开始设计

创建新设计的三部曲:

  1. 新建文件。菜单-》文件-》新建或者点击工具栏中的新建按钮创建一个新的设计文档。新建后别忘了给文件取一个妥当的名字。
  2. 新建实体。点击工具栏中的新建实体按钮。
  3. 新建草图。选中新建的实体(新建实体后自动选中),点击工具栏中的新建草图按钮。

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(1)

本文,我们选择 XY 作为草图平面。

草图

画草图是三维设计很重要的组成部分,学习三维设计很大程度上是学习如何绘制草图。

绘制圆形

首先,我们使用工具栏中 在草图中创建圆 工具在草图中绘制一个圆:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(2)

绘制完圆形后,点击一下鼠标右键释放绘制工具。

绘制完成后,可以看到 任务 栏中提示我们的草图中有三个自由度:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(3)

一个圆默认有三个自由度,分别是:

  1. diameter 直径
  2. x-position 横坐标位置
  3. y-position 纵坐标位置

一个完美的设计要求是完全约束的,完全约束时的自由度为 0。我们通过添加约束来去掉这三个自由度。

添加一个直径约束来解决直径自由度:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(4)

添加完约束后,任务 栏中多了一个约束,那个就是我们刚才添加的直径约束:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(5)

如果你不想这个约束,可以选中约束,然后删除之。

现在我们只剩下两个自由度了:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(6)

接下来我们通过使用 固定两点之间的水平距离 (Fix the horizontal distance between two points or line) 约束来来设置圆的横向位置。先选中原地,再选中我们刚刚绘制的圆的圆心,然后使用工具栏中的 固定两点之间的水平距离 约束来设置圆心和圆点的横向距离:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(7)

添加完横向位置约束后,只能改变垂直位置了:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(8)

我们解决最后一个自由度。我们通过 固定两点的垂直距离 约束来设置纵向位置:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(9)

添加完垂直距离约束后,可以看到草图变绿了,那是系统在提示我们,我们的草图已经完全约束了,它就像一头野兽一样被我们关到笼子里了:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(10)

我们在做设计时应该尽量保证草图是完全约束的(Fully constrained sketch)。

设计完成草图后,关闭之。

有了草图后,我们可以对其做各种操作,凸台、旋转等:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(11)

这里,我们选择旋转操作,可以得到一个甜甜圈:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(12)

如果我们将角度由 360° 改为 180° 可以得到一个手柄型的半圆:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(13)

接下来,我们删除刚才添加的旋转按钮。在 模型 选项卡中选中 Revolution 删除之,然后双击 sketch , 重新回到草图设计:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(14)

现在观察组合浏览器中的任务 选项卡,内容如下:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(15)

可以看到我们的草图此时有一个元素:圆,三个约束。

从上面的过程我们可以总结出三维模型设计的套路:

  1. 首先在草图中绘制出二维图形。
  2. 使用约束工具对二维图形进行约束。目标是完全约束。
  3. 使用三维工具把二维图形变换成三维图形。
绘制一个三角形

接下来我们学习下一个二维绘图元素:线段。

我们先在草图中把之前的绘制的圆圈删掉:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(16)

可以看到,删除图形后,元素栏里为空,与之相关的约束也随之消失了。

点击工具栏中的在草图中创建一条线工具,在草图中绘制一条线段:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(17)

绘制线段时需要点击鼠标左键两次,第一次是起点,第二次是终点,绘制完成后点击一下鼠标右键释放绘制工具。

此时,可以在任务选项卡中看到约束信息,我们的线段引入了 4 个自由度:

从上一个圆圈的例子中我们学到,可以通过使用水平和垂直距离约束来解决这四个自由度:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(18)

但是,这次,我们玩点新花样,我们通过别的约束来实现。

我们可以通过重合约束来将草图原点和线段的起点约束到一起。在草图中按住 Ctrl 键分别选中这两个点,然后点一下工具栏中重合约束按钮:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(19)

剩下的终点还可以上下左右拖动:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(20)

我们可以通过添加角度和长度约束来解决这个不听话的小点:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(21)

添加角度约束时需要选中两条直线。

添加完成后,约束栏可以看见我们刚才添加的三个约束,草图也变成完全约束了:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(22)

我们再在草图中绘制两条线来构成三角形:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(23)

绘制完成后,可以发现新绘制的定点还是可以移动的,任务选项卡中多了两个自由度。

我们可以通过平行约束将底下的那条边约束到 x 轴上:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(24)

约束完成后,剩余的顶点只能在x轴上来回拖动了。

我们使用垂直约束来彻底锁死这个三角形:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(25)

约束完成后,三角形变绿了,我们实现了完全约束。

点击任务选项卡中的 Close 按钮关闭草图,系统自动切换到模型选项卡:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(26)

现在我们有了一个闭合图形,我们可以使用三维工具使之变成立体图形:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(27)

对称约束

我们删除之前创建的 Pad , 然后打开草图,删掉三角形:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(28)

接下来我们学习如何使用对称草图对象。

我们在草图中绘制一个矩形:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(29)

此时,任务选项卡中提示我们有四个自由度:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(30)

如果你在绘制的是对称图形,使用对称约束是很方便的。

我们选择矩形的两个点,然后再选择草图原点,应用对称约束:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(31)

使用完对称约束后,矩形是完全对称的,只是长度和宽度还可以改变,自由度只剩了两个。

我们通过相等约束将矩形的两条边设为相等,这样矩形变为正方形:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(32)

现在我们只剩下一个自由度了,那就是正方形的边长。我们使用水平长度约束来约束其中的一条边,因为其他三条边都是与之相等的,因此,相当于设置了正方形的边长:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(33)

此时,草图变绿,完全约束。

提示:如果有可能,尽量使用对称约束,而不是尺寸约束,来约束图形。优先书序也是先应用对称约束再应用尺寸约束。

其他草图元素

我们给圆槽工具给我们的草图添加一个槽:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(34)

我们选中草图中的两个点,使之与 X 周对称:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(35)

我们使用半径约束来设置草图的半径:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(36)

此时,我们还剩下两个自由度,我们槽可以被拉长,x 轴上的位置也可以被改变:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(37)

That's not good!

我们选中槽的一条边,使用垂直长度约束来约束槽的长度:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(38)

现在我们就剩下最后一个小祸害了,那就是槽的水平位置仍然是自由的。我们选中槽的其中一个圆心,再选中原点,通过水平长度约束来约束槽在 x 轴上的距离:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(39)

Boom! 我们的草图变绿了。That's good!

我们关闭草图,点击一下工具栏中的对称视图,方便我们观看草图,然后我们使用凸台工具将草图拉伸成三维立体模型:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(40)

尺寸约束命名

你可以给尺寸约束起个名,这样方便你后期更改设计。

我们在草图中双击要起名的尺寸,此处,我们给槽的半径起个名 slotr:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(41)

起完名后,关闭草图。在 模型 选项卡中选中草图,在属性中打开约束,可以看到我们给槽的半径尺寸气的名字 slotr:

cad3d建模思路(3D设计软件FreeCAD入门4草图)(42)

更改 slotr 的值,槽的半径会随之改变。是不是很棒?!

总结

今天我们学习了如下内容。

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