UCS在AutoCAD教學(xué)中的應(yīng)用探討

劉明

摘 要：在職業(yè)院校中，AutoCAD這門課程很重要，不同專業(yè)不同年級的學(xué)生都需要學(xué)習(xí)CAD課程。特別是數(shù)控專業(yè)的學(xué)生，以CAD為基礎(chǔ)課程。三維繪圖是CAD課程中的一個(gè)組成部分，而UCS是CAD三維學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)知識(shí)。結(jié)合教學(xué)實(shí)際，闡述如何正確、巧妙地使用AutoCAD中的UCS，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：AutoCAD；UCS；三維繪圖

三維繪圖是AutoCAD繪圖中比較難的知識(shí)點(diǎn)，相對于平面圖來說，更顯得直觀。在平時(shí)教學(xué)中，對于三維繪圖的講解是有難度的，但是也不是想象得那么難。利用CAD進(jìn)行實(shí)體繪圖，主要由于CAD的繪圖編輯依賴于UCS坐標(biāo)系的具體方位，我們平時(shí)只采用世界坐標(biāo)系的話，三維圖形的操作只能在一個(gè)相對固定的空間里進(jìn)行操作，這對繪制一般實(shí)體圖形和復(fù)雜實(shí)體圖形，會(huì)形成較大的難度。為方便繪圖，CAD開發(fā)了用戶坐標(biāo)系（UCS），它是在世界坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。在三維繪圖中，關(guān)鍵操作是熟練使用用戶坐標(biāo)系（UCS），下面從幾個(gè)方面探討UCS，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

一、UCS概念

（1）UCS的定義。AutoCAD的坐標(biāo)系有世界坐標(biāo)系（WCS）、用戶坐標(biāo)系（UCS）兩種。AutoCAD默認(rèn)的坐標(biāo)系是世界坐標(biāo)系，主要在繪制二維圖形時(shí)使用。在三維圖形中，CAD軟件開發(fā)了可以建立自己的坐標(biāo)系的功能。為此，坐標(biāo)系原點(diǎn)的位置可以放在繪圖區(qū)的任意一個(gè)位置上，同時(shí)，坐標(biāo)系的角度可以隨便傾斜。以前，繪制平面圖時(shí)，命令只在XY或與XY平行的面內(nèi)有效。但是，在我們繪制三維實(shí)體圖形時(shí)，需要不斷變換坐標(biāo)系來進(jìn)行三維實(shí)體不同面上的圖形操作。

UCS，是由用戶自己根據(jù)實(shí)際情況定義的、而且是可變化的坐標(biāo)系。定義一個(gè)用戶坐標(biāo)系，其實(shí)就是改變坐標(biāo)系原點(diǎn)（0，0，0）的位置以及X、Y和Z軸的方向。它是用于坐標(biāo)操作、平面繪圖和圖形查看的一種可移動(dòng)、可變換的坐標(biāo)系。

（2）用戶坐標(biāo)系的特點(diǎn)。用戶坐標(biāo)系為 AutoCAD 軟件中可移動(dòng)的坐標(biāo)系。用戶坐標(biāo)系不是唯一的，它可以任意改變方向，并且坐標(biāo)系可以任意旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)。UCS 坐標(biāo)系的移動(dòng)，可以使繪圖員在設(shè)計(jì)圖紙的時(shí)候更加方便。旋轉(zhuǎn) UCS ，可以使繪圖員在旋轉(zhuǎn)視圖或進(jìn)行三維操作的時(shí)候指定目標(biāo)點(diǎn)。用戶可任意定義用戶坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)，也可以使UCS與WCS（世界坐標(biāo)系）相重合。UCS選項(xiàng)能按順序打開當(dāng)前任務(wù)中使用過的10個(gè)坐標(biāo)系，也可以在不用時(shí)刪除它們。

現(xiàn)有坐標(biāo)系的原點(diǎn)可以是三維繪圖空間中任意一點(diǎn)，同時(shí)可以采用任意方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或者傾斜其坐標(biāo)軸，也可以在CAD的三維空間中任意位置定位UCS，還可以隨時(shí)保存、定義和復(fù)用用戶坐標(biāo)系，使得繪圖更加簡易。

二、UCS教學(xué)分析

在實(shí)際教學(xué)中，先要跟學(xué)生講解UCS的重要性。如果UCS學(xué)不會(huì)，那么整個(gè)CAD三維繪圖，根本不可能學(xué)會(huì)學(xué)懂。老師自己先要認(rèn)真做示范，在某個(gè)長方體或正方體的六個(gè)面上，繪制一個(gè)垂直的圓柱體。同時(shí)，讓學(xué)生也跟著在一個(gè)長方體或正方體的六個(gè)面的中心上繪制圓柱體（圖1、圖2），讓學(xué)生領(lǐng)悟它。老師在學(xué)生全部畫好后進(jìn)行總結(jié)：根據(jù)產(chǎn)品要求，要想在哪個(gè)面上繪圖，就把UCS坐標(biāo)系移動(dòng)到上面，并且XY坐標(biāo)所在的面要和物體所在的那個(gè)面重合或平行，如果不平行，是畫不正的。通過實(shí)際練習(xí)后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對UCS坐標(biāo)不再陌生，而且學(xué)習(xí)積極性很高。

三、如何巧妙使用UCS

根據(jù)平時(shí)教學(xué)和課后練習(xí)實(shí)際情況，我們在考慮三維實(shí)體繪制過程中遇到的各類情況基礎(chǔ)上， 簡單描述運(yùn)用坐標(biāo)系的一些竅門。

（1）繪制的實(shí)體從當(dāng)前某個(gè)位置移動(dòng)到另外一個(gè)面上。需要改變UCS 的原點(diǎn)：首先，要使現(xiàn)有用戶坐標(biāo)系坐標(biāo)軸的方向不變，然后移動(dòng)用戶坐標(biāo)系的原點(diǎn)到新的目標(biāo)位置，進(jìn)行繪圖操作。具體操作見如圖3、圖4所示。

（2）給定已知一個(gè)面或已知三個(gè)點(diǎn)來定義新的坐標(biāo)系。定義三點(diǎn)：通過三點(diǎn)方式將XY坐標(biāo)移動(dòng)到上面，第一個(gè)點(diǎn)是已知面的某個(gè)點(diǎn)，第二個(gè)點(diǎn)和第三個(gè)點(diǎn)是這個(gè)面上的另外兩點(diǎn)，且三點(diǎn)不在一條線上。其中第一個(gè)點(diǎn)確定的是繪圖原點(diǎn)，第二個(gè)點(diǎn)和第三個(gè)點(diǎn)確定繪圖時(shí)X、Y軸 的方向。

一個(gè)面：當(dāng)將某個(gè)實(shí)體移動(dòng)到某個(gè)面上，需要利用三點(diǎn)來確定某個(gè)面，并且將實(shí)體移動(dòng)到此面上。

比如，圖5、圖6，通過該實(shí)體斜面上任何三個(gè)點(diǎn)，來定義新的用戶坐標(biāo)系。

（3）如何正確將XY平面旋轉(zhuǎn)到所要操作的實(shí)體面上。要使現(xiàn)有坐標(biāo)繞X或者Y坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，產(chǎn)生一個(gè)目標(biāo)的坐標(biāo)系。而需要用戶輸入某個(gè)軸的字母（如X）時(shí)，CAD系統(tǒng)會(huì)提示：

指定繞X軸的旋轉(zhuǎn)角度 <90>：

下面，通過一個(gè)教學(xué)實(shí)例來講解。如圖7和圖8所示，現(xiàn)需要在側(cè)面上畫一個(gè)圓柱體。這時(shí)，我們先把坐標(biāo)系移動(dòng)到這個(gè)面上，下面就開始旋轉(zhuǎn)。怎么旋轉(zhuǎn)呢？我教學(xué)生：看XY兩個(gè)坐標(biāo)軸，哪個(gè)坐標(biāo)軸在該平面上，就繞著哪個(gè)軸轉(zhuǎn)，直到XY平面和所要繪圖的平面重合。關(guān)鍵一句話：所有的繪圖操作必須在XY平面上進(jìn)行。這就是好多學(xué)生為什么在繪圖時(shí)，點(diǎn)工具欄畫不出圖的原因所在。

（4）重返世界坐標(biāo)系。當(dāng)用戶需要返回世界坐標(biāo)系時(shí)，需要點(diǎn)擊第一個(gè)圖標(biāo)，并且點(diǎn)擊鍵盤回車鍵符或鼠標(biāo)右鍵。

現(xiàn)有世界坐標(biāo)系是我們所有用戶坐標(biāo)系的基礎(chǔ)，我們在教學(xué)和練習(xí)時(shí)，確實(shí)要正確利用好它。但是，我們在教學(xué)和練習(xí)中使用CAD繪制三維實(shí)體的時(shí)候，用得比較多的是系統(tǒng)中的用戶坐標(biāo)系UCS。UCS的簡易性、靈活性，給我們教師和學(xué)生繪制CAD三維立體圖帶來極大的便利。所以，我們要指導(dǎo)好學(xué)生熟練掌握UCS的使用方法和技巧。

小結(jié)：通過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)老師講授《AutoCAD》三維圖形時(shí)，利用項(xiàng)目教學(xué)法來講授軟件的用法，講解CAD繪圖中的每個(gè)命令、工具的使用方法，然后舉一些三維實(shí)例讓學(xué)生模仿練習(xí)，并且定期測驗(yàn)。結(jié)果，學(xué)生對CAD軟件用得很熟，對UCS坐標(biāo)系使用方法很熟練，可以做出企業(yè)需要的作品，這很適應(yīng)職業(yè)院校技工教學(xué)改革和專業(yè)人才培養(yǎng)的需要。學(xué)生利用這種方法去學(xué)習(xí)UCS坐標(biāo)系，并且很好地利用它進(jìn)行各項(xiàng)繪圖操作，將提高學(xué)生的實(shí)際能力，促進(jìn)學(xué)生成才。

參考文獻(xiàn)：

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（江蘇省徐州技師學(xué)院）