Верстак Sketcher
Введение
Верстак Sketcher применяется в FreeCAD, для создания двухмерных эскизов, предназначенных для дальнейшего использования в верстаках:
PartDesign,
Arch и других.
Плоский двухмерный эскиз является основой для построения большинства CAD моделей, поскольку 2D-эскиз можно «выдавливать» для создания объемных фигур; 2D-эскизы могут быть использованы для создания других элементов, таких как вырезы, выступы или "надстройки" поверх ранее построенных объемных фигур. Вместе с логическими операциями, перечисленными в
верстаке Part, Sketcher формирует основу конструктивной геометрии (CSG) построения твердых тел. Более того, вместе с операциями
верстака PartDesign, Sketcher так же формирует основы методов функционального редактирования при создании твердых тел.
Функции "ограничения" верстака Sketcher, позволяют задавать фигурам точные геометрические размеры определяя длины, углы и отношения (горизонтальность, вертикальность, перпендикулярность и т. д.). Решатель "ограничений" в интерактивном режиме обсчитывает ограничения степеней свободы геометрии эскиза.
Так выглядит полностью ограниченный эскиз
О предназначении ограничений в эскизах
Чтобы объяснить, как работает Sketcher, будет полезно сравнить его с "традиционным" способами черчения.
Традиционное черчение
Системы Автоматизированного Проектирования (САПР) унаследовали традиционный способ черчения от старых кульманов. Ортогональные (2D) проекции для создания технических чертежей (также известных как "синька" по англ. blueprints) чертились вручную. Объекты рисовались точно по предполагаемым размерам или габаритам. Если вы хотите нарисовать горизонтальную линию длиной 100 мм, начиная с координат (0,0), вы активируете инструмент линии, нажмите на экран или вводите координаты (0,0) для первой точки, затем нажимаете второй раз или вводите координаты второй точки (100,0). Или вы рисуете свою линию независимо от ее положения, а затем перемещаете ее. Когда вы закончите рисовать, вы добавляете размеры.
Эскизы построенные на ограничениях
Sketcher исходит из логики, что объекты изначально не нужно рисовать абсолютно точно, потому что их размеры позже будут указаны с помощью ограничений. Изначально нарисованные Объекты не имеют ограичений, и, пока это так, они могут быть изменены. Иначе говоря, они находятся в "свободном" состоянии и их можно перемещать, растягивать, вращать, масштабировать и т. п. Это дает некоторую гибкость в процессе проектирования.
Что такое ограничения?
Ограничения противоположны традиционным явно заданным размерам, они позволяют постепенно ограничивать степени свободы объекта (по англ. Degrees Of Freedom сокращенно "DOF"). Например, отрезок не имеющий никаких ограничений имеет 4 степени свободы, его можно: перемещать по горизонтали, перемещать по вертикали, вращать и масштабировать.
Применение горизонтального или вертикального ограничения или углового ограничения (относительно другой линии или одной из осей) уберет возможность вращать отрезок, оставляя таким образом 3 степени свободы. Привязка одной из точек отрезка к центру системы координат уберет еще 2 степени свободы. Применение ограничения размера уберет последнюю степень свободы. Такой отрезок будет считаться полностью ограниченым.
Между собой могут быть ограничены и несколько объектов. Две линии могут быть объединены ограничением в точке их пересечения. Между ними может быть установлен угол или же они могут быть перпендикулярны. Линия может касаться дуги или круга и т.п. Сложный эскиз с несколькими объектами может иметь несколько различных решений, и его полное ограничение означает, что только одно из этих возможных решений было достигнуто на основе примененных ограничений.
Существует два вида ограничений: геометрические и размерные. Они подробно описаны в разделе Инструменты ниже.
Для чего не стоит применять Sketcher
Sketcher не предназначен для создания 2D чертежей. Когда эскизы используются для создания твердотельного элемента, они автоматически скрываются. Ограничения видны только в режиме редактирования эскиза.
Если вам нужно создавать только 2D-виды для печати и вы не хотите создавать 3D-модели, воспользуйтесь верстаком Draft. В отличие от элементов Sketcher, объекты Draft не используют ограничений; это простые формы, определенные в момент создания. Как Draft, так и Sketcher могут использоваться для чертежа 2D-геометрии и создания 3D-тел, хотя их предпочтительное использование отличается; Sketcher обычно используется совместно с верстаками Part и PartDesign для создания твёрдых тел; Draft обычно используется для простых плоских рисунков поверх сетки, например, при рисовании архитектурного плана этажа; в этих ситуациях Draft в основном используется вместе с верстаком Arch. Инструмент Draft2Sketch преобразует объекты Draft в объекты Sketch, и наоборот; многие инструменты, для которых требуется ввод 2D-элементов, работают с любыми типами объектов, поскольку внутреннее преобразование выполняется автоматически.
The tool Draft2Sketch converts a Draft object to a Sketch object, and vice versa. Many tools that require a 2D element as input work with either type of object as an internal conversion is done automatically.
Процесс создания эскиза
Эскиз всегда двумерный (2D). Чтобы создать твёрдое тело, создаётся двухмерный эскиз с одной замкнутой областью, а затем Выдавливается или Вращается, чтобы добавить 3-е измерение, создавая трёхмерное тело из двухмерного эскиза.
Если в эскизе есть сегменты, которые пересекают друг друга, места, где точка не находится непосредственно на сегменте, или места, где есть промежутки между конечными точками смежных сегментов, Выдавливание или Вращение не будет создавать твёрдое тело. Иногда эскиз, содержащий линии, пересекающие друг друга, позволит сработать такой простой операции, как Выдавливание, но последующие операции, такие как Линейный Массив, не будут выполнены. Лучше избегать пересечения линий. Исключением для этих правил является Вспомогательная (синяя) геометрии, к которой они не применимы.
Внутри замкнутой области у нас могут быть меньшие непересекающиеся области. Они станут пустотами при создании 3D-тела.
Когда эскиз будет полностью ограничен, функции эскиза станут зелёными, а построительная геометрия останется синей. Обычно он «готов» и подходит для использования при создании трехмерного тела. Однако после закрытия диалогового окна «Эскиз» может оказаться целесообразным перейти к верстаку Part и запустить команду
Проверка геометрии, чтобы убедиться, что в Sketch нет элементов, которые могут вызвать дальнейшие проблемы.
Инструменты
Все инструменты верстака Sketcher находятся в меню Sketch, которое появляется при загрузке верстака Sketcher.
introduced in version 0.21: If a sketch is in edit mode the Structure toolbar is hidden as none of its tools can then be used.
Основные
Sketcher toolbar
Создать эскиз: Создать новый эскиз на выбранной грани или плоскости. Если во время использования этого инструмента грань не выбрана, пользователю, во всплывающем окне, предлагается выбрать плоскость.
Редактировать эскиз: Редактировать выбранный эскиз. Это откроет Диалоговое окно Sketcherа
Разместить эскиз на грани: Сопоставляет эскиз с ранее выбранной гранью твёрдого тела.
Переориентировать эскиз: Позволяет прикрепить эскиз к одной из основных плоскостей.
Проверить эскиз: Проверить отклонения различных точек и настроить их.
Объединить эскизы: Объединить два или более эскиза.
Отразить эскиз: Зеркально отразить эскиз вдоль оси x, оси y или относительно нормали.
Sketcher Edit Mode toolbar
Покинуть эскиз: Выйти из режима редактирования эскиза.
Обзор эскиза: Установить вид модели перпендикулярно плоскости эскиза.
Обзор сечения: Создаёт плоскость сечения, которая временно скрывает любой объект перед плоскостью эскиза.
Sketcher edit tools toolbar
Toggle grid: Toggles the grid in the sketch currently being edited. Settings can be changed in the related menu. introduced in version 0.21
Toggle snap: Toggles snapping in all sketches. Settings can be changed in the related menu. introduced in version 0.21
Configure rendering order: The rendering order of all sketches can be changed in the related menu. introduced in version 0.21
Other
Остановить операцию: В режиме редактирования остановить текущую операцию, будь то рисование, установка ограничений и т. д.
Геометрические построения
Содежит инструменты для создания объектов.
Точка: Добавить точку.
Отрезок: Построить отрезок по двум точкам. При применении некоторых ограничений отрезки воспринимаются, как бесконечные линии.
Создать дугу: Данное меню содержит следующие инструменты:
Дуга: Построить сегмент дуги задав центр, радиус, начальный угол и конечный угол.
Дуга по 3 точкам: Построить сегмент дуги по двум конечным точкам и точке на окружности.
Создать окружность: Данное меню содержит следующие инструменты:
Окружность: Построить окружность по центру и радиусу.
Окружность по трём точкам: Построить окружность по трём произвольным точкам.
Создать фигуру конического сечения: Sketcher обеспечивает следующие конические сечения. В отличие от B-сплайнов они могут использоваться со всеми видами ограничений, такими как Касательные, Точки на объекте или Перпендикуляры.
Эллипс от центра: Построить эллипс по центральной точке, точке большого радиуса и точке малого радиуса.
Эллипс по 3 точкам: Построить эллипс по внешнему диаметру (2 точки) и точке малого радиуса.
Эллиптическая дуга: Построить эллиптическую дугу по центральной точке, главной точке радиуса, начальной и конечной точкам.
Гипербола: Построить гиперболу.
Парабола: Построить параболу.
Создать B-сплайн: Данное меню содержит следующие инструменты:
B-сплайн: Построить B-сплайн кривую по контрольным точкам.
Периодический B-сплайн: Построить периодическую (замкнутую) кривую B-сплайн по контрольным точкам.
B-spline by knots: Draws a B-spline curve by its knots. introduced in version 0.21
Periodic B-spline by knots: Draws a periodic (closed) B-spline curve by its knots. introduced in version 0.21
Линия по точкам: Построить линию (ломанную) по точкам. Нажатие клавиши M при построении позволяет переключаться между различными режимами построения.
Создать прямоугольник: Данное меню и содержит следующие инструменты: представлено в версии 0.20
Прямоугольник: Рисует прямоугольник по 2-ум противоположным точкам.
Прямоугольник по центру: Рисует прямоугольник по точке центра и вершине. представлено в версии 0.20
Скруглённый прямоугольник: Построить скруглённый прямоугольник по двум точкам. представлено в версии 0.20
Создать правильный многоугольник: Данное меню и содержит следующие инструменты:
Треугольник: Построить правильный треугольник, вписанный в окружность вспомогательной геометрии.
Квадрат: Построить равносторонний квадрат, вписанный в окружность вспомогательной геометрии.
Пятиугольник: Построить равносторонний пятиугольник, вписанный в окружность вспомогательной геометрии.
Шестиугольник: Построить равносторонний шестиугольник, вписанный в окружность вспомогательной геометрии.
Семиугольник: Построить равносторонний семиугольник, вписанный в окружность вспомогательной геометрии.
Восьмиугольник: Построить равносторонний восьмиугольник, вписанный в окружность вспомогательной геометрии.
Правильный многоугольник : Построить правильный многоугольник с определенным количеством сторон, по двум точкам: центральной и крайней.
Паз: Построить овал, по двум точкам.
Скругление: Это меню значков на панели инструментов Sketcher, которое содержит следующие команды:
Скругление: Создаёт скругление между двумя непараллельными линиями.
Скругление с сохранением ограничений: Создает скругление между двумя непараллельными линиями, сохраняя их (виртуальное) пересечение.
Обрезать: Обрезать линию, окружность или дугу относительно выбранной точки.
Продлить: Продлить линию или дугу до линии границы, дуги, эллипса, эллиптической дуги или точки в пространстве.
Разделить ребро: Разделяет ребро на два, сохраняя большинство ограничений. представлено в версии 0.20
Внешняя геометрия: Создать ребро, связанное с внешней геометрией.
Структурная копия: Копировать геометрию из другого эскиза.
Переключить вспомогательную геометрию: Переключить геометрию эскиза из/в режим вспомогательной геометрии. Вспомогательная геометрия показана синим цветом и не видна вне режима редактирования Sketcher.
Ограничения эскиза
Ограничения используются для задания длин, задания правил взаимодействия между элементами эскиза, для блокировки эскиза по вертикальным и горизонтальным осям. Некоторые ограничения требуют использования Вспомогательных ограничений.
Геометрические ограничения
Эти ограничения не связаны с числовыми данными.
Ограничение наложения точек: Прикрепляет точку к одной или нескольким другим точкам (совпадает с ними). Он действует как концентрическое ограничение, если выбраны две или более окружностей, дуг, эллипсов или дуг эллипсов.
Привязать точку к объекту: Прикрепляет точку к отрезку, дуге или оси координат.
Вертикаль: Преобразует выбранные отрезки или линии в строго вертикальные. При применении этого ограничения можно выбрать более одного объекта.
Горизонталь: Преобразует выбранные отрезки или линии в строго горизонтальные. При применении этого ограничения можно выбрать более одного объекта.
Параллельность: Ограничивает две или более линии, параллельные друг другу.
Перпендикулярность: Ограничивает две линии, перпендикулярные друг другу, или ограничить линию, перпендикулярную конечной точке дуги.
Ограничение касательности: Создаёт касательную и ограничение между двумя выбранными объектами, или коллинеарное ограничение между двумя линиями. Линия не обязательно должна лежать непосредственно на дуге или окружности, чтобы быть ограниченной касательной к этой дуге или окружности.
Равенство: Создает ограничение равенства двух выбранных объектов. При использовании на кругах или дугах их радиусы будут равны.
Симметричность: Создает симметрию и ограничение между двумя точками относительно линии или между двумя точками относительно третьей выбранной точки.
Блокировать: Блокирует перемещение ребра, то есть предотвращает изменение текущего положения его вершин. Это может быть очень полезно для фиксации позиций В-сплайнов. Смотрите ветку форума Block Constraint forum topic.
Ограничения размерности
Ограничения данного вида, имеют поля с числовыми значениями, для которых вы можете использовать математические выражения. Данные также могут быть взяты из электронных таблиц.
Зафиксировать: Ограничивает выбранный элемент, устанавливая вертикальные и горизонтальные расстояния относительно начала координат, тем самым фиксируя местоположение этого элемента. Позже эти ограничения расстояния могут быть отредактированы.
Горизонтальное расстояние: Фиксирует горизонтальное расстояние между двумя точками или конечными точками линии. Если выбран только один элемент, то расстояние устанавливается относительно начала координат.
Вертикальное расстояние: Фиксирует вертикальное расстояние между двумя точками или конечными точками линии. Если выбран только один элемент, то расстояние устанавливается относительно начала координат.
Расстояние: Задает размер выбранной линии, ограничивая ее длину, или задает расстояние между двумя точками, ограничивая по расстоянию между ними.
Дуги или окружности: Данное меню и содержит следующие инструменты:
Радиус: Задает радиус выбранной дуги или круга, ограничивая его.
Диаметр: Задает диаметр выбранной дуги или окружности заданием ограничения радиуса.
Радиус/диаметр: Автоматический указывает радиус/диаметр выбранной дуги или окружности (вес для полюса B-сплайна, диаметр для полного круга, радиус для дуги) представлено в версии 0.20
Угол: Указать угол между двумя выбранными отрезками.
Особые ограничения
Ограничение преломления (Закон Снеллиуса): Ограничивает две линии по закону преломления света. Моделирует свет, проходящий через границу раздела сред.
Инструменты ограничений
Для изменения степеней ограничений можно использовать следующие инструменты:
Переключить ограничения в построительные/основные: Переключает панель инструментов или выбранные ограничения в/из вспомогательного режима.
Вкл/выкл ограничение: Включить или отключить уже установленное ограничение. представлено в версии 0.19
Инструменты эскизов
Выбрать элементы со степенями свободы: Выбирает геометрию подсвеченную зеленым цветом, имеющую не степени свободы, иначе говоря не полностью ограниченную.
Выбрать связанные ограничения: Выберает элементы эскиза, связанные с ограничениями.
Выбрать связанную геометрию: Выбрать элементы эскиза, связанные с ограничениями.
Выбрать избыточные ограничения: Выбирает избыточные ограничения эскиза.
Выбрать конфликтующие ограничения: Выбирает конфликтующие ограничения эскиза.
Показать/скрыть внутреннюю геометрию: Восстанавливает отсутствующую/удаленную внутреннюю геометрию выбранного эллипса, дуги эллипса/гиперболы/параболы или B-сплайна.
Выбрать начало координат: Выбирает начало координат эскиза.
Выбрать горизонтальную ось: Выбирает горизонтальную ось (ось абсцисс) эскиза.
Выбрать вертикальную ось: Выбирает вертикальную ось (ось ординат) эскиза.
Симметрия: Копирует элемент эскиза симметрично выбранной линии.
Клонировать: Клонирует элемент эскиза.
Копия: Копирует элемент эскиза.
Перемещение: Перемещает выбранную геометрию, используя в качестве ссылки последнюю выбранную точку.
Прямоугольный массив: Создает массив из выбранных элементов эскиза.
Удалить выравнивание осей: Удаляет выравнивание осей, пытаясь по возможности сохранить связь ограничения перпендикулярности и эквивалентности ребер. представлено в версии 0.20
Удалить всю геометрию: Удаляет всю геометрию из эскиза.
Удалить все ограничения: Удаляет все ограничения из эскиза.
Инструменты эскизов для B-сплайн-ов
Виртуальное пространство эскиза
Переключение Виртуального Пространства: Позволяет скрыть все ограничения эскиза и снова сделать их видимыми.
Obsolete tools
Замкнуть фигуру: Создает замкнутую фигуру, применяя ограничение совпадения к конечным точкам. Данный инструмент устарел, и не будет поддерживаться в будущих релизах (version 1.0 and above).
Соединить ребра: Соединяет элементы эскиза применяя ограничение совпадения к конечным точкам. Данный инструмент устарел, и не будет поддерживаться в будущих релизах (version 1.0 and above).
Настройки
Настройки: Настройки для верстака Sketcher.
Оптимальные решения
Каждый пользователь САПР со временем вырабатывает свой собственный способ работы, но есть несколько полезных общих принципов, которым нужно следовать.
- Набором простых эскизов управлять легче, чем одним сложным. Например, первый эскиз может быть создан для применения 3D операции (такой как выдавливание или вращение), а второй может содержать отверстия или вырезы. Некоторые детали могут быть опущены, чтобы позднее быть реализованными 3D-операциями. Вы можете избегать скруглений в эскизе, если их слишком много, и добавить их позднее 3D-операцией.
- Всегда создавайте замкнутый контур, иначе из эскиза не получится создать твердое тело, а только набор открытых граней. Если вы не хотите, чтобы некоторые элементы были включены в создание твердого тела, включите их в состав вспомогательных элементов конструкции с помощью инструмента Вспомогательный режим.
- Используйте функцию Авто Ограничения, чтобы уменьшить количество ограничений, которые вам нужно будет добавить вручную.
- Как правило, сначала используются геометрические ограничения, затем размерные ограничения, последним и заблокировав эскиз. Но помните: правила созданы для того, чтобы их нарушать. Если вам трудно манипулировать эскизом, может быть полезно сначала ограничить несколько объектов, прежде чем закончить свой контур.
- Если возможно, отцентрируйте свой эскиз в начале координат (0,0) с ограничением блокировки. Если ваш эскиз не симметричен, расположите одну из его точек в начале координат или выберите красивые круглые числа для расстояний блокировки. В версии 0.12 внешние ограничения (ограничение эскиза существующей 3D-геометрией, такой как ребра или другие эскизы) не реализованы. Это означает, что для размещения геометрии следующих эскизов на вашем первом эскизе вам необходимо вручную установить расстояния относительно вашего первого эскиза. Ограничение блокировки (25,75) из начала координат легче запомнить, чем (23.47,73.02).
- Если у вас есть выбор между ограничением Расстояния и ограничением Горизонтального или Вертикального расстояния, предпочтите двое последних. Ограничения горизонтального и вертикального расстояния менее затратны в плане вычисления.
- В общем, лучше всего использовать следующие ограничения: Горизонталь и Вертикаль; Горизонтальное и Вертикальное расстояние; Совпадение Точка к Точке. Если возможно, ограничьте использование следующих: Расстояние; Касательная; Точка на Объекте; Симметричность.
- Если вы сомневаетесь в достоверности эскиза после его завершения (некоторые элементы все равно подсвечиваются зелёными цветом), закройте диалоговое окно Sketcher, переключитесь на верстак
Part и запустите инструмент
Проверка геометрии.
Уроки
- Справочник по Sketcher от chrisb. Это большой 70-ти страничный PDF документ который служит подробным руководством по Sketcher. В нем объясняются основы использования Sketcher и подробно рассказывается о создании геометрических фигур и каждом из ограничений.
- Базовые уроки по Sketcher для начинающих
- Мини Урок по Sketcher - Ограничения на практике
- Требования к эскизам верстака Sketcher Минимальные требования для эскиза и полного определения эскиза.
Программирование
Страница программирование в Sketcher содержит в себе примеры создания различных ограничений через скрипты Python.
Examples
For some ideas of what can be achieved with Sketcher tools, have a look at: Sketcher examples.
- General: Create sketch, Edit sketch, Map sketch to face, Reorient sketch, Validate sketch, Merge sketches, Mirror sketch, Leave sketch, View sketch, View section, Toggle grid, Toggle snap, Configure rendering order, Stop operation
- Sketcher geometries: Point, Line, Arc, Arc by 3 points, Circle, Circle by 3 points, Ellipse, Ellipse by 3 points, Arc of ellipse, Arc of hyperbola, Arc of parabola, B-spline by control points, Periodic B-spline by control points, B-spline by knots, Periodic B-spline by knots, Polyline, Rectangle, Centered rectangle, Rounded rectangle, Triangle, Square, Pentagon, Hexagon, Heptagon, Octagon, Regular polygon, Slot, Fillet, Corner-preserving fillet, Trim, Extend, Split, External geometry, Carbon copy, Toggle construction geometry
- Sketcher constraints:
- Geometric constraints: Coincident, Point on object, Vertical, Horizontal, Parallel, Perpendicular, Tangent, Equal, Symmetric, Block
- Dimensional constraints: Lock, Horizontal distance, Vertical distance, Distance, Radius or weight, Diameter, Auto radius/diameter, Angle, Refraction (Snell's law)
- Constraint tools: Toggle driving/reference constraint, Activate/deactivate constraint
- Sketcher tools: Select unconstrained DoF, Select associated constraints, Select associated geometry, Select redundant constraints, Select conflicting constraints, Show/hide internal geometry, Select origin, Select horizontal axis, Select vertical axis, Symmetry, Clone, Copy, Move, Rectangular array, Remove axes alignment, Delete all geometry, Delete all constraints
- Sketcher B-spline tools: Show/hide B-spline degree, Show/hide B-spline control polygon, Show/hide B-spline curvature comb, Show/hide B-spline knot multiplicity, Show/hide B-spline control point weight, Convert geometry to B-spline, Increase B-spline degree, Decrease B-spline degree, Increase knot multiplicity, Decrease knot multiplicity, Insert knot, Join curves
- Sketcher virtual space: Switch virtual space
- Additional: Sketcher Dialog, Preferences, Sketcher scripting

- Начинающим
- Установка: Загрузка, Windows, Linux, Mac, Дополнительных компонентов, Docker, AppImage, Ubuntu Snap
- Базовая: О FreeCAD, Интерфейс, Навигация мыши, Методы выделения, Имя объекта, Настройки, Верстаки, Структура документа, Свойства, Помоги FreeCAD, Пожертвования
- Помощь: Учебники, Видео учебники
- Верстаки: Std Base, Arch, Draft, FEM, Inspection, Mesh, OpenSCAD, Part, PartDesign, Path, Points, Reverse Engineering, Robot, Sketcher, Spreadsheet, Start, Surface, TechDraw, Test Framework, Web