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2023年9月28日 星期四

FreeCAD使用簡介(004) 長圓與鏡射

FreeCAD的常用編輯指令介紹


這次要來介紹在FreeCAD中會經常用到的編輯指令:依順序是鏡射、旋轉長出、掃出、混成長出、旋轉或直線陣列。


前面雖然介紹過了FreeCAD的概要與基本的建立模型功能,這次則是再進一步、稍微詳細一點來介紹「Part Design」的功能。具體來說,就會依照鏡射、旋轉長出、掃出、混成長出、旋轉或直線陣列的順序來介紹這些功能;同時也會在介紹這些指令時、順便談一談草繪時會用到的常用指令。在看完這些介紹之後,相信應該更能深入了解FreeCAD的功能特色。


此外,在舊版的FreeCAD中,混成長出或掃出只能用來建立曲面,但現在這兩種功能也能使用在建立實體上。


宛如照鏡子一樣,可以把形狀對稱複製的「鏡射(Mirror)」


鏡射(Mirror),就是以某個軸為基準,將位於軸的一邊的草繪或形狀、對稱複製到軸的另一邊去。在FreeCAD中,就可以「鏡射(Mirroed)」這個指令完成這項功能。順帶一提,FreeCAD並沒有將鏡射來源刪除只留下鏡射結果的功能。


首先,如之前介紹過的一樣使用草繪器的功能,畫出圖1的長方形,並且將長方形設定成完全限制的狀態(變成綠線)。


圖1 畫出長方形



因為直接將這個長方形鏡射也太沒有意思,所以在這裡先使用草繪器中的一些功能,讓這個長方形再加上一些不同的形狀。這裡要加上的是「長圓」、在別的3D CAD中可能叫「Slot」的形狀。而這個形狀經常也會在製作螺絲的讓位孔或導引孔時出現。


*譯註:大部分的3D CAD軟體,都沒有「長孔」或「長圓」的指令,基本上得自己畫。FreeCAD內建這個指令,老實說非常方便。


圖2 在草繪器中的長圓(Slot)指令



由於沒辦法一面決定好尺寸一面做好長圓,所以就先直接隨便抓個大小放置這個長圓(如圖3)。在舊版中,只要加入長圓,所有的圖形都會變成未完全限制(白線),但0.21版已經修改為只有長圓是白線,原本已經畫好的長方形還是維持完全限制的狀態(綠線)。


圖3 隨便抓個大小放置長圓(白線部分)



再來則是替這個長圓加上尺寸。但是在FreeCAD中標註尺寸的功能,只有標點與點之間的距離或是標註線段長度。所以長圓的尺寸就得標註成圓心到圓心之間的距離(而無法直接標註圓弧到圓湖之間的距離)。


圖4 標註長圓尺寸,使其成為完全限制



長圓的直向定位尺寸(2mm)是標註長圓的線段端點到長方形下邊的距離。在其他CAD中,通常是標註長圓的下邊到長方形下邊這樣邊與邊的距離;但在FreeCAD中無法這樣標註,所以折衷改用這個方式標註。


接下來,把這個帶有長圓的長方形草繪長出6mm的高度,成為一個實體。在於右上角切出一個5mm大小的斜角,如圖5。


圖5 長出實體並切出斜角



接著就要把圖5的實體鏡射了。在模型樹頁面(Model)中,點選「Pad」與「Chamfer」這兩個特徵,然後再於程式視窗上方的指令列中點選「鏡射(Mirrored)」指令。如圖6。


圖6 「鏡射(Mirrored)」指令



執行下去後,就會看到類似圖7那樣的預覽畫面。在舊版中,會出現部分特徵無法正確顯現到預覽畫面的問題,但是到了0.21版也解決了這個臭蟲。另外在左邊的複合頁面中會跳出鏡射參數設定的對話視窗,其右下會有個可以選擇對稱基準的選單。圖7是已經選好草繪垂直軸的狀態。以Top面(XY平面)進行草繪而言,垂直軸是Y軸、水平軸則是X軸。


圖7 相對於草繪垂直軸鏡射



此刻,如果選擇「水平草繪軸」的話,預覽畫面就會變成類似8圖的樣子。


圖8 相對於草繪水平軸鏡射



當然也可以相對於草繪平面來做鏡射。圖9 就是在這個狀況下預覽出來的結果。


圖9 相對於草繪平面鏡射



甚至還可以拿模型的表面來當鏡射的基準平片。圖10就是以右上角的斜角面為基準來鏡射的結果。'


圖10 指定斜角作為鏡射的基準面



*在舊版中,選擇斜角來鏡射是OK的,但在0.21版反而會失敗,很有趣。(紅色就是出問題了)


*更有意思的是,如果先選擇Chamfer、再選擇Pad特徵(而不是先選Pad再選Chamfer),才去執行鏡射的話,選擇斜角面作為鏡射鏡準就會成功(如下圖)



*結論就是,在FreeCAD中,鏡射是個會受到先後選擇順序影響的功能。


預覽結束後,按下OK確定要鏡射後,就會看到模型樹中多出了一個「Mirroed」的特徵。而這個特徵底下並沒有加上任何的子特徵(如原本的Pad或Chamfer都不會出現)。


圖11 模型樹加上了Mirrored的特徵。



鏡射的基準面如果不在實體上時會怎麼樣?


前面介紹的都是鏡射基準面剛好都貼在實體上的狀況,但如果鏡射基準面不在實體上,而是離實體有段距離時,又會如何?


為了知道這個疑問的答案,請將前面畫的草繪,如同圖12一樣,將長方形修改成移到偏離Y軸3mm之處。


圖12 修改長方形形狀。



確定這個修改,跳出草繪器之後,就會發現鏡射特徵失敗,原本的鏡射形狀就不見了....。


圖13 鏡射失敗(特徵消失)



原因很簡單,在FreeCAD中,如果不相接的話,就無法完成鏡射(換句話說,就是不允許分離的實體存在)。而且如果使用圖12修改過的草繪來進行垂直草繪軸鏡射的話,直接就會出現輸入錯誤的警告(如圖14)。


圖14 鏡射輸入錯誤的警告



順帶一提,如果原本底下有個基座的特徵,那麼類似圖12那樣的草繪就可以鏡射成功了(因為實體都相連在一起)。


圖15 只要有基座,就能鏡射



像這樣,只要不相接就可能出現錯誤的狀況,正是FreeCAD的「特色」(或說是「壞習慣」),之後介紹的其他功能指令也會有類似情形,請特別注意。總之,請記得在FreeCAD中,無法針對部相連的東西進行鏡射。明明這是在其他CAD軟體,如「Fusion 360」之類的程式都是可以做的功能....實在很可惜。


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