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第05章:PartDesign 实体特征建模

1. PartDesign 的核心思想

PartDesign 面向“单个连续实体”的特征历史建模。一个 Body 内通常只有一个最终实体结果,历史特征按顺序叠加:草图创建轮廓,Pad 增加材料,Pocket 移除材料,Fillet/Chamfer 修改边,Pattern 复制特征。

Body 是 PartDesign 的核心容器。它包含:

  • Origin:局部坐标系和基准平面。
  • Sketch:草图。
  • Additive/Subtractive Feature:增材/减材特征。
  • Datum:基准点、线、面和坐标系。
  • Tip:当前最终特征。

2. Body 与 Part 的区别

FreeCAD 中 “Part” 可能指 Part 工作台,也可能指 Std Part 容器。PartDesign 的 Body 是单实体建模容器;Std Part 是装配和坐标层级容器。常见组织方式:

  • 单个零件:一个文档中一个或多个 Body。
  • 复杂产品:Std Part 或 Assembly 中包含多个 Body。
  • 脚本生成:可直接创建 Part 几何,也可创建 Body 特征。

不要把多个不相连实体强行放在同一个 Body 中,除非它们最终会融合成一个连续实体。

3. Pad 与 Pocket

Pad 是拉伸增材,Pocket 是拉伸切除。关键参数:

  • 长度或到面。
  • 对称于平面。
  • 反向。
  • 类型:尺寸、贯穿全部、到第一面、到最后面等。

建议优先使用明确尺寸或对称拉伸。使用“到面”时要考虑上游拓扑变化。切穿模型时,“贯穿全部”比给一个很大的长度更稳定。

4. Revolution 与 Groove

Revolution 围绕轴旋转草图形成实体,Groove 围绕轴旋转切除。适合轴类零件、旋钮、轮毂、密封槽。注意:

  • 草图不能跨越旋转轴导致自交。
  • 旋转轴应使用 Origin 轴、构造线或 Datum Line。
  • 角度可以小于 360 度,用于扇形实体。

5. Additive/Subtractive Loft 与 Pipe

Loft 在多个截面之间放样,Pipe 沿路径扫掠。适合变截面结构、管路、手柄、过渡件。稳定建模建议:

  • 截面草图点数和轮廓方向尽量一致。
  • 路径曲率不要过急。
  • 扫掠截面不要产生自交。
  • 对复杂曲面,先用 Surface 或 Part 验证几何,再放入产品模型。

6. Fillet 与 Chamfer

圆角和倒角在实际设计中常用于去尖角、满足加工、减小应力集中。但在参数化历史中,圆角/倒角容易因边引用变化而失败。建议:

  • 尽量把圆角和倒角放在建模历史后期。
  • 先完成主体结构,再添加修饰特征。
  • 对功能性圆角与装饰性圆角分组处理。
  • 修改上游草图后检查所有圆角是否仍正确。

7. Pattern 与 Mirror

PartDesign 支持线性阵列、极阵列、多变换和镜像。适合孔、筋、槽等重复特征。建议:

  • 对孔阵列,优先阵列 Pocket 或 Hole 特征,而不是复制草图元素。
  • 极阵列使用稳定中心轴。
  • 多变换按逻辑组合,例如先线性再镜像。
  • 阵列数量和间距可绑定 Spreadsheet 参数。

8. Hole 工具

Hole 工具比简单 Pocket 更适合工程孔。它可以定义通孔、盲孔、沉头孔、沉孔、螺纹表达等。使用要点:

  • 草图中用点定义孔中心。
  • 多个点可一次生成多个孔。
  • 标准孔径与螺纹需要结合目标标准核对。
  • 工程图中是否自动识别螺纹取决于 TechDraw 设置和模型表达。

9. 建模顺序建议

一个稳定零件通常按以下顺序构建:

  1. 建立主基准与总体尺寸。
  2. 创建主体实体。
  3. 添加主要功能结构。
  4. 添加孔、槽、筋、凸台。
  5. 添加重复阵列。
  6. 添加圆角、倒角、外观属性。
  7. 创建工程图和导出文件。

不要急于在早期添加大量圆角,也不要在草图里画出所有细节。特征化建模的目标是让设计意图分层清晰。