2023年10月20日 星期五

FreeCAD使用簡介(012) 物超所值的Sheet Metal模組


到這裡為止,已經大致說明過FreeCAD的3D建模與2D工程圖的基本操作方式,接下來則是打算介紹並非原始標準安裝的外掛模組,使得建模更加便利。這次特別要來介紹能夠設計折彎板金的「Sheet Metal」與能夠自動添加螺絲的「Fasteners」模組。


順便請大家複習一下這些外掛工作區模組只要點選最上方的指令選單的[Tool]>[Addon manager],就能簡單追加了。


能夠設計板金元件的方便模組「Sheet Metal」


就算是普通的3D建模軟體,也能靠著單純的「長出(Extrusion, Pad…)」等指令就能設計出板金形狀的原件。只不過,用這樣方式畫出來的東西只是沖壓折彎之後的完成狀態;接下來要繪製元件工程圖、要做出展開圖(平板狀態)時,就需要依靠自己腦中浮現未折彎沖壓前的形狀才行。此外,就算只是畫出板金元件的完成型態,還是必須考慮因為板厚而造成的折彎讓位等等加工特徵才行。


於是在中階3D CAD軟體中經常會附屬內建、可以做出展開圖與完成模型狀態的「板金(Sheet Metal)」功能模組。就連本文的主角FreeCAD,也有外掛的板金工作區模組。而這次使用的板金工作區模組的版本為V0.3.1版(執筆時)


圖1 Sheet Metal工作區模組



此外,這次打算使用Sheet Metal工作區時,會出現工作區錯誤的警告。如果把工作區關掉,重新選擇這個模組,錯誤警告就會消失。但關掉FreeCAD、下次重新啟動FreeCAD並且進入Sheet Metal工作區時又會出現....。(雖說不影響使用,但就是很煩...)


繪製做為基本形狀的草繪


一開始如果沒有基本特徵或是草繪存在的話,Sheet Metal的所有指令圖式都是灰階的顏色而無法使用。因此在使用Sheet Metal的功能前,必須要先畫出作為基本形狀的草繪。所以我們先切換到「Sketcher」工作區模組,在XY平面上畫出草繪。


照例,先畫出一個長方形的草繪。


圖2 在「Sketcher」工作區模組中繪製長方形



繪製完成後,再回到Sheet Metal模組中


圖3 回到「Sheet Metal」的模樣



將草繪做成板金


如果在模型樹中選擇剛才繪製好的草繪(Sketch),就會發現「建立基礎板件(Make Base Wall)」這個指令已經不是灰階,而是可以選取執行的狀態(如上圖橘色圈起處)。如果點選這個指令,就會立刻做出一片平板,而且會在模型樹中看到「BaseBend」這個項目。不過板厚到底應該怎麼設定呢?


圖4 做出基礎板件並且在模型樹中看到「BaseBend」出現



至於板厚,在模型樹中點選BaseBend的話,就會在底下看到「特性(Property)」視窗,在其中的「厚度(thickness)」項目中設定即可。


圖5 設定板厚



板厚的預設值是1mm,這裡試著修改成5mm來看看。


圖6 將板厚變更成為5mm



順帶一提,有的時候在左邊的特性視窗中修改參數,形狀也不見得會馬上反映出來。這個時候,只要在模型樹中挑選想要更新的特徵,在任務(Task)頁面底下的[Update]按一下,然後再按下[OK],就會看到幾何形狀更新了。


圖7 更新參數修正、幾何卻未更新的方法



不過,前面修改的5mm板厚在實務中也太厚了,所以再度修改成1.2mm。

圖8 板厚改回1.2mm



追加折彎(上折)部


到這裡,如果點選已經完成的平板3D模型,會發現又有好幾個指令圖示從灰階變成可以操作的狀態。


圖9 在「Sheet Metal」的指令列中看到好幾個指令圖示變為可以執行的狀態



接下來說明「建立側壁(Make Wall)」指令。點選想要追加折彎的邊後,然後點選「Make Wall」指令圖示,然後就會馬上看到長出了一個折彎壁,並且會在模型樹中看到新增了「Bend」項目


圖10 追加折彎壁



圖11 立刻會看到折彎壁長出



此外,在Sheet Metal工作區當中,後面追加的特徵反而會一個一個排在模型樹的越上層,而前面做出來的特徵,則會在越下層、並且以灰階顯示。


這裡也像製作基礎平板時一樣,新增加的折彎壁的高度是預設的數值10mm。變更這個高度也是在模型樹中點選[Bend],然後在特性視窗中修改「長度(length)」即可。這裡修改成20mm。


圖12 變更折彎壁的高度(長度)



圖13 修正完高度(長度)的樣子



就在[Length]選項正下方有另外一個選項[radius(半徑)],是用來設定折彎內側的半徑之用,這裡維持預設的1mm。


如前所述,Bend這個項目(特徵)應該是加在BaseBend之上一層才對。此外,如果想將折彎改折往下方的話,就在特性視窗中的參數[angle(角度)]值改為「-90」即可(或是改動[invert(反轉)]參數也可以)。此外,也可以設定折彎縫(Bend Relief)。


圖14 將角度設定為-90度,使折彎反折



再來則是以同樣的程序在另一端也加上折彎壁。順帶一提,在這個工作區模組中,似乎只能用一直累加的方式來加入新特徵。


圖15 在另一端加上折彎壁



展開折彎部


折彎做好了以後,當然也可以展開(這才是這個模組的重要價值)。先選好希望展開的板金模型平坦部後,再點選指令列中的[展平(Unfold)]指令即可。


圖16 [展平(Unfold)]指令



接下來接受任務頁面跳出來的顯示內容,按下[OK]即可。


圖17 展平指令的選項,其實也可以設定K係數(K factor)



完成指令後,就會看到原本折彎前的形狀與展平後的形狀重疊顯示在一起。在模型樹中也會看到出現了「Unfold」與「Unfold Sketch」等兩個特徵項目。


圖18 折彎與展平型態重疊顯示在一起



這時候只要點選模型樹中的「Bend001」,然後按下滑鼠右鍵,並且在選單中選擇[切換顯示(Toggle Visibility)],折彎的形狀就會隱藏起來,只留下展平的樣子。


圖19 隱藏折彎的樣子



在製作好的板金模型上追加其他加工工程


這裡在Sheet Metal工作區做好的幾何形狀並不是存在於「Body」之下,所以就無法在「Part Design」工作區中進行修改。


因此,以下必須做出一個Body,來進行其他的加工程序。這裡就直接先切換到「Part Design」工作區中,然後按下建立Body指令,甚麼都不需要再多做,讓模型樹中增加一個空的Body後,再回到Sheet Metal工作區中。


圖20 追加一個空的Body



再來將Bend001這個特徵項目拖拉到Body之中。這樣就會看到Body底下多了一個「BaseFeature」的項目。然後把Unfold與Unfold Sketch隱藏起來。


圖21 在Body中追加BaseFeature



然後再回到Part Design工作區中,選擇BaseFeature的平面上,隨便畫一個圓,使用[Pocket]指令,切出一個圓孔來。


圖22 在PartDesign切出圓孔



回到Sheet Metal工作區後,選擇開孔之後的板金平面,然後再執行一次[展平(Unfold)]指令,就會看到追加的挖孔工程也一起反映到展平後的平板上了。


圖23 追加挖孔工程也反映到展平形狀之上



順帶一提,如果是在折彎壁上開孔的話,生成特徵的過程雖然會出現草繪偏移等奇怪的現象,展平以後也不會回到正確的位置。


圖24a 在折彎壁上草繪完,位置會偏移



圖24b 但是開孔後,位置仍然錯誤。



圖24c 展平之後,也不會回到正確位置




正確的在折彎壁上開孔的方式:


(1)先進入Sketch工作區中,在希望開孔的折彎壁上畫出草繪圖形。

(2)回到Sheet Metal工作區中,將草繪一樣拉入Body之中。

(3)點選折彎壁要開孔的面

(4)同時選擇作為開孔形狀的草繪

(5)執行[板金草繪開孔(Sketch on Sheet Metal)]指令



如此展開的形狀也會是正確的樣子:



追加折彎讓位


接下來要說明如何做出有折彎讓位的折彎壁。首先是應用前述製作基礎板材的方式來建出以下的缺口型板。板厚就照預設值維持1mm。


圖25 缺口型基礎板材



接下來點選缺口處內側的邊,做出折彎壁。這樣預設會做出沒有折彎讓位的彎曲壁。


圖26 追加沒有讓位的折彎壁



再來要將折彎讓位的寬度設定為板厚的兩倍,所以在模型樹中點選Bend這個特徵項目,然後在特性視窗中的[gap1]、[gap2]參數欄中輸入2mm。然後也分別將[Parameter Relief]項目中的深度[reliefd]與寬度[reliefw]也輸入成2mm。


圖27 設定Paremeter Relief的參數



圖28 追加折彎讓位後的完成結果



圖29 展開之後,也能看到折彎讓位



完成的板金模型與展開圖之工程圖化


做出來的板金模型當然也能在前述的工程圖模組「TechDraw」中輸出成工程圖。


圖30 在TechDraw工作區做出板金件的工程圖



當然,展開圖也可以一起加入同一份工程圖之中。只不過在製作投影視圖群組時容易出問題....,只好用切換視角的方式,逐一做出各個投影視圖。


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