2022-09-01发表2022-09-10更新Design30 分钟读完 (大约4430个字)0次访问

FreeCAD 参数化 3D 建模上手实例

FreeCAD 是一款面向计算机辅助设计（CAD，Computer Aided Design）的 3D 参数化建模工具软件，该工具基于 LGPL 开源协议，同时提供有适配 Linux、Mac OS、Windows 操作系统的跨平台版本，其底层采用了 OpenCascade 来提供二维与三维几何体的生成显示与分析。这里所谓的参数化建模就是指通过一系列的参数来控制 3D 模型的形状，例如一个立方体可以由长度、宽度、高度三个参数共同决定，这些参数可以随时进行修改。除此之外，FreeCAD 还可以使用其它模型作为参数；例如将一个立方体作为输入参数，FreeCAD 就能够基于它创建出一个柱状的 3D 模型。

FreeCAD 并非只是为了完成某一项特定的工作，或者仅用于生成某一类特定的模型。使用者可以利用它创作小到电子元件与 3D 打印部件，大到建筑物的不同尺寸模型。由于每一种任务的工作流程并不完全相同，所以 FreeCAD 分别提供了相应的工作台。目前网络上关于 FreeCAD 的应用资料较少，所以尝试利用本文记录一些日常使用的技巧，全文基于 2022 年 9 月份发布的 FreeCAD 0.20.1 版本撰写，文中所涉及的实例已经共享至我的 FreeCAD-Tutorial-Example。

基本设置

依次选择 FreeCAD 顶部菜单栏上面的【Edit -> Preference...】，打开首选项窗口：

首先，依次在【General】界面进行 语言、界面风格、默认工作台 的设置：

然后，再切换至的【Display】界面，在【Navigation】选项卡下面将 3D 导航模式设置为 Blender：

最后，继续切换到【Display】界面内的【Colors】选项卡，选择背景色为简单颜色，并在弹出的颜色选择对话框中将其设置为 #3C3C3C：

保存上述设置之后，FreeCAD 界面的语言格式会自动切换为中文，并且界面颜色调整为暗黑风格，此时将工作台切换至【Part Design】：

鼠标再次选中顶部菜单栏上面的【编辑 -> 首选项...】，选择弹出窗口中的【草绘】界面，勾选显示 1mm 的网格：

接下来，再打开弹出窗口上的【Part / Part Design】界面，点选下图当中的所有 3 个选项：

快速入门

FreeCAD 的工作台提供了一系列针对不同模型用途的工具集，通过选择不同的工具集，可以制作不同种类的模型：

Part 工作台：用于处理实体零件的基础几何体，例如立方体和球体等；
Draft 工作台：用于 2D 绘图的基本工具，例如直线、圆、弧；
Sketcher 工作台：包含用于构建和编辑复杂 2D 图形的工具，这些图形可以通过约束来进行精确的定位；
Part Design 工作台：包含构建实体零件的高级工具集，其中包含了 Sketcher 工作台当中的所有工具；
Arch 工作台：用于处理土木工程与建筑模型，其中包含有 Draft 工作台当中的所有工具；
Drawing 工作台：创建与操作 2D 工程图纸，可以在 2D 平面上面展示 3D 的模型；

FreeCAD 的 3D 空间拥有 X、Y、Z 三个轴以及一个原点，其中 X 轴指向右侧，Y 轴指向后面，Z 轴指向上方，这三条轴线相交的位置就是原点，也就是 X、Y、Z 坐标值均为零的点。

首先，依次点击工具栏上的【新建 -> 创建实体 -> 创建草图】，鼠标选择 XY_Plane (基准平面)：

然后，FreeCAD 就会自动进入到 Sketcher 工作台，此时就可以开始着手在屏幕中间的区域进行草图的绘制工作：

接下来，使用右侧工具栏上的【创建圆】工具绘制出一个圆形，并且使用约束工具，将其直径约束为 50mm，同时将其圆心与坐标原点进行【重合约束】对齐：

最后，点击左侧的【Close】退出 Sketcher 工作台，重新返回到【Part Design】工作台的【模型】视图，并且鼠标点击右侧工具栏上的【凸台】工具：

此时，FreeCAD 自动切换至【Part Design】工作台的【任务】视图，在这里同样将凸台的高度设置为 50mm，然后点击左侧的【OK】按钮：

此时，FreeCAD 再次切换回【Part Design】工作台的【模型】视图：

在【Part Design】工作台的【模型】视图当中，根据当前采用的鼠标 3D 导航设置（前面已经设置为 Blender 模式），就可以对 3D 模型进行全方位的观察：

完成上述操作之后，将文件保存到 FreeCAD-Tutorial-Example 的 Example-1-Cylinder 目录下名为 Cylinder 的文档。除此之外，还可以通过如下的键盘快捷键组合，更加便捷的对 3D 模型进行查看：

【SHIFT + 方向左/右键】可以让模型翻转 90 度；
按住【CTRL】键之后，就可以通过鼠标选择多个目标；
【V + O】进入正交投影模式、【V + P】进入透视模式；
【CTRL + 减号】缩小模型，【CTRL + SHIFT + 加号】放大模型；
按下数字键【1】查看前面、【2】查看顶部、【3】查看右侧、【4】查看背部、【5】查看底部、【6】查看左侧；

实例一：桌子

首先，在 FreeCAD-Tutorial-Example 的 Example-2-Table 目录下新建一个 Table 空白文档。根据前面介绍的方法，使用 FreeCAD 右侧工具栏上的【创建矩形】，绘制出一个长度约束为 100mm 宽度约束为 50mm 的矩形：

➤ FreeCAD 当中设置宽度的快捷键为【L】，设置高度的快捷键为【I】。

矩形的居中对齐

然后，分别选中下图【1】、【2】、【3】位置的点（选中后呈现绿色），并且点击右侧工具栏上的【对称约束】工具。最后，就可以得到一个与原点居中对齐的矩形，此时由于整个矩形处于完全约束状态，所以线条呈现出绿色。

➤ Sketcher 工作台当中绘制的任何图形，都必须使其处于完全约束的状态。

选择一个面作为草图

接下来，使用 FreeCAD 右侧工具栏上的【凸台】工具，将桌面拉伸成为一个厚度为 3mm 的立方体，选中底部（此时导航立方体上面显示为 BUTTON），点击左侧工具栏上的【创建草图】按钮：

建立外部参考线

首先，绘制出 5mm * 5mm 的矩形作为桌脚的基础轮廓，然后再点击 FreeCAD 右侧工具栏上的【外部参考几何体】，并且选择矩形的右侧边框作为外部参考线，最后分别选中 5mm * 5mm 矩形与 100mm * 50mm 矩形的右上角顶点，同时分别点击右侧工具栏上的水平与垂直距离约束，将约束距离设置为 3mm。

最后，再借助【凸台】工具，将这个 5mm * 5mm 的矩形拉伸成为高度为 50mm 的桌腿。

创建镜像

在 FreeCAD 右侧工具栏上，选择刚才创建的桌腿凸台 Pad001，然后点击右侧工具栏上的【镜像】按钮。

在镜像参数当中选择【垂直草绘轴】，就可以垂直于草绘时所选择的轴，自动生成出一条桌腿。

重复刚才的步骤，不过这次选择【水平草绘轴】，从而就可以自动生成出另外一条桌腿。

使用环形特征

仍然选中之前创建的桌腿凸台 Pad001，这次点击右侧工具栏上的【环形阵列】按钮。

这样就可以创建出最后一条桌腿，到这里一张完整的桌子就绘制完成了。

➤ 使用环形阵列功能时，需要注意左侧 角度 和 出现次数 两个参数的设置。

实例二：ISO-PRAC2 零件

选择 XZ_Plane 基准平面

首先，在 FreeCAD-Tutorial-Example 的 Example-3-ISO-PRAC2 目录下新建一个 ISO-PRAC2 空白文档。然后，再分别创建一个实体和草图，选择右侧工具栏上的【前视图】按钮，切换至 XZ_Plane 平面。最后，鼠标点击【OK】按钮进入 Sketcher 工作台。