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cad3d建模思路

科技 更新时间:2025-01-25 01:12:38
開始設計

創建新設計的三部曲:

  1. 新建文件。菜單-》文件-》新建或者點擊工具欄中的新建按鈕創建一個新的設計文檔。新建後别忘了給文件取一個妥當的名字。
  2. 新建實體。點擊工具欄中的新建實體按鈕。
  3. 新建草圖。選中新建的實體(新建實體後自動選中),點擊工具欄中的新建草圖按鈕。

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)1

本文,我們選擇 XY 作為草圖平面。

草圖

畫草圖是三維設計很重要的組成部分,學習三維設計很大程度上是學習如何繪制草圖。

繪制圓形

首先,我們使用工具欄中 在草圖中創建圓 工具在草圖中繪制一個圓:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)2

繪制完圓形後,點擊一下鼠标右鍵釋放繪制工具。

繪制完成後,可以看到 任務 欄中提示我們的草圖中有三個自由度:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)3

一個圓默認有三個自由度,分别是:

  1. diameter 直徑
  2. x-position 橫坐标位置
  3. y-position 縱坐标位置

一個完美的設計要求是完全約束的,完全約束時的自由度為 0。我們通過添加約束來去掉這三個自由度。

添加一個直徑約束來解決直徑自由度:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)4

添加完約束後,任務 欄中多了一個約束,那個就是我們剛才添加的直徑約束:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)5

如果你不想這個約束,可以選中約束,然後删除之。

現在我們隻剩下兩個自由度了:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)6

接下來我們通過使用 固定兩點之間的水平距離 (Fix the horizontal distance between two points or line) 約束來來設置圓的橫向位置。先選中原地,再選中我們剛剛繪制的圓的圓心,然後使用工具欄中的 固定兩點之間的水平距離 約束來設置圓心和圓點的橫向距離:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)6

添加完橫向位置約束後,隻能改變垂直位置了:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)8

我們解決最後一個自由度。我們通過 固定兩點的垂直距離 約束來設置縱向位置:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)9

添加完垂直距離約束後,可以看到草圖變綠了,那是系統在提示我們,我們的草圖已經完全約束了,它就像一頭野獸一樣被我們關到籠子裡了:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)10

我們在做設計時應該盡量保證草圖是完全約束的(Fully constrained sketch)。

設計完成草圖後,關閉之。

有了草圖後,我們可以對其做各種操作,凸台、旋轉等:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)11

這裡,我們選擇旋轉操作,可以得到一個甜甜圈:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)12

如果我們将角度由 360° 改為 180° 可以得到一個手柄型的半圓:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)13

接下來,我們删除剛才添加的旋轉按鈕。在 模型 選項卡中選中 Revolution 删除之,然後雙擊 sketch , 重新回到草圖設計:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)14

現在觀察組合浏覽器中的任務 選項卡,内容如下:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)15

可以看到我們的草圖此時有一個元素:圓,三個約束。

從上面的過程我們可以總結出三維模型設計的套路:

  1. 首先在草圖中繪制出二維圖形。
  2. 使用約束工具對二維圖形進行約束。目标是完全約束。
  3. 使用三維工具把二維圖形變換成三維圖形。
繪制一個三角形

接下來我們學習下一個二維繪圖元素:線段。

我們先在草圖中把之前的繪制的圓圈删掉:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)16

可以看到,删除圖形後,元素欄裡為空,與之相關的約束也随之消失了。

點擊工具欄中的在草圖中創建一條線工具,在草圖中繪制一條線段:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)17

繪制線段時需要點擊鼠标左鍵兩次,第一次是起點,第二次是終點,繪制完成後點擊一下鼠标右鍵釋放繪制工具。

此時,可以在任務選項卡中看到約束信息,我們的線段引入了 4 個自由度:

  • 第一點的 x、y 位置
  • 第二點的 x、y 位置

從上一個圓圈的例子中我們學到,可以通過使用水平和垂直距離約束來解決這四個自由度:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)18

但是,這次,我們玩點新花樣,我們通過别的約束來實現。

我們可以通過重合約束來将草圖原點和線段的起點約束到一起。在草圖中按住 Ctrl 鍵分别選中這兩個點,然後點一下工具欄中重合約束按鈕:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)19

剩下的終點還可以上下左右拖動:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)20

我們可以通過添加角度和長度約束來解決這個不聽話的小點:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)21

添加角度約束時需要選中兩條直線。

添加完成後,約束欄可以看見我們剛才添加的三個約束,草圖也變成完全約束了:

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我們再在草圖中繪制兩條線來構成三角形:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)23

繪制完成後,可以發現新繪制的定點還是可以移動的,任務選項卡中多了兩個自由度。

我們可以通過平行約束将底下的那條邊約束到 x 軸上:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)24

約束完成後,剩餘的頂點隻能在x軸上來回拖動了。

我們使用垂直約束來徹底鎖死這個三角形:

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約束完成後,三角形變綠了,我們實現了完全約束。

點擊任務選項卡中的 Close 按鈕關閉草圖,系統自動切換到模型選項卡:

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現在我們有了一個閉合圖形,我們可以使用三維工具使之變成立體圖形:

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對稱約束

我們删除之前創建的 Pad , 然後打開草圖,删掉三角形:

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接下來我們學習如何使用對稱草圖對象。

我們在草圖中繪制一個矩形:

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此時,任務選項卡中提示我們有四個自由度:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)30

如果你在繪制的是對稱圖形,使用對稱約束是很方便的。

我們選擇矩形的兩個點,然後再選擇草圖原點,應用對稱約束:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)31

使用完對稱約束後,矩形是完全對稱的,隻是長度和寬度還可以改變,自由度隻剩了兩個。

我們通過相等約束将矩形的兩條邊設為相等,這樣矩形變為正方形:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)32

現在我們隻剩下一個自由度了,那就是正方形的邊長。我們使用水平長度約束來約束其中的一條邊,因為其他三條邊都是與之相等的,因此,相當于設置了正方形的邊長:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)33

此時,草圖變綠,完全約束。

提示:如果有可能,盡量使用對稱約束,而不是尺寸約束,來約束圖形。優先書序也是先應用對稱約束再應用尺寸約束。

其他草圖元素

我們給圓槽工具給我們的草圖添加一個槽:

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我們選中草圖中的兩個點,使之與 X 周對稱:

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我們使用半徑約束來設置草圖的半徑:

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此時,我們還剩下兩個自由度,我們槽可以被拉長,x 軸上的位置也可以被改變:

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That's not good!

我們選中槽的一條邊,使用垂直長度約束來約束槽的長度:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)38

現在我們就剩下最後一個小禍害了,那就是槽的水平位置仍然是自由的。我們選中槽的其中一個圓心,再選中原點,通過水平長度約束來約束槽在 x 軸上的距離:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)39

Boom! 我們的草圖變綠了。That's good!

我們關閉草圖,點擊一下工具欄中的對稱視圖,方便我們觀看草圖,然後我們使用凸台工具将草圖拉伸成三維立體模型:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)40

尺寸約束命名

你可以給尺寸約束起個名,這樣方便你後期更改設計。

我們在草圖中雙擊要起名的尺寸,此處,我們給槽的半徑起個名 slotr:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)41

起完名後,關閉草圖。在 模型 選項卡中選中草圖,在屬性中打開約束,可以看到我們給槽的半徑尺寸氣的名字 slotr:

cad3d建模思路(3D設計軟件FreeCAD入門4草圖)42

更改 slotr 的值,槽的半徑會随之改變。是不是很棒?!

總結

今天我們學習了如下内容。

  • 草圖繪制的一些基本知識
  • 知道了在使用約束時要優先使用對稱約束再使用尺寸約束
  • 可以給約束起個名字,後期可以在草圖屬性中直接更改其對應的值。
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