Tutoriel : Création de vis
Tutoriel |
Thème |
---|
Conception de produit |
Niveau |
Avancé |
Temps d'exécution estimé |
60 minutes |
Auteurs |
DeepSOIC, Murdic, vocx |
Version de FreeCAD |
0.19 |
Fichiers exemples |
Updated: Thread for screw tutorial |
Voir aussi |
None |
Introduction
Ce tutoriel est un ensemble de techniques pour modéliser les filetages de vis dans FreeCAD. Il a été mis à jour pour la v0.19, bien que le processus global soit essentiellement le même depuis la v0.14, lorsque le didacticiel a été initialement écrit. Le contenu mis à jour se concentre sur l'utilisation de l'atelier PartDesign pour créer le filetage et de nouvelles illustrations pour les méthodes 0 à 3.
Dans les systèmes de CAO traditionnels, la modélisation des filetages de vis est déconseillée car elle impose une charge importante sur le noyau de modélisation, ainsi que sur le rendu des formes. Dans les systèmes traditionnels, un fil n'a pas besoin d'être représenté directement dans l'espace 3D, car il peut être indiqué avec ses caractéristiques requises dans le dessin technique 2D envoyé pour la fabrication. Cependant, avec la vulgarisation de la fabrication additive (impression 3D), il existe désormais un réel besoin de modéliser les fils 3D, afin de les imprimer exactement comme prévu. C'est à cela que sert ce didacticiel.
De nombreuses techniques présentées ici ont été collectées à partir de différents fils de discussion :
Voir aussi des vidéos utiles :
N'oubliez pas que les formes de filetages prennent beaucoup de mémoire et que le fait d'avoir un seul filetage dans un document peut augmenter considérablement la taille du fichier, il est donc conseillé à l'utilisateur de créer des filetages uniquement lorsque cela est absolument nécessaire.
Méthode 0. Récupération depuis une bibliothèques d'objets
L'utilisation de modèles créés par d'autres personnes est facile et permet de gagner du temps. Voir la page des ateliers externes pour plus d'informations sur les outils externes.
En particulier, il est recommandé d'installer deux ressources à partir du gestionnaire de modules complémentaires :
- Fasteners Workbench, pour placer des vis et des rondelles paramétriques conformes aux normes ISO. Les vis et écrous par défaut ne montrent pas de filetage, mais cela peut être contrôlé avec une option.
- BOLTSFC, pour placer des pièces normalisées de la bibliothèque BOLTS, qui suivent aussi les normes ISO.
Diverses vis au standard ISO insérées avec l'atelier Fasteners. Une option contrôle si un objet affiche le vrai filetage ou juste un simple cylindre.
Méthode 1. Utilisation de macros (obsolète)
Dans le passé, la macro BOLTS était utilisée pour insérer les pièces de la bibliothèque BOLTS. Ceci est désormais obsolète. Utilisez plutôt l'atelier BOLTSFC.
Dans le passé, la macro Screw Maker, écrite par ulrich1a, était utilisée pour créer des boulons, des vis et des rondelles individuelles. Ceci est désormais obsolète. L'atelier Fasteners, de shaise, comprend la macro de vissage complète, ainsi qu'une barre d'outils pour sélectionner le bon composant.
Méthode 2. Faux filetages : non hélicoïdaux
Dans de nombreux cas, nous n'avons pas besoin de vrais filetages, nous avons juste besoin d'une indication visuelle que les filetages seront là.
Nous pouvons créer un faux filetage en utilisant un chemin non hélicoïdal, par exemple en tournant un profil en dents de scie, ou en empilant des disques avec des bords effilés. Ce faux filetage est difficile à distinguer du vrai fil hélicoïdal par une simple inspection. Cette méthode est bonne pour visualiser un objet semblable à un filetage, mais elle n'est pas utile si nous devons imprimer en 3D un fil réel.
A gauche : un simple boulon avec un faux filetage non hélicoïdal. A droite : un simple boulon avec un vrai filetage hélicoïdal. Lorsque l'impression 3D n'est pas nécessaire, un filetage simulé est souvent suffisant pour la visualisation.
Profil tournant en dents de scie
- Cliquer sur PartDesign Body.
- Cliquer sur PartDesign Nouvelle esquisse. Sélectionnez
XZ_Plane
. - Dessinez un croquis fermé avec le diamètre intérieur requis
10 mm
, le diamètre extérieur autour de12.6 mm
, le pas3 mm
, le nombre de dents8
et la hauteur totale30 mm
. - Sélectionnez l'esquisse, puis cliquez sur PartDesign Revolution. Sélectionnez
Vertical sketch axis
et appuyez sur OK.
Profil utilisé pour créer la révolution qui simulera un filetage.
Vue en coupe du filetage non hélicoïdal résultant produit par rotation du profil en dents de scie autour de l'axe vertical.
Disques empilables
- Repeat the first two steps from the previous section.
- Draw a closed sketch with the required inner diameter
10 mm
, outer diameter around12.6 mm
, and pitch3 mm
, but draw only a single tooth of the sawtooth. - Select the sketch, then click on PartDesign Revolution. Select
Vertical sketch axis
, and press OK. - Select the
Revolution
, then click on PartDesign Linear pattern. SelectVertical sketch axis
. For a fake thread with a pitch of3 mm
, set the Length to3
, and Occurrences to2
, then press OK. This will create two discs, one on top of the other. - You can add more discs by increasing the value of Occurrences in the linear pattern, and by raising the Length, which is the total length of the fake thread.
The Length and Occurrences are related. If the length is too large, but the number of occurrences is not high enough, you will have disconnected discs, and the Body computation will fail, as the resulting object must always be a single contiguous solid. For example, to get a total height of 30 mm
, set Length to 27 mm
and Occurrences to 10
.
If you wish, you may add a PartDesign Additive cylinder with a diameter equal to the inner diameter of the discs, and as high as the total thread height. This will join all discs into a single solid, thus guaranteeing that there will not be disconnected discs.
Profile used to create a revolved disc that will be used to simulate a thread.
Left: single disc created by revolution. Right: multiple discs placed in a linear pattern in the Z direction simulating a helical thread.
Méthode 3. Balayage d'un profil vertical.
Idée
Cette idée est assez simple: dessiner le profil du filetage, et le balayer le long d'une hélice. Lors du balayage, assurez vous de cocher les boites de dialogues Solide et Frenet. Solide est la clé pour permettre de opérations d'union ou de soustraction. Frenet empêchera le profil de se tordre (plus d'info à ce sujet est disponible dans la documentation sur le Balayage).
PartDesign
A true thread consists of a closed profile sweeping a solid along a helical path.
- In the Part Workbench, click on Part Primitives to create a Part Helix. Give it the appropriate values for Pitch
3 mm
, Height23 mm
, and Radius10 mm
. - Move to the PartDesign Workbench, and click on PartDesign Body.
- Click on PartDesign New sketch. Select
XZ_Plane
. - Draw a closed sketch with the required profile for the thread teeth, normally a triangular shape. In this case we will use a height of
2.9 mm
, which is slightly smaller than the3.0 mm
pitch used for the helix path. - Select the sketch, then click on PartDesign Additive pipe. In Path to sweep along, click on Object, and choose the helix object previously created. Then change Orientation mode to
Frenet
so that the profile sweeps the path without twisting; then press OK. - When the dialog asks for a reference, choose
Create cross-reference
. - The helical coil is created, but there is no central body or shaft.
- Click on PartDesign Additive cylinder with the appropriate Radius
10 mm
and Height29.9 mm
to touch the rest of the helical thread and automatically fuse to it. - Additional boolean operations are needed to shape up the abrupt ends of the coil. For example, you can use additive features to provide a head to the screw, and a tip.
Left: profile for a helical thread. Right: helical path that will be used to create a sweep.
Left: helical coil resulting from the sweep operation of the closed profile along the helical path. Right: sectional view of the coil produced from the sweep.
Left: helical coil fused to a central cylinder to form the body of the screw. Right: more features, a head and a tip, added to improve the shape of the screw.
Part
This process can also be done with the tools of the Part Workbench.
- In the Part Workbench, click on Part Primitives to create a Part Helix. Give it the appropriate values for Pitch
3 mm
, Height23 mm
, and Radius10 mm
. - In this case, you don't need a PartDesign Body. Switch to the Sketcher Workbench, then click Sketcher New sketch, and choose the global XZ plane.
- Then return to the Part Workbench, and use Part sweep.
- Select the appropriate sketch from Available profile and click the arrow to pass it to Selected profiles.
- Click Sweep path, and choose all edges of the existing helix in the 3D view. Click Done.
- Make sure to tick Create solid and Frenet. Obtaining a solid is the key to be able to perform Part Boolean operations with the resulting coil, otherwise only a surface will be produced.
- Click OK to exit the dialog and create the coil.
Cela génère le filet du filetage, sans la barre ou le trou. Pour faire le filetage sur une barre ou dans un trou, il faudra utiliser unir ou soustraire ce filet avec un cylindre. D'autres opérations booléennes seront nécessaire pour façonner le bout du filet laissé brut.
Les clés du succès
- Rule 1. When the profile sweeps the helix, the resulting solid coil must not touch or self-intersect as it will be an invalid solid. Attempts to do boolean operations with it (fuse or cut) are very likely to fail. Check the quality of the coil with Part CheckGeometry; if self-intersections are reported, you must increase the pitch of the helix.
Règle 1. le balayage ne doit pas s'intersecter lui même. Un balayage qui s'intersecte n'est pas un solide valide. Les tentatives de fusion ou de soustraction échoueront très certainement. Cependant, pour de l'impression 3D ou des besoins de visualisation, il peut être suffisant de laisser le filet et le cylindre non fusionné (s'intersectant).
- Rule 2. When a cylinder is added to a coil to form the main shaft of a screw, the cylinder must not be tangent to the coil profile. That is, the cylinder must not have the same radius as the inner radius of the thread, as this is very likely to fail a fuse operation. In general, avoid geometry coincident to elements of the sweep, such as tangent faces, or edges tangent to faces they are not connected to. In order to produce a good boolean union, the swept coil and the cylinder must intersect. Check the quality of the fusion with Part CheckGeometry; if coplanar faces are reported increase the cylinder's radius by a small amount.
- If the coil and the cylinder are tangent, even if the first fusion succeeds, it may fail in subsequent boolean operations with a third solid.
- This is a limitation of the OpenCASCADE Technology (OCCT) kernel; in general, it doesn't handle well operations between coplanar surfaces.
Règle 2. Rappelez vous que dans FreeCAD, l'hélice est imprécise. Ainsi, un cylindre créé pour se superposer précieusement avec un filet risquera de ne pas fusionner avec ce dernier. En général, évitez les géométrie coïncidente avec les éléments d'un balayage, comme les face tangentes, les arrêtes tangentes à des faces auxquelles elles ne sont pas connectées, les arrêtes coïncidentes et tangentes, etc...
Astuce 1. Le rayon d'une hélice n'influe pas (à moins que l'hélice ne soit conique). Tout ce qui compte est le pas et la hauteur de l'hélice. Cela implique qu'il est possible d'utiliser une hélice générique pour fabriquer de nombreux filetages de même pas mais de diamètre différent.
Astuce 2. Gardez l'hélice courte (avec peu de tours). Les longs filetages ont tendance à faire échouer les opérations booléennes. Pensez plutôt à empiler des filetages courts pour en faire un long en utilisant Draft Array si vous rencontrez ce genre de situation problématique.
- Tip 3. For 3D visualization and 3D printing it may be okay to leave the cylinder and the thread unfused, that is, with intersections between the two solids. Reducing the amount the boolean operations results in less memory consumption and smaller files.
Avantages et inconvénients
- Facile à comprendre.
- Manière très naturelle de définir un profil de filetage.
- Aucun problème avec le maillage de l'objet résultant, contrairement à la méthode 4.
- à cause de l'invalidité des balayage qui s'intersectent, il est quasi impossible de générer un filet uniforme (c'est à dire, sans face cylindrique sur les face internes ou externes du filetage).
Méthode 4. Balayage d'un profil horizontal
Généralités
L'idée est de balayer un profil horizontal le long d'une hélice. Le problème principal est de déterminer quel profil utiliser pour obtenir un filetage.
Si on utilise un cercle en guise de profil horizontal (le cercle doit être décentré par rapport à son origine, ce décentrement définissant la profondeur du filetage), le profil du filetage sera sinusoïdal.
Pour obtenir un profil standard en dent de scie, une paire de spirale d’Archimède doivent être fusionnées. La figure résultante est une forme cardioïde, qui est difficilement différentiable d'un cercle quand la profondeur du filet est faible comparée à son diamètre (c'est pourquoi un filetage "épais" est présenté sur la figure ci dessus).
Génération du profil
Se représenter ce que doit être le profil horizontal pour obtenir un profil vertical n'est pas facile. Dans les cas simples comme les filets triangulaires ou trapézoïdale, cela peut être fait manuellement. Autrement, Il peuvent être créé en fabricant un filetage court avec la méthode 3, et en récupérant une tranche de ce dernier en faisant une intersection entre le plan horizontal et le filet.
Profil pour un filetage triangulaire
- Créer une spirale (d’Archimède) dans le plan XY.
- fixer le nombre de tours à 0.5.
- fixer le rayon du rayon interne du filetage, le rayon externe sera ce dernier plus la profondeur de coupe.
- fixer la croissance pour doubler la profondeur de coupe du filet.
- Part Mirror la spirale dans le plan XY
- Part Union la spirale et le miroir pour obtenir un filet fermé, en forme de cœur.
Profil pour une section quelconque
- faire un profil de coupe (vertical). Assurez-vous que la hauteur de l'esquisse correspond à la hauteur du filet dont vous avez besoin.
- fabriquer une hélice1 de hauteur identique au pas et le pas identique au pas du filetage et dont le rayon d’hélice est égal à 0,42 * diamètre nominal du filetage.
- Balayez le profil coupé le long de l'hélice1. Définissez make solid et frenet à true.
- Faites un cercle de rayon nominal du filetage dans le plan x-y.
- Faites un profil à partir du cercle. (Part-workbench: utilitaire avancé pour créer des formes, ou Draft Upgrade puis MakeFace = true)
- couper le profil avec le profil de balayage
- faire un clone à partir de la coupe (Draft workbench)
- Rétrograder le clone pour obtenir un filet. (Draft workbench) Ce filet est le profil horizontal nécessaire à cette méthode.
- Faites une hélice avec un rayon de rayon nominal du filet et un pas du filet et la hauteur du filet requis.
- Passez le filet le long de l’hélice. Réglez solide et frenet sur true.
Vous avez terminé.
Credit: pas à pas tiré d'un post sur le forum par Ulrich1a, légèrement modifié.
Ces étapes sont aussi visibles dans cette vidéo de Gaurav Prabhudesai: http://www.youtube.com/watch?v=fxKxSOGbDYs
Pours et contres
+ Un filetage solide prêt à l'emploi est créé directement par le balayage.
- a ready-to-use thread-on-a-rod solid shape is created by the sweep directly.
- fewer or even no boolean operations are required, so generation speed is very high compared to Method 3.
- thread ends are nicely cut straight away
- long threads are not a problem, unless a boolean operation is needed. Otherwise, it is not going to be much better than Method 3.
- threads without a gap are not a problem.
- la définition du profil du filetage est compliquée
Méthode 5. Lofting entre les faces extrudées hélicoïdales
Généralités
Les splines hélicoïdales extrudent les faces coaxiales pouvant être lobées, contrairement à l'hélice paramétrique de FreeCAD. Deux splines hélicoïdales sont nécessaires pour définir un taraudage. Ces deux éléments peuvent être mis à l'échelle à partir d'une spline de bibliothèque, puis localisés et extrudés de manière appropriée pour obtenir le bon formulaire.
Les hélices paramétriques de FreeCAD ne sont pas vraiment hélicoïdales, mais les b-splines hélicoïdales ne sont pas difficiles à tracer. Une méthode manuelle consiste à aligner des dodécagones (polygones à 12 côtés) avec des intervalles de rayon de 5 mm/diamètre de 10 mm à des intervalles de 1/12 mm (0,08333.mm) et à tracer des splines d'un sommet à l'autre dans l'ordre croissant et rotatif. disons 10 tours, de sorte que cette spline puisse être réutilisée en tant que fichier de bibliothèque pour l'importation et la réutilisation. Il est pratique d’utiliser un pas de 10 mm de diamètre/1 mm pour faciliter la mise à l’échelle. Si vous le faites manuellement, dessiner un Dwire puis le convertir en b-spline est plus facile que de dessiner une spline. Les courbures ne sont pas calculées pendant le tracé, elles suivent donc le curseur et se cassent plus docilement.
Une fois que les splines sont redimensionnées à la bonne taille et situées de manière à ce que le loft ait le bon angle inclus entre les flancs du filetage, elles sont extrudées le long de leur axe, ce qui correspond à la longueur d'un pas pour la spline interne, le pas externe/8.
Les filets ISO et autres ont été allégés, c'est-à-dire que les bords intérieurs et extérieurs sont plutôt plats que nets, ce qui convient parfaitement aux utilisateurs de FreeCAD, car nous pouvons appliquer un lissage à la face hélicoïdale à la taille nominale de la fixation, alors qu'une face interne ne peut pas être loft une spline de bord externe car une face est un profil fermé, une spline est ouverte. La norme ISO indique que la taille nominale des filetages externes a un pas de largeur de face/8. L'image montre comment la géométrie est arrangée et les faces hélicoïdales qui en résultent. Ensuite, lissez entre les faces, puis un cylindre qui donne la face hélicoïdale interne, que ISO met à la hauteur/4 de la largeur, est ajouté aux filets.
Cette méthode produit des solides fiables qui "booléen" correctement. Bien qu'il ne produise pas de filetage de vis "paramétrique" dans les tailles standard, c'est-à-dire qu'il permet d'accéder facilement à la forme par taille de fixation, il constitue un moyen simple de produire une bibliothèque précise à réutiliser, ainsi que des modèles de formes spécialisées telles que ACME ou des vis Archimédien. , sont également simples comme des one-offs. Template:Tutorials navi/fr
- Primitives : Box, Cylindre, Sphère, Cône, Tore, Tube, Primitives, Générateur de formes
- Création et modification des objets : Extrusion, Révolution, Miroir, Congé, Chanfrein, Créer une face, Surface réglée, Lissage, Balayage, Section, Coupes, Décalage 3D, Décalage 2D, Évidement, Projection sur surface, Ancrage
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- Booléen : Créé un composé, Éclater le composé, Filtre composé, Opération booléenne, Soustraction, Union, Intersection, Connecter, Intégrer, Découper, Fragments booléens, Séparer/exploser, Scinder, OU exclusif
- Mesure : Mesure linéaire, Mesure Angulaire, Rafraîchir les mesures, Effacer toute mesure, Tout basculer, Mesures dans la 3D, Mesures selon le repère global
- Autre outils : Importation, Exportation, Sélection par zone, Forme à partir d'un maillage, Points à partir d'un maillage, Convertir en solide, Inverser les formes, Copie simple, Copie transformée, Copie d'un élément, Affiner la forme, Vérifier la géométrie, Supprimer la fonctionnalité, Apparence, Définir les couleurs
- Outils structure : Part, Groupe
- Outils d'aide : Créer un corps, Créer une esquisse, Éditer une esquisse, Plaquer une esquisse sur une face
- Outils de modélisation
- Outils de référence : Créer un point de référence, Créer une ligne de référence, Créer un plan de référence, Créer un système de coordonnées local, Créer une forme liée, Créer une forme liée du sous-objet(s), Créer un clone
- Outils additifs : Protrusion, Révolution, Lissage additif, Balayage additif, Hélice additive, Cube additif, Cylindre additif, Sphère additive, Cône additif, Ellipsoïde additif, Tore additif, Prisme additif, Pyramide tronquée additive
- Outils soustractifs : Cavité, Perçage, Rainure, Lissage soustractif, Balayage soustractif, Hélice soustractive, Cube soustractif, Cylindre soustractif, Sphère soustractive, Cône soustractif, Ellipsoïde soustractif, Tore soustractif, Prisme soustractif, Pyramide tronquée soustractive
- Outils de transformation : Symétrie, Répétition linéaire, Répétition circulaire, Transformation multiple, Mise à l'échelle
- Fonctions d'habillage : Congé, Chanfrein, Dépouille, Évidement
- Opérations Booléenne : Opérations Booléenne
- Général : Créer une esquisse, Modifier l'esquisse, Esquisse sur une face, Réorienter l'esquisse, Valider l'esquisse, Fusionner les esquisses, Esquisse miroir, Quitter l'esquisse, Vue de l'esquisse, Vue de section, Grille, Aimantation, Ordre de rendu, Arrêt de l'opération
- Géométries : Point, Ligne, Arc, Arc par 3 points, Cercle, Cercle par 3 points, Ellipse par son centre, Ellipse par 3 points, Arc d'ellipse, Arc d'hyperbole, Arc de parabole, B-spline simple, B-spline périodique, B-spline par des nœuds, B-spline périodique par des nœuds, Polyligne, Rectangle, Rectangle centré, Rectangle arrondi, Triangle, Carré, Pentagone, Hexagone, Heptagone, Octogone, Polygone régulier, Contour oblong, Congé, Congé avec contrainte, Ajuster, Prolonger, Diviser, Géométrie externe, Copie carbone, Géométrie de construction
- Contraintes :
- Contraintes geometriques : Coïncidence, Point sur objet, Vertical, Horizontal, Parallèle, Perpendiculaire, Tangente, Égalité, Symétrie, Blocage
- Contraintes de dimension : Fixe, Distance horizontale, Distance verticale, Dimensionnelle, Rayon ou poids, Diamètre, Rayon automatique, Angle, Contrainte de réfraction
- Outils de contraintes : Contraintes pilotantes, Activation des contraintes
- Outils : Degrés de liberté non contraints, Contraintes associées, Éléments associés aux contraintes, Contraintes redondantes, Contraintes conflictuelles, Géométrie interne, Origine, Axe horizontal, Axe vertical, Symétrie, Clone, Copie, Déplacer, Réseau rectangulaire, Supprimer l'alignement des axes, Supprimer tous les éléments de géométrie, Supprimer toutes les contraintes
- Outils B-spline : Degré de la B-spline, Polygone de contrôle de la B-spline, Peigne de courbure, Multiplicité des nœuds, Poids des points de contrôle, Convertir une géométrie en B-spline, Augmenter le degré, Diminuer le degré, Augmenter la multiplicité des nœuds, Diminuer la multiplicité des nœuds, Insérer un nœud, Joindre des courbes
- Espace virtuel : Espace virtuel
- Démarrer avec FreeCAD
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