐標系的名稱，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。如果當前UCS未命名，那么它將被列為WORLD或UNNAMED，這取決于它是否與WCS相同，如果不相同則被列為UNNAMED。

世界：將當前UCS設置為世界坐標系。首頁

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2004機械設計培訓教程》視點三維視圖是從空間中的某個觀測點向WCS或UCS坐標系原點方向觀察目標對象時得到的三維狀態(tài)，因此三維模型需要在三維空間指定一個觀測視點后才能觀察到它的三維狀態(tài)，這個觀測點即是視點。為三維模型指定觀察視點可以直接在繪圖區(qū)中通過坐標球和三軸架指定，也可通過“視點預置”對話框來指定，還可以通過三維動態(tài)觀察器來任意指定觀察視點。在繪圖區(qū)指定觀察視點在繪圖區(qū)指定觀察視點的命令主要有如下幾種調用方法：

選擇[視圖]

[三維視圖]

[視點]菜單命令。

在命令行中執(zhí)行VPOINT命令。首頁

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2004機械設計培訓教程》在繪圖區(qū)指定觀察視點時可以借助坐標球和三軸架來進行。在命令行中執(zhí)行VPOINT命令后，命令行中將出現提示信息“當前視圖方向:VIEWDIR=0.0000,0.0000,0.0000

指定視點或 [

旋轉(R)]<顯示坐標球和三軸架>:”，直接輸入三維坐標值即可指定觀察視點的坐標。此時如果按【

Enter】鍵將在繪圖區(qū)出現如圖16-5所示的羅盤和三軸架圖標。而選擇[視圖]

[三維視圖]

[視點]菜單命令則會直接在繪圖區(qū)出現羅盤和坐標三軸架圖標，此時只能通過該方式來指定觀測視點。首頁

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2004機械設計培訓教程》圖16-5首頁

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2004機械設計培訓教程》在執(zhí)行VPOINT命令的過程中如果選擇“旋轉”選項，則可以指定兩個轉角以旋轉觀測位置。若選擇該選項后將通過輸入WCS中與x軸的夾角和xy平面的夾角來確定觀測位置。首頁

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2004機械設計培訓教程》羅盤是球體的二維表現方式，中心點代表北極，內環(huán)代表赤道，整個外環(huán)代表南極。羅盤上的垂直線與羅盤的5個交點從上到下依次表示底視圖、后視圖、頂視圖、前視圖、底視圖的觀察方向；羅盤上的水平線與羅盤的5個交點從左到右分別表示底視圖、左視圖、頂視圖、右視圖和底視圖。羅盤上的水平線與垂直線將羅盤分成8個區(qū)域，外環(huán)與內環(huán)間的4個區(qū)域分別表示觀察方向為左前下方、右前下方、左后下方和右后下方；內環(huán)的4個區(qū)域分別表示觀察方向為左前上方、右前上方、左后上方和右后上方。羅盤上的十字光標代表三維觀察視點，可以將羅盤上的小十字光標移動到球體的任意位置上。在移動該十字光標時，三軸架將根據坐標球指示的觀察方向旋轉，當確定要使用某個觀察點時，在該位置上單擊鼠標即可。首頁

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2004機械設計培訓教程》通過對話框指定觀察視點通過對話框指定觀察視點需通過“視點預置”對話框進行。打開“視點預置”對話框主要有如下幾種方法：

選擇[視圖]

[三維視圖]

[視點預置]菜單命令。

在命令行中執(zhí)行DDVPOINT命令。打開的“視點預置”對話框如圖16-6所示，用于設置觀測角度，用戶可以從該對話框中的矩形表盤和半圓形表盤圖示中進行設置。它們的作用分別如下：圖16-6首頁

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2004機械設計培訓教程》

矩形表盤：用于設置視點與x軸的夾角，當在矩形表盤內環(huán)與矩形之間的區(qū)域選取時，角度的增量為45°；當在矩形表盤內環(huán)中選取時，可得到任意角度的值。

半圓形表盤：用于設置視點與xy平面的夾角，當在內半圓與外半圓之間的區(qū)域選取時，可以得到圖示中標示的角度值；當在內半圓區(qū)域中選取時，可得到任意角度的值。

“視點預置”對話框其他各選項的含義及功能分別如下：單選項：選中該單選項后，設置的觀測方向相對于

WCS坐標系。單選項：選中該單選項后，設置的觀測方向相對于當前UCS坐標系?！癤軸”文本框：設置與x軸夾角的角度值?！癤Y平面”文本框：設置與xy平面夾角的角度值。按鈕：設置查看角度以相對于選定的坐標系顯示平面視圖（xy平面）。首頁

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2004機械設計培訓教程》通過對話框指定觀察視點DDVPOINT和VPOINT命令都只能用于模型空間，DDVPOINT命令可用對話框控制視圖視點，VPOINT則以平行投影方式顯示，如果要動態(tài)觀察三維模型，則可以通過三維動態(tài)觀察視圖來進行。使用三維動態(tài)觀察器主要有如下幾種方法：

選擇[視圖]

[三維動態(tài)觀察器]菜單命令。

單擊“三維動態(tài)觀察器”工具欄中的 按鈕。

在命令行中執(zhí)行3DORBIT（3DO）命令。使用三維動態(tài)觀察器可以使用定點設備操作模型的視圖，能夠從模型周圍的任意視點直觀地觀察整個模型或模型中的任何對象。首頁

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2004機械設計培訓教程》擇要使用三維動態(tài)觀察器查看的對象后（如果不選擇任何對象則查看整個模型），通過上述方法

進入三維動態(tài)觀察視圖，然后按住鼠標左鍵并向不

同方向拖動即可動態(tài)觀察三維對象，如圖16-7所示。觀察完畢，按【Esc】、【Enter】鍵或單擊鼠標右

鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“退出”命令即可退

出三維動態(tài)觀察器。首頁

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2004機械設計培訓教程》圖16-7首頁

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2004機械設計培訓教程》在觀察三維對象的過程中，當光標移動到轉盤的不同部分上時，光標的形狀也會有所改變，用以指示查看旋轉的方向。光標的變化及含義主要有以下幾種：光標：當光標移動到轉盤內的三維對象上時顯

示的形狀。此時按住鼠標左鍵并拖動，可以沿水平、豎直和對角方向隨意操作視圖。首頁

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2004機械設計培訓教程》光標：將光標移動到轉盤之外時顯示的形狀。此時按住鼠標左鍵并圍繞轉盤拖動，可以使視圖圍繞穿過轉盤（垂直于屏幕）中心延伸的軸進行轉動，稱為滾動；當將光標拖動到轉盤內部時，它將變成形狀，同時視圖可以隨意移動；當將光標向后移動到轉盤外時，又可以恢復滾動。光標：將光標移動到轉盤左側或右側的小圓上時顯示的形狀。此時按住鼠標左鍵并拖動，可以繞垂直軸通過轉盤中心延伸的y軸旋轉視圖。光標：將光標移動到轉盤頂部或底部的小圓上時光標顯示的形狀。此時按住鼠標左鍵并拖動，可以繞水平軸通過轉盤中心延伸的x軸旋轉視圖。首頁

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2004機械設計培訓教程》用戶也可以通過AutoCAD提供的標準視點（即正交UCS與等軸測圖坐標）從不同角度觀察三維模型，其方法為在如圖

16-4所示的“視圖”工具欄中單擊所需的按鈕即可。首頁

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2004機械設計培訓教程》視口在模型空間繪圖一般都是在一個充滿整個屏幕的單視口中進行操作，但在某些情況下需要將圖形的局部放大，以方便對其進行編輯，這時就可能造成用戶觀察不到圖樣修改后的整體效果。此時可以新建一個視口，在一個視口中顯示圖樣的局部，在另一個視口中顯示圖樣的整體效果，這樣便可同時兼顧局部與整體，達到兩全其美的目的。新建視口命令主要有如下幾種調用方法：

選擇[視圖]

[視口]

[新建視口]菜單命令。

在命令行中執(zhí)行VPORTS命令。首頁

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2004機械設計培訓教程》如創(chuàng)建4個視口，分別包含三視圖和一個西南等軸測圖，其具體操作如下：（

1

）打開要在不同視口中顯示的三維模型圖，選擇[視圖]

[視口]

[新建視口]菜單命令，打開“視口”對話框。在“新名稱”文本框中輸入新建視口的名稱，如“全局”。在“標準視口”列表中選擇視口的布置形式，這里選擇“四個：相等”選項。（

4

）在“設置”下拉列表框中選擇用二維還是三維。此處選擇“三維”選項。（

5

）單擊右側“預覽”框中的第一個視口，然后在下面的“修改視圖”下拉列表框中選擇“主視”選項。首頁

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2004機械設計培訓教程》（

6

）用同樣的方法將另外3個視口分別設為左視、俯視和西南等軸測圖，如圖

16-8所示。圖16-8首頁

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2004機械設計培訓教程》（

7

）單擊按鈕關閉對話框，繪圖區(qū)即被分為4個視口，并在各個視口中按設置顯示三維模型的不同視圖，如圖16-9所示。圖16-9首頁

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2004機械設計培訓教程》創(chuàng)建了多個視口之后，單擊任一視口即可將其切換為當前視口，只有切換為當前視口之后才能在該視口中進行編輯。在任意視口中均可進行視圖的平移、縮放、設置柵格、建立用戶坐標系等操作，而不影響其他視口的視圖顯示方式與坐標系，但在任一視口中對圖形對象作了修改之后，在其他視口中將同時反映出來。在某一個視口中還可以再新建視口，即在某一視口中同時顯示模型的多個視圖。首頁

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2004機械設計培訓教程》三維模型的分類根據幾何模型的構造方法，三維模型可分為線框模型、表面模型和實體模型3類，其構建方式分別如下：

線框模型：該模型用線（棱線和轉向輪廓線）來描繪三維對象的骨架，如圖16-10所示。由于線框模型中沒有面，只有描繪對象邊界的點、直線和

曲線，因此在AutoCAD中可以在三維空間的任何位置放置二維對象來創(chuàng)建線框模型。AutoCAD也提供了一些專門的三維線框對象，如三維多段線。由

于構成線框模型的每個對象必須單獨繪制和定位，因此，這種建模方式是最為耗時的，一般只用于

簡單模型的創(chuàng)建。首頁

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2004機械設計培訓教程》圖16-10首頁

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2004機械設計培訓教程》。

表面模型：該模型用物體的表面表示三維物體，在該模型中不僅包括線的信息，而且包括面的信息，因而可以解決與圖形有關的大多數問題，如圖16-11所示。曲面建模比線框建模復雜得多，它不僅定義三維對象的邊而且定義面

AutoCAD的曲面模型使用多邊形網格來定義鑲嵌面，由于網格面是平面的，因此網格只能近似于曲面。圖16-11首頁

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2004機械設計培訓教程》

實體模型：實體模型是3種模型中最高級的一種，包括了線、面和體的全部信息。對于該類模型可以繪制出簡單的基本體模型，再通過布爾運算構造出復雜的組合體，如圖16-12所示。圖16-12首頁

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2004機械設計培訓教程》創(chuàng)建線框模型首頁

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利用三維多段線創(chuàng)建線框模型

根據標高、厚度創(chuàng)建三維模型《中文版AutoCAD

2004機械設計培訓教程》創(chuàng)建線框模型時只需在三維空間放置各個二維對象即可，與繪制二維平面圖相似，只是在輸入坐標時需同時指定z軸的值。AutoCAD還提供了專用的三維框模型繪制工具——三維多段線。除此之外，在繪制某些二維對象時也可以通過設置其標高與厚度的方法創(chuàng)建出三維模型。首頁

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2004機械設計培訓教程》三維多段線命令主要有如下幾種調用方法：

選擇[繪圖]

[三維多段線]菜單命令。

在命令行中執(zhí)行3DPOLY命令。三維多段線與二維多段線不同之處在于，三維多段線可以以三維空間的任意點來指定三維多段線的頂點，但只能顯示為CONTINUOUS線型。如在西南等軸測視圖中利用三維多段線繪制如圖16-13所示的四棱錐，其命令行操作如下：首頁

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2004機械設計培訓教程》圖16-13首頁

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2004機械設計培訓教程》首頁

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2004機械設計培訓教程》根據標高、厚度創(chuàng)建三維模型在AutoCAD中繪制直線、圓、矩形、多邊形等二維對象時，可以通過設置圖形的標高和拉伸厚度來創(chuàng)建三維模型。其中，標高是指將要繪制的圖形的起始平面與當前UCS坐標系的xy平面的垂直距離；拉伸厚度是指所繪圖形對象沿z軸方向拉伸的厚度。在創(chuàng)建矩形時，可以直接在命令行的提示信息下選擇“標高”與“厚度”選項來創(chuàng)建三維模型，如果繪制的是其他的二維對象，則需通過ELEV命令進行。首頁

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2004機械設計培訓教程》如在西南等軸測視圖中使用

ELEV命令繪制如圖

16-14所示的六角

螺釘，其中圓的標高為0，厚度為80；正六邊形的一個平面與圓的右端面相接，它的標高為80，厚度為25。其命令

行操作如下：圖16-14首頁

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2004機械設計培訓教程》圖16-15首頁

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2004機械設計培訓教程》需注意的是，使用

ELEV命令指定標高與厚度后，以后繪圖時便會默認以這個標高作為繪圖的開始面，以該厚度作為所繪對象的拉伸厚度。因此不再使用該方法時，必須重新將標高與厚度值設為0。首頁

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2004機械設計培訓教程》上機實戰(zhàn)

繪制機座的線框模型

同時顯示機座模型及其三視圖首頁

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2004機械設計培訓教程》本課上機實戰(zhàn)將創(chuàng)建一個機座的線框模型和4個視口，分別顯示該機座的主視圖、俯視圖、左側圖與西南等軸測圖。通過練習，讀者可以鞏固本課所學的坐標系、切換視圖、創(chuàng)建視口、繪制線框三維模型等知識點。首頁

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2004機械設計培訓教程》繪制機座的線框模型本實例將繪制如圖16-16所示的機座的三維線框模型，其尺寸要求如圖16-

17所示。繪制時首先在主視圖中繪制出其二維輪廓，然后切換到西南等軸測圖中，將其在z方向復制，并用直線連接各折點，最后繪制圓孔。圖16-16首頁

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2004機械設計培訓教程》圖16-17首頁

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2004機械設計培訓教程》其具體操作如下：（1）單擊“視圖”工具欄中的 按鈕，切換到主視圖中，在正交模式下用LINE、CIRCLE和TRIM命令繪制出如圖16-18所示的圖形。其命令行操作如下：圖16-18首頁

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2004機械設計培訓教程》首頁

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2004機械設計培訓教程》首頁

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2004機械設計培訓教程》圖16-19首頁

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2004機械設計培訓教程》圖16-20（2）單擊“視圖”工具欄中的 按鈕，切換到西南等軸測圖中，用COPY、LINE命令繪制出如圖16-20所示的圖形。其命令行操作如下：首頁

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2004機械設計培訓教程》（3）用CIRCLE命令繪制圓孔，繪制出如圖16-16所示的圖形。由于繪制的圓會與xy平面平行，因此還需重新定義UCS坐標系。其命令行操作如下：首頁

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2004機械設計培訓教程》首頁

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2004機械設計培訓教程》同時顯示機座模型及其三視圖本實例將在AutoCAD繪圖區(qū)中同

時顯示上一

實例繪制的

機座的主視

圖、俯視圖、左側圖與西

南等軸測圖，效果如圖16-21所示。圖16-21首頁

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2004機械設計培訓教程》其具體操作如下：（1）打開上一實例中繪制的機座模型圖，選擇[視圖]

[視口]

[新建視口]菜單命令，打開“視口

”對話框。（

2

）在“新名稱”文本框中輸入新建視口的名稱“機座全局”。（

3

）在“標準視口”列表中選擇“四個：相等

”選項。在“設置”下拉列表框中選擇“三維”選項。單擊右側“預覽”框中的第一個視口，然后在下面的“修改視圖”下拉列表框中選擇“主視

”選項。首頁

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2004機械設計培訓教程》用同樣的方法將另外3個視口分別設為左視、俯視和西南等軸測圖，如圖16-22所示。單擊按鈕關閉對話框，繪圖區(qū)即被分為

4個視口，并在各個視口中按設置顯示三維模型的不同視圖，如圖16-21所示。圖16-22首頁

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2004機械設計培訓教程》課后練習

填空題

判斷題

問答題

上機操作題首頁

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2004機械設計培訓教程》填空題（

1

）默認狀態(tài)下，AutoCAD2004的坐標系為軸以水平向右為正方向， 軸以垂直向上為正方世界坐標系，其坐標原點在繪圖區(qū)左下角，首頁

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