Creating a simple part with Part WB/ru

Введение
Это руководство является введением в 3D моделирование с использованием верстака Part в системе FreeCAD. После его прочтения вы сможете создавать простые 3D модели с использованием таких примитивов как кубы, цилиндры, и т.д. с применением техники Constructive Solid Geometry, сокращенно CSG моделирование. Другим способом создать 3D модели можно с использованием двумерных фигур путем вращения и движения этих фигур в 3D пространстве. Подробнее об этой технике читайте, пожалуйста, в руководстве Creating a simple part with PartDesign. В этих двух руководствах специально рассматривается одна и та же модель для того, чтобы начинающие на собственном опыте изучили две разные техники их создания и то, как они реализованы в системе FreeCAD. Эти техники различаются концептуально, но при создании моделей их можно использовать одновременно. Есть некоторые ограничения при одновременном использовании двух техник моделирования, но они касаются встроенного языка программирования FreeCAD. Существует руководство Creating a simple part with Draft and Part WB, которое является примером использования двух техник моделирования одновременно. Оно использует верстак Draft и 2D фигуры, с помощью которых затем в верстаке Part создаётся 3D модель такая же, как в этом руководстве.

Перед тем как мы начнем, пожалуйста, посмотрите, как осуществлять навигацию в 3D пространстве. При наведении указателя мыши на иконку с изображением мыши в нижнем правом углу окна FreeCAD, появляется подсказка как на картинке ниже.



Многие новички в CAD системах застревают на решении тех или иных проблем при их изучении. Если это произошло с вами, пожалуйста, ищите решение в wiki или на форуме – возможно другие уже сталкивались с такой проблемой ранее и уже нашли её решение. Или создайте на форуме сообщение с вашим вопросом или решением проблемы. Форум имеет множество тем, где пользователи могут помочь найти решение по всем проблемам, эти темы бывают похожи на руководства и часто имеют полезные фотографии.



Содержание руководства

 * Создаваемая модель
 * Применение верстака Part для создания модели с использованием примитивов
 * Изменение цвета и прозрачности
 * Другой способ размещения отверстий
 * Создание отверстия с фаской
 * Создание полой детали
 * Другой способ создания фаски
 * Редактирование размеров
 * Организация дерева немного по-другому
 * Подведение итогов



Создаваемая модель






Применение верстака Part для создания модели с использованием примитивов
Создайте новый документ и сразу же сохраните его под новым именем. Возьмите хорошую привычку регулярно сохранять документ, или сохраняйте его хотя бы перед большими изменениями. Затем включите верстак Part используя либо переключатель верстаков (помечен числом 10 на картинке по ссылке), либо через главное меню. FreeCAD запустится с панелями инструментов вверху, комбинированным видом слева и 3D видом справа.



Создание основного твердого тела
Кликните мышкой на иконке Создать твердотельный куб чтобы создать исходный куб. Он появится в окне 3D вид и в виде нового объекта в Дереве проекта на боковой панели.

Нажмите Установить изометрический вид чтобы видеть куб в 3D пространстве.



Выберите куб в Дереве проекта, в окне 3D вида он окрасится в зелёный цвет. Ниже в дереве проекта вы теперь сможете увидеть, что по умолчанию куб создан с размерами Длина x Ширина x Высота в 10 x 10 x 10 mm. Измените эти размеры на 100 x 30 x 50, это будут исходные размеры модели.



Для изменения свойств объекта, таких как Длина можно воспользоваться спинбоксом, можно непосредственно ввести числовое значение или изменить его с помощью колесика мышки. Клавиши со стрелками вверх и вниз так же можно использовать. В самом правом окне на картинке выше, свойство Высота изображено в режиме редактирования, и если в таком режиме покрутить колесико мышки, то значение свойства можно изменить.

Кликните мышкой на иконке Уместить все содержимое на экране чтобы поместить модель в центр окна 3D вида.





Создание скругления
Для того, чтобы создать скругление ребра модели, на панели инструментов выберите иконку Скругление выбранного края формы, которая откроет панель задач для скруглений в Комбо панели. Указателем мыши выберите верхний правый угол модели и установите значение Радиус в 20 мм, и нажмите кнопку.



Панель задач закроется и на дереве проекта появится объект Fillet вместо прежнего куба.



Видимость дочерних объектов
Кликните мышкой на плюсике/стрелочке вниз в дереве проекта чтобы посмотреть дочерние объекты Fillet. Это в нашем случае будет объект Cube, который мы создали ранее. Но он сейчас стал не активным, серым. Выберите его и нажмите пробел – это переключит видимость объекта Cube и он сейчас снова станет видимым и его иконка уже не будет серой. Чтобы зафиксировать изменения кликните мышкой в пустом пространстве дерева проектов или окна 3D вида.





Создание фаски
Теперь создадим 30-ти градусную фаску, предварительно сделав видимым дочерний объект Куб объекта Скругление. В верстаке Part имеется специальный инструмент для создания фасок, но мы сейчас сделаем фаску с помощью другого примитива и булевой операции обрезания.

Создайте новый объект Твердотельный куб и дайте ему размеры 60 x 30 x 30. В свойстве Placement установите угол в -30 градусов.



Угол положения объекта использует  координатные оси как оси вращения. Осью вращения по умолчанию является ось Z, которая нам не подходит. Поэтому смените ось вращения на ось Y, установив значение z свойства объекта Ось в 0, а значение y в 1.



Того эффекта можно достичь, если угол вращения мы установим в +30 градусов, а значение у объекта Ось в -1.



Консоль Python
Если посмотреть на чертеж готовой детали, то положение тела, которое мы сейчас добавили, нужно скорректировать. Но нет точной величины, на которую мы должны поднять его вверх. Её мы должны вычислить. Давайте вычисления сделаем в Консоли Python, это основы тригонометрии. Если консоль Python системы FreeCAD у вас не отображается, то в пустом месте панели инструментов нажмите правую кнопку мыши, а затем поставьте галочку в строчке Консоль Python. Консоль появится в рабочем пространстве FreeCAD. То же самое сделайте с консолью Отчет. На ней обычно выводится полезная информация или сообщения о том, что нужно делать дальше для некоторых комманд.



В консоли Python прежде всего мы должны загрузить стандартную библиотеку math, после чего по формуле (50 - math.tan(math.radians(30)) * 50) мы можем вычислить величину, на которую нужно поднять тело в направлении оси Z. Скопируйте результат вычислений из консоли Python и вставьте его в значение z свойства Положение объекта Cube001. Инструмент для снятия фаски теперь правильно ориентирован и расположен.



Выражения
Для вычислений не обязательно использовать консоль Python, в большинстве случаев при работе с числовыми значениями можно обойтись встроенным калькулятором FreeCAD. Во FreeCAD это называется Выражения. В режим Выражения вы можете войти по первому нажатию левой кнопки мыши на значении z свойства Положение в дереве проекта, после которого справа появится маленький круглый голубой значок.



Если мы нажмем на этот значок, появится маленькое окно Редактор формул, где, как показано ниже, можно вводить формулы и выражения. Выражения - это мощный инструмент, т.к. они могут оперировать параметрами модели, используя их как переменные при вычислениях. Короче, в нашей формуле вместо числа 50 мы могли бы ввести Имя параметра, содержащего высоту основного тела. Тогда бы при изменении высоты основного тела автоматически изменялось бы положение фаски. 50 - это высота исходного куба, на которую можно ссылаться как Cube.Height, т.е. свойство Height объекта Cube. Более подробную информацию вы можете найти на wiki.



Чтобы снять фаску, нажмите и держите нажатой кнопку, затем левой кнопкой мыши кликните на объекте Fillet в дереве проекта, потом на объекте второго добавленного куба (называется Cube001) и, наконец, в панели инструментов кликните на иконке Обрезать две фигуры. На вашем дереве проекта теперь должен оказаться единственный объект под названием Cut.





Панели инструментов
Поговорим о панелях инструментов, т.к. они являются самым распространенным способом выполнения команд. Расположение панелей инструментов по умолчанию может быть далеким от идеала на мониторе вашего компьютера. Но, к счастью, их расположение легко настроить. Посмотрите на верхнюю часть картинки ниже. На ней два ряда панелей инструментов, но видно только ограниченное количество кнопок инструментов верстака Part. Простейший путь сделать видимым большее количество кнопок инструментов - это расширить окно FreeCAD, если это еще не сделано.

Обычно расположение панелей инструментов настраивается под свой вкус и возможности монитора. Для перемещения панели необходимо нажать левую кнопку на левом крае панели и не отпуская кнопку перенести панель в нужное место, затем кнопку отпустить. В нижней части картинки расположение панелей инструментов было скорректировано, для того, чтобы показать их полное содержание. Расположение панелей инструментов запоминается.





Измерительный инструмент
Для проверки наших вычислений и верности расположения фаски можно использовать Измерительный инструмент верстака Part. Для этого нажмите на иконку Рулетка, откроется панель задач. Затем мышкой на модели выберите два конца ребра фаски.



Убедившись, что размеры соответствуют вычисленным, можно нажать на кнопку Clear all dimensions и закрыть диалог.



Создание отверстия
Чтобы создать отверстие нажмите на иконку Cylinder, установите радиус в 5 мм и высоту в 50 мм.



Далее нам нужно разместить отверстие согласно размерам на чертеже. Установите  Вид сверху,  нажатием правой кнопкой мыши на объекте Цилиндр в дереве проекта откройте меню и выберите в нем строку  Преобразовать.



Установите Приращение перемещения в 5 мм. Используя красную и зеленую стрелки переместите цилиндр на 15мм по оси y и на 65мм по оси x. Для этого нужно на стрелке нажать на левую кнопку мыши и не отпуская ее вести цилиндр к нужной позиции, затем кнопку отпустить. Нажмите кнопку и закройте диалог Приращения. Чтобы сделать отверстие, нажмите кнопку, левой кнопкой мыши на дереве проекта выберите объекты Cut и Цилиндр, затем нажмите на иконку Обрезать две фигуры в панели инструментов. Теперь на вашем дереве проекта будет один объект Cut001.

Поздравляем, модель готова.



Теперь, когда модель готова, давайте изучим возможности по изменению самой модели, ее внешнего вида, некоторые дополнительные возможности и разные варианты изменений.



Изменение цвета и прозрачности
Внешний вид объекта можно изменить различными способами, например, с помощью вкладки Вид таблицы свойств на комбо панели. Просто выберите объект на дереве проекта и изменяйте свойства объекта - цвет линий, цвет формы или её прозрачность.



К сожалению, когда объект активен, т.е. выделен, не видно, каким будет его внешний вид после изменений. Чтобы увидеть изменения нужно сделать его не активным. Установите изометрический вид, так отверстие в модели будет видно лучше. Другим способом изменить внешний вид можно через меню.





Другой способ размещения отверстия
В меню сохраните проект под новым именем. Удалите объект Cut001 и переместите цилиндр в исходную позицию. Ваша модель должна выглядеть как на картинке ниже. Рассмотрим различные варианты создания отверстия в центре верхней грани модели. Заметьте, что цвет модели опять стал серым и все изменения, которые мы сделали, исчезли.



Для размещения отверстия теперь мы будем использовать верстак Чертеж. Оно по-прежнему должно быть расположено в центре верхней грани модели, т.е. посередине диагональных линий верхней грани.

Включите верстак Draft, в 3D пространстве должна появится сетка. Она включается и выключается кнопкой Toggle Grid на панели инструментов. Используя функции привязок верстака Draft включайте только те типы привязок которые нужны в данный момент. Сейчас нам достаточно оставить включенными конечную точку, среднюю точку и центр круга, т.е. настройки привязок должны выглядеть как на картинке ниже.



Найти точку для размещения центра цилиндра можно сделав диагональ в качестве вспомогательной линии и использовать середину диагонали в качестве точки, в которую переместить центр цилиндра. Однако оказывается, что нам даже не нужно делать вспомогательные линии, мы можем привязать к уже существующей твердотельной геометрии.

Выберите Цилиндр на дереве проекта (он станет зеленым в 3D пространстве) и нажмите иконку Move на панели инструментов. Откроется панель задач для передвигаемых объектов, убедитесь, что чекбокс Копировать выключен.



Затем переместите мышь к верхней грани цилиндра так, чтобы вы увидели белую точку в центре круга, как показано на левом рисунке ниже. Это вместе с символом рядом с указателем мыши означает, что щелчок левой кнопкой мыши приведет к привязке к белой точке.



Когда у вас появится белая точка на верхней грани, щелкните левой кнопкой мыши, повторите то же самое для верхней квадратной грани основного тела, как показано на правом рисунке выше. Функция привязки использует центр масс для любого типа поверхности. В нашем случае центр масс верхней грани совпадает с её геометрическим центром. Вы уже заметили, что движение цилиндра анимировано, поэтому вы видите, что должно произойти.

Создайте сквозное отверстие повторив булевую операция обрезания, о которой говорилось выше. Модель готова. С помощью рулетки на верстаке Part убедитесь, что отверстие расположено правильно. Измерить расстояние можно только между точками, поэтому измерение надо делать от нулевой точки главного тела до дальнего края отверстия. У нас это расстояние составит 70мм включая радиус отверстия.





Создание отверстия с фаской
Вернитесь на верстак Part и с помощью иконки Создать твердотельный конус на панели инструментов создайте конус. Установите свойство radius1 в 0 мм и radius2 в 7 мм, это даст 2 мм фаски по радиусу. Установите высоту конуса в 7 мм, в результате угол вершины конуса будет 90 градусов, а угол фаски - 45 градусов. Стоит отметить, что можно было бы так же использовать операцию Фаска.

Во время работы с FreeCAD вы постоянно будете иметь возможность достичь одного и того же результата разными путями. Трудно сказать заранее, какой из них более правильный. Некоторые варианты могут оказаться более гибкими, иметь больше возможностей для трансформации и т.д. Ваши подходы к построению 3D моделей будут меняться по мере того, как вы будете узнавать больше о возможностях FreeCAD.



С помощью любого указанного выше метода совместите конус с отверстием.

На рисунке ниже совмещение конуса и отверстия делается командой Преобразовать, которая имеется в меню, доступном при нажатии на правую кнопку мыши. Приращение перемещения установлено в 1 мм т.к. если бы приращение было установлено в 5 мм как было ранее, то это не позволило бы совместить конус и отверстие из-за того, что диаметр конуса у нас 7 мм. Для того, чтобы было легче установить конус в правильную позицию используется Каркасный режим прорисовки модели.



Чтобы закончить модель, давайте будем использовать Булеву операцию с двуми выбранными формами вместо того, чтобы сначала выделить объекты, а потом применить булеву операцию. Выберите ее на панели инструментов и в результате откроется окно как на левом рисунке ниже.



Необходимо указать три параметра: Тип операции, Первая фигура и Вторая фигура. Конус предполагается срезать, в данной команде это называется Разность, а не Вырезать. Первая фигура - это наша Cut001, она находится в группе Соединения, т.к. она является соединением нескольких твердых тел. Вторая фигура - Конус. Указав параметры команды нажмите кнопку, как показано на картинке справа. В группе Соединения должна появиться фигура Cut002, это наша готовая модель. Она должна выглядеть так, как показано ниже.





Создание полой модели
Сохраните модель под новым именем при помощи команды Сохранить как... в главном меню. FreeCAD может выполнять все типичные операции 3D моделирования, одна из них это Смена толщины, которую можно использовать для создания полой детали.

Поверните модель так, чтобы была видна нижняя её поверхность.



Выберите нижнюю поверхность модели, затем на верстаке Part выберите инструмент  Смена толщины и на экране появится фигура как на рисунке ниже.



Нажмите кнопку. Как вы можете видеть теперь наружные углы фигуры имеют скругления.



Кроме того, если сейчас измерить ширину детали, она будет составлять 32 мм, т.к. толщина как бы прикладывается снаружи. Давайте исправим это. Кликните дважды на модели и в дереве проекта измените свойство join на intersection и значение толщины установите в -1.



Теперь ширина детали составляет 30 мм как и было, а наружные углы снова острые.



 Другой способ позиционирования фаски

Сохраните модель под новым именем и удалите последние изменения так, чтобы модель смотрелась как на рисунке ниже.



Сделайте Куб с размерами 30x30x60 как показано ниже.



Поверните его на -120 градусов вокруг оси Y изменив свойство Угол в группе placement.



Измените положение в X=50, Z=50 и выполните операцию Вырезать чтобы получить такую же фаску.



Это еще раз подчеркивает, что в 3D-моделировании часто имеется несколько способов получить один и тот же результат. Когда дело доходит до базовой геометрии или твердых тел, в FreeCAD можно использовать разные верстаки, а также разные команды и получить при этом ту же внешнюю форму твердого тела. Вам просто нужно найти свой собственный набор предпочтительных инструментов и рабочих процессов, которые вам удобны в использовании. Моделирование в параметрическом 3D — это процесс постоянного обучения, для освоения которого требуется практика.

<span id="Editing_dimensions,_face_colors_and_TNP"> Редактирование размеров, цветов граней и TNP

FreeCAD — это средство параметрического 3D-моделирования, которое позволяет вам изменять любое расположение или размер модели, и она будет обновляться в соответствии с изменениями. Обычно все работает, но при редактировании модель можно сломать — например, когда скругление основано на кромке, которой больше не существует из-за редактирования. Когда модель ломается во время редактирования, это называется TNP, Topological Naming Problem, проблемой топологического именования.

Давайте поэкспериментируем с изменением размеров и расположения чтобы посмотреть, сможем ли мы сломать модель. Не забывайте обновлять модель после изменений, если это требуется. Это можно сделать кнопкой Refresh на панели инструментов. Если иконка закрашена серым, значит нет необходимости обновлять модель.

<span id="Reposition_the_cylinder">

Перемещение цилиндра
Например, давайте переместим цилиндр из центра в одну из сторон основного тела с помощью команды Transform. Как вы видите на картинке, конус остался на своем месте, хотя должен был переместиться вместе с отверстием.



Когда вы перемещаете цилиндр в сквозь поверхность модели, в версии 0.19 вы теряете часть настроек цвета вашей модели. FreeCAD возвращается к пользовательским настройкам по умолчанию для цветов и прозрачности формы в 3D-виде, однако форма Cut002 по-прежнему показывает цвета и прозрачность, которые были у нее раньше, как показано на рисунке ниже.

<span id="Fixing_the_colors">

Исправление цветов


Вот способ исправить это. Сначала измените Прозрачность мышкой на один тик вверх или вниз, а затем обратно, чтобы вернуть прозрачность. Сделайте то же самое с цветом формы. Другой способ вернуть цвет - это нажать правую кнопку мыши на фигуре Cut002 в дереве проекта и выбрать в меню Установите цвета.... В Панели задач, которая появится, кликните, это вернет цвет к тому, который был установлен в свойствах вида.



Команда Установите цвета... позволяет выбрать свой цвет для каждой поверхности.

<span id="Multiple_solids">

Множественные твердые тела
Другой пример, где куб, создающий фаску, был перемещен и повернут.



Если изменить положение тела, из которого образована фаска, таким же образом как на картинке, то в результате появятся 3 не пересекающихся тела. Верстак Part позволит вам это сделать, а PartDesign нет. Вы получите сообщение об ошибке с несколькими телами, либо он просто не отобразит все тела.

Проблема топологического именования
Давайте вернемся к завершенной модели и посмотрим, как именуются её поверхности.

На рисунке ниже включена панель Просмотр выделения, чтобы показать, что выделено, а что нет, а также изменен цвет, чтобы выделение было легче увидеть.



Если выбрать боковую грань и внутреннюю грань цилиндра, то в системе они называются Face2 и Face9, где Face2 — это боковая грань. Нумерация граней у вас может отличаться.

Переместите цилиндр так, чтобы он пересекал боковую грань и в Просмотре выделения цилиндр теперь будет иметь другое имя.



Face2 - это теперь правая часть исходной поверхности Face2, а Face8 - левая её часть. Цилиндр прежде назывался Face9, а теперь Face7. FreeCAD изменяет нумерацию объектов. Общее количество граней в исходной модели было 10, после переноса цилиндра на поверхность модели их стало 11. Таким образом, очевидно, что нумерация граней должна измениться, когда изменится так называемая топология. Это, вероятно, кажется незначительной деталью, но оказывается весьма важным в параметрическом 3D CAD. Представьте, что вы использовали цилиндрическую грань в качестве ссылки для другого элемента, раньше она называлась Face9, а теперь называется Face8. Ссылка на предполагаемую цилиндрическую поверхность потеряна. Поскольку FreeCAD, по крайней мере, в выпущенных в настоящее время версиях, не отслеживает предполагаемую грань, а только отслеживает пронумерованную грань, модель ломается, когда делается ссылка на грань, которая позже меняет наименование. Это называется TNP, Topological Naming Problem, проблемой топологического именования.

Желательно узнать, как избежать поломки моделей из-за TNP, можно почитать в другом месте вики, где упор делается на рабочем процессе, основанном на эскизах, хотя основной механизм тот же. Описанная здесь перенумерация граней применима ко всем геометрическим объектам, граням, ребрам и вершинам.

<span id="Organizing_the_tree_a_bit_differently">

Другая организация дерева проекта
Сохраните модель под новым именем. Удалите все разрезы, чтобы получилась модель, как показано ниже.



При использовании верстака Part и создании сложных моделей, структура дерева проекта может стать сложной для понимания. На данный момент мы создали деталь и применили к ней логическую операцию. В верстаке Part можно объединить примитивы в одну логическую операцию. В нашем случае у нас есть цилиндр, конус и куб, которые являются логическими операциями разрезания.

Вместо применения разрезания для каждого примитива, мы можем сначала их логически объединить операцией Fuse, а затем выполнить разрезание между фигурами Fillet и Fusion.

Используя этот подход, дерево проекта в конечном итоге выглядит так, как показано ниже, что является просто другим способом построения той же модели. Сравните это с исходным древовидным представлением, ни одно из них не лучше другого, однако при создании более сложных моделей один подход по сравнению с другим может иметь преимущества в простоте изменения/реорганизации модели, если это необходимо.



<span id="Wrapping_up">

Подведение итогов
Теперь вы кратко ознакомились с пользовательским интерфейсом FreeCAD, изучили основы использования верстака Part и должны уметь строить простые модели по своему вкусу. Верстак Part - это один из верстаков, который можно использовать для создания твердых моделей. Верстак PartDesign - это другой верстак. Разные верстаки имеют разные возможности и разные рабочие процессы. Полное изучение FreeCAD, особенно с учетом всех надстроек и макросов, занимает годы, поэтому продолжайте изучать новые и разные способы создания моделей — просматривайте различные учебные пособия на вики. Обучение никогда не прекращается при работе с FreeCAD. Рекомендуется изучить sketches (эскизы) и верстак PartDesign, если вы сосредоточены на создании твердых тел. Если вы сосредоточены на моделировании зданий, вы должны изучить верстаки Draft и Arch.

FreeCAD делают добровольцы в свободное время. Если вы хотите еще больше расширить возможности FreeCAD, подумайте о том, чтобы внести свой вклад в FreeCAD, например, помочь улучшить документацию.