3D设计软件FreeCAD入门2 凸台和凹坑功能

凸台（Pad）和凹坑（Pocket）功能是3D设计软件里最常用的两个功能，凸台用于将一个二维形状拉伸成三维物体，凹坑功能用于在三维实体中挖空。

各大3D设计软件都有类似的功能，名称可能不同，例如 DesignSpark Mechanical 中把凸台功能叫做拉动。

今天我们就来学习这两个功能。

在开始设计之前，有一点值得一提的是鼠标的问题，FreeCAD 中当导航模式为 CAD 是拖动或平移的操作方式为按下鼠标滚轮，所以你的鼠标要支持鼠标滚轮按下才行，要知道，有的鼠标滚轮是只能滚不能按下的。

另一点值得一提的是，FreeCAD 是一款跨平台的软件，支持 Windows、Mac、Linux三大主流操作系统。一般来说，Mac 键盘上与 Windows 键盘上 Ctrl 功能对应的键是 CMD 键。

还有一点，作者使用的 FreeCAD 软件版本是 0.19.3。

菜单-》编辑-》首选项可以打开软件设置界面。我的软件设置如下：

设置启动后加载 Part Design，进行 3D 模型设计时需要选择此工作台：

1-设置启动后自动加载Part Design 工作台

三维视图中显示坐标轴：

2-设置三维视图中显示坐标轴

设计过程

新建

开始设计点击菜单-》文件-》新建：

3-新建文

注意，新建文件后要确保当前的工作台（Workbench）为 Part Design。FreeCAD 支持建筑设计、机械设计等，3D模型设计需要选择 Part Design 工作台。

创建实体（Body）

点击 组合浏览器 中 任务 选项卡中的 创建实体：

4-创建实体

啥是实体？实体用于包含我们设计的各个部分，一个实体就是一个完整的三维物体，所有组件都是结合到一起的，不可拆分。例如，一辆玩具小火车可能由一个车体、几个轮子等多个实体组成。在一个设计中可以创建多个实体。

创建实体后，任务选项卡内容变为如下：

5-创建实体后的任务选项卡

创建草图

点击 组合浏览器面板 任务选项卡中的 创建草图，创建一个草图：

6-创建实体后的任务选项卡

创建草图后，系统让你选择要进行工作或设计的平面：

7-选择工作平面

8-选择工作平面

如果你的工作区显示的不像上面那样而是成了类似下面的二维平面，那是因为你视图模式设置成了顶视图或其他视图：

9-顶视图中看不到其他的平面

点一下工具栏中的 设置为等轴侧视图 恢复默认视图：

10-默认视图按钮

根据你要设计的模型，选择一个合适的平面。这里我们选择 XY 平面。选中 XY_Plane, 然后点击 OK 按钮，选择后界面如下：

11-红点表示原点

红色圆点表示原点。

二维设计

通过使用矩形工具在草图中绘制一个矩形：

12-草图中绘制一个矩形

绘制完成后，在空白区域点击鼠标右键结束绘制。

点击刚才绘制的矩形的任意一个顶点，来回拖动鼠标，发现它的大小是可以动的：

13-不完美的设计

这是因为我们的绘制没有实现完全约束，不完全约束的设计是不完美的。

此时，如果我们点击任务选项卡中的Close按钮关闭草图设计。

三维设计

进到 任务 选项卡中，点击 凸台工具将二维图形拉伸成三维实体：

14-使用凸台工具将二维U型拉伸成三维物体

此时的模型是这样的：

15-我们设计了一块砖头

如果我们在模型选项卡中双击 Sketch 重新打开草图，此时，我们可以更改草图设计。我们在之前绘制的矩形中再绘制一个矩形，然后点击Close按钮关闭草图。

16-矩形套矩形

注意，此时我的任务 选项卡中的自动删除冗余和自动更新 选项是勾选上的，这样关闭草图后会自动更新我们的三维模型。

关闭后，我们看到刚才的砖头中间出现了一个洞：

17-挖一个洞

模型 选项卡中通过双击草图（sketch）重新打开草图，如果我们在草图的旁边再画一个矩形，但是不和现有草图相交：

18-创建一个分立的矩形

此时，如果我们关闭草图，就会发现系统提示如下错误：

19-谁让你这么干的？

意思是说 Pad 不允许多个实体。换句话说，对于当前的实体（Body）模型来说，所有组件必须是连接到一起的，不允许分立组件出现。你如果想创一个独立的组件，必须在当前设计中再添加一个实体才行。一个实体上的组件都是紧密结合到一起的。

我们可以在草图中通过重合（Coincidence）约束选取两个不连接矩形中的两个顶点，然后将他们固定到一起：

20-重合约束将两个不相连的矩形粘连到一起

我们切换到 模型 选项卡，选中某一个设计元素，然后按键盘上的 空格 按键可以切换显示和隐藏该元素。比如我们选中原点，按下空格可以切换坐标平面显示：

21-切换显示坐标平面

此时，如果想在我们的模型上挖个洞，我们可以使用 凹坑（Pocket）工具。

在 模型 选项卡中选中 Pad , 然后选择要进行挖孔操作的平面：

22-选择一个平面进行挖孔

选中要进行操作的平面后，点击工具栏中的 创建一个草绘 按钮创建一个新的草绘，进行挖孔：

创建新的草绘后，系统自动切换到 任务 选显卡：

24-新建草图后系统自动切换到任务选项卡

我们在草图中绘制一个圆形，然后关闭草图：

25-草图中绘制一个圆

关闭草图后，我们打开 任务 工具栏，应用 凹坑 （Pocket）功能进行挖孔：

26-使用凹坑功能进行挖孔

如果我们想要把挖孔圆的圆心放到之前实体的一个顶点上，我们可以 重合 约束在草图中将两个点约束到一起：

27-无法选中位于不同草图中的两个点

操作失败了，我们发现我们无法选中位于不同的草图中的两个点。

FreeCAD 有一个功能叫 创建一个与外部几何体关联的边（Create an edge linked to an external geometry(X)） 功能可以实现跨草图选点：

28-外部几何体关联功能

我们点击该按钮，然后就可以在草图设计中跨草图选点了：

29-跨草图选点

选完点后别忘了点击一下右键释放选点工具。

现在我们可以愉快的使用 重合（Coincidence） 约束将不同草图中的两个点约束到一起了：

30-将不同草图中的两个点约束到一起

点击 Close 按钮关闭草图后，模型变为如下图所示：

31-最终模型

总结

通过今天的学习，我们学习了以下知识点：

• 同一个实体中不允许分立元素出现

• 如何通过空格键切换显示和隐藏设计元素

• 如何通过创建一个与外部几何体关联的边来实现跨草图选点

• 复习了凸台功能

• 学习了凹坑功能