零件模块

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Workbench Part.svg

简介

FreeCAD的实体建模能力都是基于 Open Cascade Technology (OCCT)内核——一种具有创建与处理高级3D几何体等特性的专业级CAD系统。零件工作台(Part Workbench)是一种建立于OCCT库之上的层级,为用户提供了访问OCCT几何图元与函数的功能。每种工作台(如底图工作台, 草图工作台, 零件设计工作台等等)的一切2D与3D绘制功能其实都是基于零件工作台暴露出的函数实现的。因此,可以认为零件工作台是FreeCAD建模功能的核心组件。

以零件工作台创建的对象相对简单;为了构建更为复杂的几何图形,可以为之运用布尔运算(并集与减运算)。此建模范式就是尽人皆知的构造实体几何 (CSG) 工作流程,它是早期CAD系统中所用的传统方法。另一方面,零件设计工作台(PartDesign Workbench)还提供了更为现代的工作流程来构建几何图形:它利用参数化方式来定义草图,再将其挤压成型为基本的实体对象,最后通过参数化变换(特征编辑)来修改模型,直到用户获取预期的最终模型为止。

零件对象比网格工作台(Mesh Workbench)创建的网格对象更为复杂,因为用户可以对前者执行更为高级的操作,如连续的布尔运算、修改历史与参数化处理。

Part example.jpg

Part Workbench relationships.svg

零件工作台是最基础的层级,它为FreeCAD中的其他工作台暴露出OCCT的各种绘制函数


工具

这些工具皆位于Part菜单。

图元

以下这些工具用于创建图元对象。

  • Part Box.png Box: 根据指定的规格绘制一个立方体
  • Part Cylinder.png Cylinder: 根据指定的规格绘制一个圆柱体
  • Part Sphere.png Sphere: 根据指定的规格绘制一个球体
  • Part Cone.png Cone: 根据指定的规格绘制一个圆锥体
  • Part Torus.png Torus: 根据指定的规格绘制一个环面(torus)(圆环 (ring))
  • Part CreatePrimitives.png CreatePrimitives: 一种用于创建各类参数化几何图元的工具
  • Part Shapebuilder.png Shapebuilder: 一种利用各种参数化几何图元创建更加复杂几何图形的工具

修改对象

这些工具用于修改已存在的对象。通过它们即可选取待修改的对象。

  • Part Extrude.png Extrude: 将对象的平面端面挤压成型
  • Part Revolve.png Revolve: 通过令一(非实体)对象绕某轴旋转来创建另一个实体对象
  • Part Mirror.png Mirror: 根据指定的镜面对选中的对象进行镜像操作
  • Part Fillet.png Fillet: 为对象的边倒(圆)角
  • Part Chamfer.png Chamfer: 为对象的边倒角
  • Part RuledSurface.png Ruled Surface:
  • Part Loft.png Loft: 对轮廓进行放样操作(放样成另一种轮廓)
  • Part Sweep.png Sweep: 沿路径对一个或多个轮廓进行扫描
  • Part CompOffsetTools.png Offset tools:
    • Part Offset.png 3D Offset: 根据原始几何形状在特定的距离处构建一个平行的副本。
    • Part Offset2D.png 2D Offset: 根据原始连线在特定的距离处创建一个平行的副本,或者缩放一个平面端面。(v0.17)
  • Part Thickness.png Thickness: 镂空一个实体,在选中的面上留下开口。
  • Part ProjectionOnSurface.png Projection on surface: 向表面上投影logo、文本或任意表面、连线、边。可以为投影部分创建一个示例或连线。(v0.19)
  • Part Booleans.png Booleans: 在对象上执行布尔运算
  • Part Union.png Union: 将两个对象融为一体 (并集)
  • Part Common.png Common: 提取出两个对象中的共有部分(交集)
  • Part Cut.png Cut: 从一个对象中去掉另一个对象(差集)

Measure

Std Measure Menu.png Measure: Allows linear and angular measurement between points, edges, and faces.

其他工具

  • Part ImportCAD.png Import CAD: 您可利用此工具为当前文档添加*.IGES、*.STEP、*.BREP文档。
  • Part ExportCAD.png Export CAD: 您可利用此工具将一个零件对象导出至一个*.IGES、*.STEP、*.BREP文件。
  • Part ShapeFromMesh.png Shape from Mesh: 根据一个网格对象创建一个几何形状对象。
  • Convert to solid: 将一个几何形状对象转换为一个实体对象。
  • Reverse shapes: 调转选中对象所有表面上的法线方向。
  • Part CreateSimpleCopy.svg Create simple copy: 为选中的对象创建一个简单的副本。
  • Part RefineShape.png Refine shape: 通过去除不必要的线条来清理表面。
  • Part CheckGeometry.png Check geometry: 检测选中对象的几何体是否存在错误。
  • Measure: 令用户可以实现点/边/面间的线性测量与角度测量。
  • Part Attachment.svg Attachment: 本工具的功能为令一个对象附着于另一对象之上。

首选项

OCCT中的几何概念

在OpenCascade术语中,我们会在几何图元(geometric primitive)与拓扑形状(topological shape)之间进行区分。一个几何图元可以是点、线、圆、平面等等,甚至还可以为类似于B-样条曲线或表面(surface)这样更为复杂的图元类型。而拓扑形状则可以是顶点、边、连线、面(face)、实体或其他形状所复合而成的对象。几何图元不能直接显示于3D场景中,却常用于构建拓扑形状的几何图形。例如,一条边可由线或部分圆来构建而成。

总而言之,几何图元都是“无形状”的基本构成单位,而拓扑形状则是基于前者所构建的实体对象。

至于全部图元与形状的完整列表可参考 OCC文档 (或者: sourcearchive.com)以Geom_*搜索几何图元,以TopoDS_*搜索拓扑形状。在此,您可以阅读到两者间更多的不同点。请注意,官方的OCC文档并不存在于网络上(您必须下载一份存档文件),而且它主要为程序员而设,并非终端用户。但是,仍希望您能以此为起点来查找更为深入的信息。

几何类型实际可分为两大关键组群:曲线(curve)与表面(surface)。您可利用曲线(线、圆……)来直接构建一个边,而采用表面(平面,圆柱体……)来构建一个面(face)。例如,几何图元中的线是无限长的,即它由一个基向量与一个方向向量定义而成,而线的拓扑形状表示却一定要以起点与终点来定义为有限长度。另外,一个立方体——一个实体——可用6个有限的平面来创建。

当然,您也可以将一条边或一个面还原为其对应的几何图元。

这样一来,利用区区几种形状您就可以构建出灰常复杂的零件。反之,您亦可以从一个更加复杂的形状中提取出构成它的所有子形状。

脚本

参见: 零件脚本

零件模块中主要使用的数据结构为OpenCascade中的 BRep数据类型。几乎零件模块中的所有内容与对象类型都可在Python脚本中使用。这其中包括几何图元,如线段与圆形(或弧), 以及整个TopoShapes范畴,如顶点、边、连线、面、实体与组合对象。对于其中的每一种对象而言,都存在若干创建方法,而对于TopoShapes中的特定对象而言,还支持一些如布尔并集/差集/交集等高级操作。以FreeCAD脚本基础页面所述的方式来浏览零件模块中的内容,即可获悉更多详情。

The most basic object that can be created is a Part Feature, which has a simple DATAPlacement property, and basic properties to define its color and appearance.

Another simple object used in 2D geometrical objects is Part Part2DObject, which is the base of Sketches, and most Draft elements.

示例

为了创建一条线条元素,可以切换至Python控制台并录入:

import Part,PartGui 
doc=App.newDocument()  
l=Part.LineSegment()
l.StartPoint=(0.0,0.0,0.0)
l.EndPoint=(1.0,1.0,1.0)
doc.addObject("Part::Feature","Line").Shape=l.toShape() 
doc.recompute()

让我们来逐步分析上述python示例:

import Part,PartGui
doc=App.newDocument()

加载零件模块并创建一个新文档

l=Part.LineSegment()
l.StartPoint=(0.0,0.0,0.0)
l.EndPoint=(1.0,1.0,1.0)

线条其实就是线段,因为它具有起点和终点。

doc.addObject("Part::Feature","Line").Shape=l.toShape()

这行代码为文档添加了一个零件对象类型,并为此对象的'Shape'属性设置为以线段进行形状表示。在此,关键是要理解我们通过几何图元(Part.LineSegment)创建了一个TopoShape(利用toShape()方法)。只有几何图形才能添加至文档中。在FreeCAD中,几何图元常用作几何图形的“基本组成结构”。

doc.recompute()

此句更新了文档。这为新零件对象的可视化表示做好了准备工作。

请注意,我们可以直接通过在构造函数中指定起点与终点来创建一条线段,例如 Part.LineSegment(point1,point2),或者正如我们此前的做法,在创建一条默认线段后再调整其属性。

以相似的方式来创建一个圆形:

import Part
doc = App.activeDocument()
c = Part.Circle() 
c.Radius=10.0  
f = doc.addObject("Part::Feature", "Circle")
f.Shape = c.toShape()
doc.recompute()

请再次注意,这段代码利用圆形(几何图元)构建了一个几何形状。之后,我们依然能通过下列方式访问造型几何体:

s = f.Shape
e = s.Edges[0]
c = e.Curve

在此,我们获取对象f的几何形状,再获得构成它的一系列边。在当前情况下只能获得一条边,因为我们用单个圆形构造了整个几何形状,因此只取边列表中的第一项,继而获得构成该形状的曲线。每条边都有一个曲线,几何图元就是基于它而成。

如果您想了解更多请前往拓扑数据脚本页面。

教程