FreeCAD傻瓜式教程之约束设定、构建实体、开孔、调整颜色、透明度、参考距离、任意修改尺寸、保持开孔居中、外部图形、基准平面等_freecad 教程

本内容基于官方教程中的绘制简单的零件中的体会，在初次绘制的时候，总是无法完成，几经尝试才发现其关键点所在，以此文记录，用以被查资料，同时也希望能够帮到纯白新手快速熟悉该软件的绘图方法。

一、. 打开软件，选择Part Design工作台，然后选择任务，新建实体，新建草图。 

该过程可参考我的另一篇文章： FreeCAD的傻瓜式初级使用教程_lggirls的博客-CSDN博客

二、.通过线段绘制工具，画出基本的图形

工具绘图 

2.1 先选中工具，移动鼠标到原点附近，出现如下图所示的重合约束提示，则表示所要点下的点和原点重合。单击鼠标左键，确定线段的开始端点。

2.2 继续沿x轴向右侧移动鼠标，在快到达第10个方格时，放下。

若画出的横线和x轴完全平行，则会出现一个小短横，表示平行约束

若没有，则可先点击选中该线段，然后点击约束性工具栏中的图标，即可

 2.3 将鼠标移动到原点，出现重合约束符号，单击，向上延Z轴移动鼠标，超过第2格后单击，确定线段的末端，第二条线则已经画出。

同样的，第二条线要保障和X轴平行，也是和x轴垂直，如同2.2中的操作，对 第二条线进行垂直性约束。

2.4 选中线段绘图工具，将鼠标移动到第2条线段的末端点，出现重合性约束提示符，点下，再向右上方移动鼠标，点下第3条线段的末端点。

2.5 依此操作，画出第4条和斜向上的线相连，但和x轴平行约束的短横线线段

2.6 画出和第1条x轴上的横线线段相连的，垂直于x轴的第5条线段。

三、 进行角度，长度，高度的约束条件设定

a.先约束了斜线和底线的角度为30°；

b.约束了底线的长度为100mm；

c.约束了高处的横线的左端点和原点间的垂直距离为50mm；

d.通过同样的点约束了斜线的水平距离为50mm（此时自由度应该缩减为2）；

e.然后用弧线绘图工具，先在图形内点一下，确定圆心，再用重合约束，将最后的两个端点，用弧线连接起来；

f.再通过点击选中弧线，约束其半径为20mm，

g. 对弧线和最上方的横线，最左侧的短竖线进行相切性约束。先选中弧线，然后选中上方的横线，点击相切性约束；如此处理弧线和垂直的尾端线的相切性，此时高处的横线和最后的短垂线的长度将随之变化。

注意：此时自由度应当显示为0 ！！！

 3.1  斜线线段的角度性的约束

角度是两条线之间的关系，所以其要点是，选择两条线，然后点击约束条件图标。

在该步骤中，点击了第1条x轴上的横线，第3条斜向上的斜线，然后点角度约束工具，在出现的对话框中，填写你想要的角度。 这里是30°，点击ok

你会发现，在图的外面，也就是第3条线的延长线和第1条线相交会的位置附近，出现了一个带有30°标注提示的弧线，也就是该角度约束的提示线。

可以单击该标注文字，鼠标左键拖动该提示线到图形内部。

 3.2 横线线段的长度约束

点击第1条x轴上的横线，再点击“水平距离约束”工具，在出现的对话框中填写100mm，点击OK

这时你会发现，线段的末端和第10格的交叉点完全重合，同时出现了水平距离提示线，也是选中，将标注线拖动到合适的地方，

注意： 这一步的操作中，第5条竖线会随第1条线的边长的变化而移动到第10格， 如果出现两条线相脱离，则说明了之前画第5条线的时候，端点没有达成重合约束，需要删掉该线，重新约束后再画。

 3.3 确定两点之间的水平和垂直距离。

点击原点，使之被选中，再点击第3条线的末端点，同时也是第4条水平线段的起点，使之选中。

注意！！ 要在两点同时选中的时候，再进行水平距离约束和垂直距离约束，这样才能成功。

这一步是设定了两个约束值均为50mm。

 进行必要的提示线整理

四、绘制弧线

4.1先单击“创建弧”工具图标，

 

 将中心定位在大约 x = 80 y = 30 处;然后单击在第2条线的右端点上，定义圆弧的第一个起点;然后再单击将弧的末端点上，定义为第5条线的上端点（确保在单击之前出现重合性约束的提示图标）。

 

 2.单击圆弧，然后选中半径约束工具，设定半径为20mm

 先选中要约束，可约束的对象，然后选约束工具进行约束值的填写。点击ok

点击弧线和要与之相切的横线，进行相切约束

如果一切正确，则求解器部分应当显示完全约束的提示： “Fully constrained” ，同时，绘图区的全部线段将显示绿色，表示所有的线都被有效约束，且形成了闭合连接。

注意： 如果草图没有变为绿色，则说明存在至少一个点是不重合的（2 个点处于叠加状态，但没有实际重合）。这时就需要先点击红和约束工具， 然后将没有形成重合约束的点点起来形成约束。用同样的方法对所有的连接点都点一遍试试。

如果还是没有变成绿色，请验证除了倾斜线外所有的线是否都具有水平约束”或垂直约束，并在必要的时候进行添加。

五、使用凸台和凹坑功能

5.1 单击左上角“任务”选项卡中的“关闭”。我们会自动退出草绘器工作台，零件设计工作台将再次激活。组合视图切换回“模型”选项卡。如果将 “实体” 展开，你将在“Origin”下方看到一个新的 Sketch 元素，并嵌套在 Body 下。

 到了这一步，我们应当保存一下，将文档命名成我们容易记住的名称。此外，最好形成经常保存文档的习惯，比如在完成草图或要素之后 Ctrl + s。

5.2单击标准视图中的”等轴测“视图按钮，然后单击标准视图中的”适合所有“ 视图按钮，这将会在绘图区显示一个居中的 3D 等轴测 视图。

5.3 先单击选中下方的草图，也就是 Sketch，选中目标；再单击零件工具中的“凸台”工具按钮，输入 30 mm 的长度。单击“ok”，则会沿着Y轴拉伸成一个3D实体零件(之前我们所画的图形，只能算是一个面)。 

 

5.4 到此，在“混合浏览器的 模型”树中，将显示一个“Pad”对象（我们称之为特征），而不是“草图”。事实上，它可以被称作草图，因为它是基于草图（Sketch）形成的;  单击Pad前面的箭头或加号将其展开，将显示下面的草图（Sketch），该草图自动隐藏（其标签灰显）。

可以在绘图区看到一个我们所创建的形状形所成实体。

5.5 生成一个孔

5.5.1先单击零件的顶部（方形）侧，再单击“创建实体”按钮旁边的“创建草图”按钮，来创建一个新的草图。

  FreeCAD会创建一个附加到我们之前所选择的零件的面上的新草图。此时我们选择生成的绘图区，是一个平行于绝对平面XY的平面，但高度则根据工件的高度向上进行了偏移，也就是xy平面在Z轴方向了升高了50mm的这样一个水平面，和零件的上表面重合。

可以通过切换视角的按钮来进行试图变换

 最终显示成下图的样子。

 点击“查看草图”按钮，则可以随时切换为当前草图的视图，即 XY平面，以便于像之前再xz轴平面上那样来进行绘图

请注意，这个新草图的原点（Origin）就是实体的原点。 

 5.5.2点击圆形绘图工具，在零件的顶部绘制一个圆，点击圆的边线，进行半径约束，将其设定为5mm

 5.5.3双击新建的草图，展开“混合浏览器中的任务视图，对圆的圆心位置进行约束。 这里的水平距离设置为-65mm，垂直距离设置为15.

 5.5.4 关闭草图;

在“模型树”中，一个新的 Sketch001 草图对象出现在“Pad”下方。单击选中 Sketch001 ，之后再单击选择“凹坑”工具。

 凹坑，之前的版本称之为口袋，是一个被称为“减法”的功能，它可以从我们的零件中删除材料；在这里，因为我们所画的草图是一个圆，则该功能形成的凹坑将会以圆柱体的形式出现。

在凹槽参数中的类型中，选择“通过所有”以完全剪切零件。按“OK”完成。

在模型树中，标记为 Pocket 的新元素出现在 实体 的底部，并被命名为了 Sketch001。

六、更改颜色和透明度

可以通过更改零件的颜色，来区分零件间的差别。作品的透明度也可以修改，这对于将其内部结构进行可视化很有用处。 

选择要进行色彩和透明度设置的”实体“，在左侧的属性中找到 Shape Color(形状颜色），Transparency(透明度），对其进行更改，使得上一步切出的孔能够显示出来。

还可以修改 Line Color和Line Width，以更改线条粗细和零件轮廓的颜色。

 现在，零件内部可以看到该孔。这对于查看模型的隐藏面或内部面通常很有用。

注意： 可以使用开孔工具，对零件进行开孔操作。步骤第5.5相同

七、手动移动零件

7.1 转到“视图”菜单，然后选择"切换坐标轴显示(Toggle axis cross)"。这些是绝对坐标轴。您应该在 3D 视图中看到 3 个轴 X、Y、Z 为红色、绿色和蓝色。这个坐标将帮助我们在空间中定位自己。这个坐标是固定且不可变的，它要么是视图围绕它旋转，要么是对象在这个空间中进行旋转。

 7.2 选中实体，在其左侧的下方选择数据视图，点击属性这一列中的Placement，

单击三个小点，即省略号（如果未出现，请单击“放置”字段的“值”部分）;这将在“任务”面板中打开一个新对话框。使用箭头可以改变零件的位置和角度。实际上是在空间中移动的物体的位置（因此其原点），3D 视图的方向不会改变。

 

另一种方法：在组合视图中，选择“实体 ”并单击鼠标右键，然后选择转换。

这将会显示如下视图： 

 按住并沿轴或球体拖动圆锥体，以向各个方向移动主体。可以实验一下。然后将角度和坐标重置为 0。

八、在草图中建立和显示参照尺寸

以上我们所建立的尺寸，都是相对于原点(Origin)的，但在实际的绘图操作中，零件间结构间的相对尺寸数据也很有用处。这种尺寸可以仅用于参考，也可以稍后使用它们来设置其他尺寸。

在左侧的“模型”树结构显示中，展开“实体”部分 1，然后展开“Pad”以显示第一个草图(Sketch)。双击它（或右键单击并在上下文菜单中选择编辑草图），然后单击“切换驱动/参考约束"图标。

 从现在开始，就可以在草图上创建参考尺寸了；参考尺寸是以蓝色显示的，且对它们所标注的草图的形状是没有影响的（即不会构成约束控制），它们的数值也是自动计算的。

参考约束的建立工具：

 九、进行一个或多个维度的编辑

在建模的过程中，我们可以随时改变模型的尺寸。这非常简单：例如对于零件的厚度，只需要双击Pad，就会在左侧的组合浏览器中出现对话框，然后输入一个新值，例如40mm；或者在选中Pad后，在混合浏览器显示的属性设置的部分，选择数据，也可以更改此值。

 

 可以采用如下方法来验证一下：

对作品的总长度执行相同的操作：双击 Sketch，然后双击 100 mm 尺寸约束，将其更改为 110 mm，然后进行验证。

 我们可以看到，零件的顶部的尺寸和面积被放大了，造成了之前所开的孔不再在顶面的中间居中的位置。，这是因为该孔是被限制在草图的原点位置了。这不一定符合我们通常想要的结果，因为最常见的情况是，我们希望无论如何改变零件的尺寸，顶面所开的这个孔，都应该保持在中心。

下面将进行这样的操作

 十、设置开孔位置保持居中

10.1 第1种方法--外部几何图形法。

10.1.1 再次编辑Pocket的草图，并删除其中对圆心的水平和垂直距离的约束。

然后单击外部几何图形工具图标。接下来将在草图中创建两条线，并且这两条线都是比照着我们前面生成的零件3D模型（Pad）画的，也就是通过点击零件的上方的矩形边框得来。这种划线方法和之前我们从原点开始划线的方式是不同的。
英文直译：从该形状（或特征）外部提取，该形状并且先前已定义：Pad 的形状（或特征）。

10.1.2 具体画法：

再点击选中工具后，单击零件顶部的垂直边缘。例如，边缘带有坡度的一边。则一条新的洋红色线将出现在边缘上方。对圆弧形边上的另一条边也重复上述步骤。我们现在就可以使用这些线（尤其是它们的端点）使圆居中，不过我们必须再添加两条构造线-0.21中翻译为辅助线：例如对角线，才能完全确定圆心位置。 下面将说明如何添加构造线。

 10.1.3 添加构造线\辅助线

单击构造模式的图标，我们切换到构造模式：在该模式下的划线线条是蓝色的，并将在草图编辑模式之外丢弃。这两条构造线就可以固定圆心。

 以绘制第一条线的相同方式创建对角线（注意：这里的第一条线是指整个绘图过程中的那条100mm的底线，就是选中划线工具，然后鼠标移动到两条洋红色线的端点，点变成黄色时表明重合，则点下鼠标，如此连接另一个端点），并确保所有点都重合。

 10.1.4  设定圆心和两条辅助线之间的约束关系

分别点击圆心点和两条蓝色的辅助线，将3者都选中，然后再点击“点约束至对象”这一约束工具；则圆心会自动约束到两条辅助线的交点上，这样就起到了随着零件尺寸变化，圆心始终位于中间的目的。

 将圆心约束至两条线的交点后。自由度必须是0，也就是完全受到约束。 另外注意：除了圆的半径之外，不再需要创建尺寸约束！！！

 10.1.5 注意切换回正常绘图模式

退出草图模式，看一下效果。再修改一下几何体的尺寸，将会看到，开孔的圆心，始终在上面的矩形正中。

10.1.6  避免绘制辅助线的方法

 通常可以避免创建辅助线。我们可以再次编辑草图，删除辅助线，先点击外部几何图形线（也就是洋红色线）的两个相对顶点，然后再点圆心，然后点击“对称约束“工具来达到目的。如果顺序不同，可能回将圆心移动到零件外，可以自己是一下。

 使用后的样子：

可以看到，对于圆孔中心的位置，我们得到了完全相同的结果。事实上，由于草图工作台(Sketch)中可用的约束工具的效果，有许多可能的方法来达到同一个目的。此示例也表明，选择最简单的方法通常更好，这样可以限制创建的对象数量，以及可能导致的错误。

10.2 第2种方法--基准平面法

这是自 0.17 版以来可能出现的另一种更快的方法：即，使用基准平面及其连接。

10.2.1首先删除凹坑功能以及圆孔的草图。

单击选中顶面，再并单击“创建基准点”这一零件制作工具：在活动主体中创建基准点。接着选择的附着模式必须是“质心”。点击“ok”

 由于面部是矩形的，因此其质心对应于其对角线的中心。    可以验证，并创建一个基准点试试看是否如此。

 10.2.2 继续绘制

再次选取顶面，按住 CTRL 键的同时，选取刚刚在“树形显示表”中创建的点(DatumPoint)，松开 CTRL 并单击“创建基准面”工具。

 这将会使用之前生成的点的原点创建参考平面。单击“ok”。

 10.2.3 按照在平面上画圆的方法进行操作

现在很容易将圆圈居中！也就是：

a.cong “模型树”或 3D 视图中选择新创建的平面(DatumPlane)；b.然后单击“创建草图“工具，将会出现一个以原点（平面的原点）创建的草图；c.只需在此原点上约束一个5 mm 半径的圆，最后后进行验证（草图必须为绿色）。

如前所述，我们可以继续使用“凹坑”或者”孔“ 这两个工具获得通孔，且该孔的圆心将始终居中。

10.2.4 隐藏基准平面

参考第六节，可以调整基准平面的透明度，设置为100，但还是会有矩形框出现

十一、零件库

FreeCAD/FreeCAD-library

这个零件库在github上发布和维护，可以作为插件直接从freecad中进行安装，不过体积超大，需要较好的网络和时间。建议按需拉取。