Donate

Środowiska pracy - przegląd

Kreślenie tradycyjne - 2D

Podręcznik: Słowo wstępne

CSG oznacza Constructive Solid Geometry i opisuje podstawowy sposób pracy z geometrią brył 3D. Polega on na tworzeniu złożonych obiektów poprzez dodawanie lub usuwanie elementów do / z brył przy użyciu operacji logicznych, takich jak łączenie, odejmowanie lub przecinanie.

Jak omówiono wcześniej w tym podręczniku, FreeCAD wspiera wiele typów geometrii. Jednak preferowanym i najbardziej przydatnym typem do projektowania rzeczywistych obiektów 3D we FreeCAD jest geometria bryłowa BREP, obsługiwana głównie przez środowisko pracy Część. BREP definiuje obiekty 3D określając ich przestrzenne brzegi. Kluczowe aspekty BREP to: ściany, które są powierzchniowymi elementami obiektów; krawędzie - linie brzegowe, w których spotykają się dwie ściany i wierzchołki - punkty, w których spotykają się krawędzie.

BREP ma kilka zalet. Po pierwsze, definiuje powierzchnie przy pomocy równań matematycznych, pozwalając na precyzyjne modelowanie. Ta precyzja jest kluczowa do zastosowań inżynierskich, w których wymagane są dokładne wymiary. Ponadto, BREP zapewnia gładkie i szczegółowe powierzchnie, w przeciwieństwie do siatek wielokątów, które przybliżają zakrzywione powierzchnie za pomocą ścianek. Jest to zbliżone do różnicy między obrazami wektorowymi, które skalują się bez utraty jakości i bitmapami, które mogą wyglądać na rozpikselowane przy powiększaniu. BREP zawiera obszerne informacje topologiczne o obiekcie, wliczając zależności między ścianami, krawędziami i wierzchołkami, co jest kluczowe dla zaawansowanych operacji, jak przeliczenia logiczne i zaokrąglanie.

Po lewej stronie przedstawiona jest reprezentacja w formie siatki a po prawej stronie reprezentacja BREP

Siatki wielokątów składają się z wierzchołków, krawędzi i ścian, które tworzą trójkąty lub czworokąty. Siatki są prostsze i szybsze w renderowaniu, ale brakuje im precyzji. Przy powiększeniu lub druku w większej skali siatki pokazują powierzchnie zbudowane ze ścianek a nie gładkich krzywych. BREP zaś korzysta z krzywych i powierzchni definiowanych matematycznie, oferując wyższą dokładność i gładkość. Modele BREP są preferowane do zastosowań CAD, gdzie precyzja jest wymagana.

We FreeCAD geometria oparta na BREP jest zarządzana przez OpenCasCade, otwartoźródłową bibliotekę programistyczną. Głównym interfejsem między FreeCAD a jądrem OpenCasCade jest środowisko pracy Część, które stanowi podstawę dla większości innych środowisk pracy, dostarczając niezbędne narzędzia do tworzenia i manipulowania obiektami BREP. Środowisko pracy Część obejmuje narzędzia do tworzenia prymitywów, takich jak podstawowe kształty, np. prostopadłościany, cylindry i sfery. Posiada również narzędzia do wykonywania operacji logicznych, takich jak łączenie, przecinanie i odejmowanie kształtów a także narzędzia do przesuwania, obracania, skalowania i klonowania obiektów.

Podczas gdy inne środowiska pracy we FreeCAD, takie jak środowiska pracy Projekt Części i Powierzchnia, oferują bardziej zaawansowane narzędzia do budowania i manipulowania geometrią, opierają się na podstawowym środowisku pracy Część. Zrozumienie, jak obiekty środowiska pracy Część działają wewnętrznie, oraz biegłość w obsłudze podstawowych narzędzi środowiska pracy Część są korzystne. Często te prostsze narzędzia mogą rozwiązać problemy, z którymi bardziej złożone narzędzia mogą sobie nie poradzić.

Aby zilustrować użycie środowiska Część, zamodelujemy ten stół, używając tylko operacji CSG (z wyjątkiem śrub, dla których użyjemy jednego z dodatków, oraz wymiarów, które zobaczymy w następnym rozdziale):

Utwórzmy nowy dokument (Ctrl+N lub menu Plik → Nowy) dla naszego projektu tabeli. Dokument jest początkowo nazywany "Unnamed" w zakładce Model w panelu Widoku złożonego. Jeśli zapiszesz dokument (Ctrl+Shift+S lub menu Plik → Zapisz jako) jako "table.FCStd", nazwa dokumentu zostanie zmieniona na "table", co wyraźniej identyfikuje projekt. Będziemy używać milimetrów (mm) jako jednostki długości. Możesz jednak dostosować jednostki do swoich preferencji przy pomocy menu w prawym dolnym rogu ekranu.

Teraz możemy przełączyć się do środowiska pracy Część i stworzyć naszą pierwszą nogę stołu.

• Naciśnij przycisk Sześcian.
• Wybierz sześcian, a następnie ustaw następujące właściwości (w zakładce Dane):
  • Długość: 80 mm
  • Szerokość: 80 mm
  • Wysokość: 750 mm
• Zduplikuj sześcian, naciskając Ctrl + C, a następnie Ctrl + V (lub menu Edycja → Kopiuj i Wklej). Nie zobaczysz żadnej zmiany w widoku 3D, ponieważ drugi obiekt nakłada się na pierwszy. Możesz zauważyć, że nowy sześcian został wklejony, ponieważ widok drzewa pokazuje teraz obiekt o nazwie "Cube001".
• Wybierz obiekt Cube001 w widoku drzewa.
• Zmień położenie obiektu Cube001, edytując jego właściwość Umiejscowienie w zakładce dane (kliknij strzałkę przy Pozycji, aby rozwinąć):
  • Pozycja x: 8 mm
  • Pozycja y: 8 mm

Powinieneś teraz widzieć dwa wysokie sześciany, jeden odsunięty 8 mm od drugiego w kierunkach X i Y:

• Teraz możemy odjąć jeden sześcian od drugiego aby uzyskać nogę stołu w kształcie litery L: Wybierz oryginalny sześcian, którego część pozostanie po operacji cięcia. Następnie, przytrzymując klawisz Ctrl, wybierz obiekt Cube01, który zostanie odjęty od pierwszego obiektu. Zauważ, że kolejność wyboru determinuje wynik operacji cięcia. Wciśnij przycisk Wytnij:

Nowo utworzony obiekt o nazwie "Cut" zawiera dwie kostki, których użyliśmy jako operandów. W rzeczywistości obie kostki nadal znajdują się w dokumencie i zostały jedynie ukryte i zgrupowane pod obiektem Cut w widoku drzewa. Nadal można je wybrać, rozwijając strzałkę obok obiektu Cut. Jeśli chcesz, możesz je ponownie wyświetlić, klikając ikony z symbolem oka przy etykietach obiektów, korzystając z ich menu kontekstowego dostępnego po kliknięciu prawym przyciskiem myszy lub zmieniając ich właściwości.

Możesz również przeprowadzić cięcie i inne operacje logiczne przy pomocy narzędzia Operacja logiczna.

• Teraz utwórzmy trzy pozostałe nogi stołu tworząc 6 dodatkowych kopii oryginalnego sześcianu. Ponieważ pozostaje on nadal skopiowany w schowku, można go po prostu wkleić (Ctrl + V) 6 razy. Zmień położenie każdego nowego sześcianu w następujący sposób:
  • Cube002: x: 0, y: 800 mm
  • Cube003: x: 8 mm, y: 792 mm
  • Kostka004: x: 1200 mm, y: 0
  • Cube005: x: 1192 mm, y: 8 mm
  • Cube006: x: 1200 mm, y: 800 mm
  • Cube007: x: 1192 mm, y: 792 mm

• Teraz wykonajmy trzy dodatkowe operacje cięcia, wybierając najpierw sześcian "główny", a następnie sześcian, który ma zostać odcięty. Mamy teraz cztery obiekty Cut:

Zamiast powielać sześciokąt podstawy sześć razy, moglibyśmy powielić całą nogę trzy razy, kopiując i wklejając obiekt Cut utworzony wcześniej z pierwszych dwóch sześcianów i obracając każdą przyciętą nogę do odpowiedniej orientacji. We FreeCAD jest często wiele sposobów osiągnięcia tego samego rezultatu. Warto to zapamiętać, ponieważ użycie różnych technik w różnych kontekstach może się dla Ciebie okazać łatwiejsze lub bardziej wydajne.

• Teraz wykonamy otwory na śruby, używając tej samej operacji Cięcia. Ponieważ potrzebujemy 8 otworów (dwa w każdej nodze) moglibyśmy wykonać 8 obiektów do odjęcia. Zbadajmy jednak inny sposób. Możemy utworzyć 4 walce, każdy przecinający parę nóg. Utwórzmy je więc za pomocą narzędzia Walec'. Możesz utworzyć jeden walec i powielić go trzykrotnie. Nadaj każdemu walcowi promień 6 mm. Tym razem będziemy musieli obrócić walce za pomocą właściwości Umiejscowienie w zakładce Dane (Uwaga: zmień właściwość Oś przed ustawieniem Kąta, w przeciwnym razie obrót nie zostanie zastosowany):
  • Cylinder: wysokość: 1300 mm, kąt: 90°, oś: x: 0,y: 1,z: 0, pozycja: x: -10 mm, y: 40 mm, z: 720 mm
  • Cylinder001: wysokość: 1300 mm, kąt: 90°, oś: x: 0,y: 1,z: 0, pozycja: x: -10 mm, y: 840 mm, z: 720 mm
  • Cylinder002: wysokość: 900 mm, kąt: 90°, oś: x: -1,y: 0,z: 0, pozycja: x: 40 mm, y: -10 mm, z: 700 mm
  • Cylinder003: wysokość: 900 mm, kąt: 90°, oś: x: -1,y: 0,z: 0, pozycja: x: 1240 mm, y: -10 mm, z: 700 mm

Zauważysz, że walce wychodzą poza nogi od stołu. Dzieje się tak dlatego, że podobnie jak we wszystkich aplikacjach 3D opartych na bryłach, operacje logiczne we FreeCAD czasami nie działają gdy ściany obiektów są współpłaszczyznowe. Możemy uniknąć potencjalnych błędów umieszczając końce walców poza powierzchniami nóg.

• Teraz wykonajmy odejmowania aby utworzyć otwory w nogach stołu. Wybierz pierwszą nogę, a następnie, z wciśniętym klawiszem Ctrl, wybierz jeden z walców, które ją przecinają i naciśnij przycisk Wytnij. Otwór zostanie wykonany w nodze, a walec ukryty. Możesz go znaleźć w widoku drzewa rozwijając nowy obiekt wycięcia nogi.
• Wybierz drugą nogę, którą przecina ten ukryty walec i powtórz operację. Tym razem wybierz walec w widoku drzewa, ponieważ jest on ukryty w widoku 3D (alternatywnie, mógłbyś uczynić walec ponownie widoczny i wybrać go w widoku 3D). Powtórz tę operację dla pozostałych nóg, aż każda z nich będzie miała dwa otwory:

Jak widać, każda noga jest teraz opisana przez serię wielu operacji zagnieżdżonych w widoku drzewa. Cała geometrią, którą stworzyliśmy pozostaje parametryczna i w każdej chwili można zmienić dowolny parametr dowolnej ze starszych operacji. We FreeCAD nazywamy tę serię "historią modelowania", ponieważ rejestruje historię wykonanych operacji.

Inną szczególną cechą FreeCAD jest to, że pojęcie obiektu 3D i pojęcie operacji 3D mają tendencję do łączenia się w jedno. "Cięcie" odnosi się do operacji i do obiektu 3D wynikającego z tej operacji. We FreeCAD nazywa się to czasami "cechą", a nie "obiektem" lub "operacją".

• Teraz zamodelujmy blat. Będzie to zwykły prostopadłościan, więc zacznijmy od kolejnego Sześcianu i zmieńmy jego wymiary w zakładce Dane w następujący sposób:
• Prostopadłościan: długość: 1260 mm, szerokość: 860 mm, wysokość: 80 mm, pozycja: x: 10 mm, y: 10 mm, z: 670 mm.

W zakładce Widok możesz nadać mu ładny brązowawy, drewnopodobny kolor, zmieniając jego właściwość Wygląd kształtu:

Teraz, gdy nasze pięć elementów jest kompletnych, nadszedł dobry czas, aby nadać im bardziej opisowe nazwy niż "Cut015". Klikając poszczególne obiekty prawym przyciskiem myszy w widoku drzewa (lub naciskając F2 gdy obiekt jest wybrany), możesz zmienić ich nazwę na coś bardziej znaczącego. Odpowiednie nazywanie obiektów może być równie istotne jak sposób ich modelowania.

• Wstawimy teraz kilka śrub przy pomocy dodatku. Elementy złączne to bardzo przydatny dodatek opracowany przez członka społeczności FreeCAD. Można go znaleźć w repozytorium FreeCAD addons. Instalacja dodatkowych środowisk pracy jest łatwa! Zobacz stronę Menedżer dodatków aby uzyskać więcej informacji.
• Po zainstalowaniu środowiska Elementy złączne i ponownym uruchomieniu programu FreeCAD, wybierz Fasteners z rozwijanej listy środowisk pracy. Dodajmy śrubę do jednego z otworów, który utworzyliśmy wcześniej. Najpierw wybierz okrągłą krawędź otworu w jednej z nóg stołu:

• Następnie wybierz jedną ze śrub dostępnych w środowisku pracy Elementy złączne. Na potrzeby tego ćwiczenia użyjmy EN 1665 Śruba sześciokątna z kołnierzami, seria wzmacniana. Śruba zostanie umieszczona i wyrównana z naszym otworem, a średnica zostanie automatycznie dobrana do rozmiaru naszego otworu. Czasami orientacja śruby wymaga odwrócenia przy pomocy właściwości Odwróć:

• Powtórz tę czynność dla pozostałych siedmiu otworów i nasz stół jest gotowy!

Jak wspomniano wcześniej, we FreeCAD można osiągnąć ten sam rezultat, wykonując różne kroki. Aby to zademonstrować, stwórzmy tę samą tabelę, korzystając z innej metodyki. Pamiętaj, że nie ma jednego właściwego lub niewłaściwego sposobu - liczy się indywidualna kreatywność.

Zaczniemy podobnie: tworząc sześcian o następujących wymiarach: długość 80 mm, szerokość 8 mm, wysokość 750 mm.

• Utwórz sześcian, wybierając przycisk Cube i ustaw następujące właściwości (w zakładce Data):
  • długość: 80 mm
  • szerokość: 8 mm
  • wysokość: 750 mm
• Następnie utworzymy Cylinder z następującymi właściwościami:
  • promień: 6 mm, wysokość: 100 mm, kąt: 90°, oś: x: 1, y: 0, z: 0, pozycja: x: 40 mm, y: 40 mm, z: 720 mm
• Następnie zastosujemy operacje Cięcia. Wybierz sześcian, a następnie przytrzymaj klawisz Ctrl i wybierz walec. Pamiętaj, że kolejność wyboru jest istotna, aby określić, który element pozostaje. Następnie naciśnij przycisk Wytnij.
• Skopiujemy i wkleimy obiekt po przycięciu, naciskając Ctrl+C, a następnie Ctrl+V (lub menu Edycja → Kopiuj i Wklej):
  • kąt: 90°, oś: x: 0, y: 0, z: 1, pozycja: x: 8 mm
• Wybierz dwa obiekty i zastosuj narzędzie Połączenie. Teraz oba obiekty są połączone, tworząc nogę stołu w kształcie litery L.
• Skopiuj i wklej połączoną nogę, ustawiając ją w pozycji:
  • kąt: 90°, oś: x: 0, y: 0, z: 1, pozycja: y: 800 mm
• Wybierz obie nogi i utwórz Kształt złożony.
• Skopiuj i wklej utworzony kształt złożony, ustawiając go w pozycji:
  • kąt: 180°, oś: x: 0, y: 0, z: 1, pozycja: x: 1200 mm, y: 800 mm. W ten sposób uzyskaliśmy nogi stołu.

Teraz stworzymy blat stołu.

• Utwórz sześcian i edytuj jego właściwości w następujący sposób:
  • długość: 752 mm
  • szerokość: 1184 mm
  • wysokość: 784 mm
  • pozycja: x: 8 mm, y: 8 mm, z: 670 mm

Teraz kontynuuj dodawanie śrub w środowisku Elementy złączne jak poprzednio.

Wewnętrzna struktura obiektów Część

Jak widzieliśmy powyżej, we FreeCAD możliwe jest zaznaczanie nie tylko całych obiektów, ale także ich części np. okrągłej krawędzi naszego otworu na śrubę. To dobry moment, aby przyjrzeć się, jak wewnętrznie zbudowane są obiekty środowiska pracy Część. Każde środowisko pracy, które tworzy geometrię środowiska pracy Część, będzie się na nich opierać:

• Wierzchołki: To punkty (zwykle końcowe), na których opiera się reszta konstrukcji. Na przykład linia ma dwa wierzchołki.
• Krawędzie: Krawędzie mogą mieć formę linii, łuków, elips lub NURBS. Zwykle mają dwa wierzchołki, ale w niektórych szczególnych przypadkach mogą mieć tylko jeden (np. zamknięte koło).
• Linie: Linia to sekwencja krawędzi połączonych swoimi końcami. Może zawierać krawędzie dowolnego typu i być zamknięta lub nie.
• Ściany: Ściany mogą być płaskie lub zakrzywione. Mogą być tworzone przez jedną zamkniętą polilinię tworzącą granicę ściany, lub więcej, jeśli ściana ma otwory.
• Powłoki: Powłoki to grupy ścian połączonych swoimi krawędziami. Mogą być otwarte lub zamknięte.
• Bryły: Zamknięta powłoka może być przekształcona w bryłę. Bryły mają pojęcie wnętrza i zewnętrza. Wiele środowisk pracy opiera się na tym, aby upewnić się, że obiekty, które tworzą, mogą być zbudowane w rzeczywistości.
• Kształty złożone: Kształty złożone łączą inne kształty jednego lub większej liczby typów w jeden obiekt.

W widoku 3D można wybrać poszczególne wierzchołki, krawędzie lub ściany. Wybranie jednego z nich powoduje również zaznaczenie całego obiektu, do którego należy.

Uwaga na temat udostępnionego projektu

Możesz spojrzeć na powyższy stół i pomyśleć, że jego konstrukcja nie jest zbyt dobra. Nogi wydają się nie być zbyt pewnie przymocowane do blatu! Być może chciałbyś dodać elementy wzmacniające lub możesz mieć pomysł na inne ulepszenia. W tym miejscu udostępnianie staje się interesujące. Możesz pobrać plik utworzony podczas tego ćwiczenia z linku poniżej i zmodyfikować go, aby był lepszy. Następnie, jeśli udostępnisz ten ulepszony plik, inni mogą być w stanie uczynić go jeszcze lepszym lub wykorzystać dobrze zaprojektowany stół w swoich projektach. Twój projekt może podsunąć inne pomysły innym ludziom, a Ty być może przyczynisz się do stworzenia lepszego świata...

Do pobrania

• Plik utworzony w tym ćwiczeniu: https://github.com/yorikvanhavre/FreeCAD-manual/blob/master/files/table.FCStd

Więcej informacji:

• Środowisko pracy Część
• Repozytorium dodatków FreeCAD
• Środowisko pracy Elementy złączne

Środowiska pracy - przegląd

Kreślenie tradycyjne - 2D

Podręcznik: Słowo wstępne