UCS在AutoCAD教學中的應用探討

劉明

摘 要：在職業院校中，AutoCAD這門課程很重要，不同專業不同年級的學生都需要學習CAD課程。特別是數控專業的學生，以CAD為基礎課程。三維繪圖是CAD課程中的一個組成部分，而UCS是CAD三維學習中的重點知識。結合教學實際，闡述如何正確、巧妙地使用AutoCAD中的UCS，提高學生學習效率。

關鍵詞：AutoCAD；UCS；三維繪圖

三維繪圖是AutoCAD繪圖中比較難的知識點，相對于平面圖來說，更顯得直觀。在平時教學中，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進行實體繪圖，主要由于CAD的繪圖編輯依賴于UCS坐標系的具體方位，我們平時只采用世界坐標系的話，三維圖形的操作只能在一個相對固定的空間里進行操作，這對繪制一般實體圖形和復雜實體圖形，會形成較大的難度。為方便繪圖，CAD開發了用戶坐標系（UCS），它是在世界坐標系的基礎上開發出來的。在三維繪圖中，關鍵操作是熟練使用用戶坐標系（UCS），下面從幾個方面探討UCS，提高學生的學習效率。

一、UCS概念

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

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

（2）用戶坐標系的特點。用戶坐標系為 AutoCAD 軟件中可移動的坐標系。用戶坐標系不是唯一的，它可以任意改變方向，并且坐標系可以任意旋轉或移動。UCS 坐標系的移動，可以使繪圖員在設計圖紙的時候更加方便。旋轉 UCS ，可以使繪圖員在旋轉視圖或進行三維操作的時候指定目標點。用戶可任意定義用戶坐標系的坐標原點，也可以使UCS與WCS（世界坐標系）相重合。UCS選項能按順序打開當前任務中使用過的10個坐標系，也可以在不用時刪除它們。

現有坐標系的原點可以是三維繪圖空間中任意一點，同時可以采用任意方式進行旋轉或者傾斜其坐標軸，也可以在CAD的三維空間中任意位置定位UCS，還可以隨時保存、定義和復用用戶坐標系，使得繪圖更加簡易。

二、UCS教學分析

在實際教學中，先要跟學生講解UCS的重要性。如果UCS學不會，那么整個CAD三維繪圖，根本不可能學會學懂。老師自己先要認真做示范，在某個長方體或正方體的六個面上，繪制一個垂直的圓柱體。同時，讓學生也跟著在一個長方體或正方體的六個面的中心上繪制圓柱體（圖1、圖2），讓學生領悟它。老師在學生全部畫好后進行總結：根據產品要求，要想在哪個面上繪圖，就把UCS坐標系移動到上面，并且XY坐標所在的面要和物體所在的那個面重合或平行，如果不平行，是畫不正的。通過實際練習后發現，學生對UCS坐標不再陌生，而且學習積極性很高。

三、如何巧妙使用UCS

根據平時教學和課后練習實際情況，我們在考慮三維實體繪制過程中遇到的各類情況基礎上， 簡單描述運用坐標系的一些竅門。

（1）繪制的實體從當前某個位置移動到另外一個面上。需要改變UCS 的原點：首先，要使現有用戶坐標系坐標軸的方向不變，然后移動用戶坐標系的原點到新的目標位置，進行繪圖操作。具體操作見如圖3、圖4所示。

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

一個面：當將某個實體移動到某個面上，需要利用三點來確定某個面，并且將實體移動到此面上。

比如，圖5、圖6，通過該實體斜面上任何三個點，來定義新的用戶坐標系。

（3）如何正確將XY平面旋轉到所要操作的實體面上。要使現有坐標繞X或者Y坐標軸旋轉一個角度，產生一個目標的坐標系。而需要用戶輸入某個軸的字母（如X）時，CAD系統會提示：

指定繞X軸的旋轉角度 <90>：

下面，通過一個教學實例來講解。如圖7和圖8所示，現需要在側面上畫一個圓柱體。這時，我們先把坐標系移動到這個面上，下面就開始旋轉。怎么旋轉呢？我教學生：看XY兩個坐標軸，哪個坐標軸在該平面上，就繞著哪個軸轉，直到XY平面和所要繪圖的平面重合。關鍵一句話：所有的繪圖操作必須在XY平面上進行。這就是好多學生為什么在繪圖時，點工具欄畫不出圖的原因所在。

（4）重返世界坐標系。當用戶需要返回世界坐標系時，需要點擊第一個圖標，并且點擊鍵盤回車鍵符或鼠標右鍵。

現有世界坐標系是我們所有用戶坐標系的基礎，我們在教學和練習時，確實要正確利用好它。但是，我們在教學和練習中使用CAD繪制三維實體的時候，用得比較多的是系統中的用戶坐標系UCS。UCS的簡易性、靈活性，給我們教師和學生繪制CAD三維立體圖帶來極大的便利。所以，我們要指導好學生熟練掌握UCS的使用方法和技巧。

小結：通過教學實踐發現，大多數老師講授《AutoCAD》三維圖形時，利用項目教學法來講授軟件的用法，講解CAD繪圖中的每個命令、工具的使用方法，然后舉一些三維實例讓學生模仿練習，并且定期測驗。結果，學生對CAD軟件用得很熟，對UCS坐標系使用方法很熟練，可以做出企業需要的作品，這很適應職業院校技工教學改革和專業人才培養的需要。學生利用這種方法去學習UCS坐標系，并且很好地利用它進行各項繪圖操作，將提高學生的實際能力，促進學生成才。

參考文獻：

[1]張俊賓，惠文.機械制圖實例教程[M].北京：人民郵電出版社，2008.

[2]劉航.模具CAD/CAM[M].北京：機械工業出版社，2008.

（江蘇省徐州技師學院）