Argomento |
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Modellazione |
Livello di difficoltà |
Avanzato |
Tempo di esecuzione |
Autori |
DeepSOIC, Murdic |
Versione di FreeCAD |
0.14 o superiore (secondo il metodo) |
Files di esempio |
Vedere anche |
Nessuno |
Questo tutorial è un insieme di tecniche per modellare le filettature in FreeCAD.
This tutorial is a collection of techniques to model screw threads in FreeCAD. It was updated for v0.19, although the overall process has been essentially the same since v0.14, when the tutorial was originally written. The updated content focuses on the PartDesign Workbench to create the thread, but does not use the
PartDesign AdditiveHelix tool as this was introduced later.
La modellazione delle filettature è sconsigliata, perché carica notevolmente il kernel di modellazione, e anche il rendering. Le forme filettate occupano molta memoria e anche una sola filettatura in un progetto FreeCAD può facilmente far balzare le dimensioni del file nella gamma dei megabyte. Tuttavia, ci sono alcune situazioni, in cui è indispensabile modellare la filettatura con tutti i suoi dettagli, e questo è il motivo per cui viene prodotto questo tutorial.
Many of the techniques presented here have been collected from different forum threads:
See also helpful videos:
Remember that thread shapes take a lot of memory, and having just one thread in a document can increase the file size significantly, so the user is advised to create threads only when absolutely necessary.
Utilizzare i modelli prodotti da altri utenti è semplice e fa risparmiare tempo. Consultare la Macro BOLTS, che è un'interfaccia per l'inserimento di parti standard dalla libreria BOLTS.
Using utilities and parts that other people have created is easy and saves time. See the external workbenches page for information on external tools.
In particular, three resources are recommended that can be installed from the Addon Manager:
Various standard screws inserted with the Fasteners Workbench. An option controls whether an object shows the real thread or just a plain cylinder.
C'è la famosa macro Screw Maker, creata da ulrich1a, e un intero Fasteners Workbench creato da shaise (link to GitHub). Queste macro hanno la possibilità di generare un filetto. Esse creano dei profili di filettatura standard (triangolare-ish).
Questo è un ottimo modo per visualizzare le filettature, pur mantenendo semplice la geometria.
In many cases we don't need real threads, we just need a visual indication that the threads will be there.
L'idea è quella di creare una filettatura non elicoidale (cioè che sia solo la rivoluzione di un profilo a dente di sega, o una pila di dischi con i bordi rastremati). Solo a vista, è difficile distinguere tale falsa filettatura da quella reale elicoidale. Questo può funzionare anche per FEM. Purtroppo, se si desidera stamparla in 3D, questo metodo non funziona.
Left: simple bolt with a fake, non-helical thread. Right: simple bolt with a real helical thread. When 3D printing is not needed, a simulated thread is often sufficient for visualization.
XZ_Plane
.10 mm
, outer diameter around 12.6 mm
, pitch 3 mm
, number of teeth 8
, and total height 30 mm
.Vertical sketch axis
, and press OK.Profile used to create the revolution that will simulate a thread.
Sectional view of the resulting non-helical thread produced by revolving the sawtooth profile around the vertical axis.
10 mm
, outer diameter around 12.6 mm
, and pitch 3 mm
, but draw only a single tooth of the sawtooth.Vertical sketch axis
, and press OK.Revolution
, then click on Vertical sketch axis
. For a fake thread with a pitch of 3 mm
, set the Length to 3
, and Occurrences to 2
, then press OK. This will create two discs, one on top of the other.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.
L'idea è piuttosto semplice: disegnare il profilo del filetto, e quindi eseguirne lo sweep lungo una elica. Quando si esegue lo sweep, accertarsi di spuntare le caselle di controllo Solido e Frenet. Solido è la chiave per poter eseguire delle operazioni di unione o di taglio su di esso. Frenet evita la torsione del profilo (ulteriori informazioni sono disponibili nella documentazione di Sweep).
A true thread consists of a closed profile sweeping a solid along a helical path.
3 mm
, Height 23 mm
, and Radius 10 mm
.XZ_Plane
.2.9 mm
, which is slightly smaller than the 3.0 mm
pitch used for the helix path. The profile must not create any self intersections when moved along the helix, neither between the turns nor in the middle, thus the sketch as shown for stacking disks cannot be used.Frenet
so that the profile sweeps the path without twisting; then press OK.Create cross-reference
.10 mm
and Height 29.9 mm
to touch the rest of the helical thread and automatically fuse to it.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.
This process can also be done with the tools of the Part Workbench.
3 mm
, Height 23 mm
, and Radius 10 mm
.Questo genera la spira del filetto, senza il supporto o il foro. Per effettuare una filettatura su un supporto o in un foro, si deve unire o tagliare questa spira con un cilindro. Ulteriori operazioni booleane sono necessarie per smussare le brutte estremità della spira che termina bruscamente .
Regola 1. Lo sweep non deve auto-intersecarsi o toccarsi. Uno sweep auto-intersecante è un solido non valido. Molto probabilmente i tentativi di fonderlo o di tagliarlo sono destinati a fallire. Tuttavia, lasciando il filetto ed il cilindro non fusi, ma intersecati, questo può essere utile per la stampa 3d e la visualizzazione.
Regola 2. Ricordare che in FreeCAD un'elica è una cosa imprecisa. Di conseguenza, è molto probabile che la fusione del cilindro che deve accoppiarsi con la filettatura non vada a buon fine. In generale, evitare di far coincidere delle geometrie con gli elementi dello sweep, come facce tangenti, bordi tangenti alle facce a cui non sono connessi, bordi coincidenti e tangenti, etc.
Suggerimento 1. Il raggio dell'elica non è importante (a meno che l'elica sia conica). Tutto ciò che conta è il passo e l'altezza della traiettoria elicoidale. Questo significa che è possibile utilizzare un elica generica per generare numerosi filetti con lo stesso passo.
Suggerimento 2. Mantenere il filetto corto (pochi giri). I filetti lunghi tendono a fallire nelle operazioni booleane. Se un filetto lungo si rivela problematico, considerare l'impilamento di filetti corti usando Draft Array.
+ Modo molto naturale di definire il profilo di una filettatura
+ facile da capire
- per l'invalidità degli sweep auto-intersecanti, è quasi impossibile generare un filetto senza lacune (cioè, senza facce cilindriche sui lati esterni o interni del filetto)
L'idea è quella di creare lo sweep di una sezione orizzontale del filetto lungo l'elica. Il problema principale è capire quale profilo si deve usare per ottenere un determinato filetto.
Se si usa un cerchio come profilo orizzontale (il cerchio deve essere posizionato scostato dall'origine, e questa distanza definisce la profondità del filetto), il profilo del filetto risulta sinusoidale.
Per ottenere un profilo standard a dente di sega, si devono fondere in un wire una coppia di spirali di Archimede riflesse. La figura risultante è una forma di cuore, che diventa a malapena distinguibile da un cerchio quando la profondità del filetto è piccola rispetto al suo diametro (è per questo motivo che nell'immagine sopra viene mostrato con una linea "spessa").
Non è facile capire qual è il profilo orizzontale necessario per ottenere un determinato profilo verticale. Per i casi semplici, come quello triangolare o trapezoidale, può essere costruito manualmente. In alternativa, può essere costruito creando un filetto corto con il metodo 3, e poi ricavando una sua sezione con una operazione Parte comune tra una faccia piana orizzontale e il filetto.
Figuring out the horizontal profile to obtain a certain vertical profile is not easy. For simple cases like triangular or trapezoidal it can be constructed manually. Alternatively, it can be constructed by creating a short thread with method 4, and getting a slice of it by doing a Part Common between a horizontal plane face and the thread.
Fatto.
Credito: guida passo-passo dal forum post by Ulrich1a, leggermente modificata.
I passaggi sono anche mostrati in azione in questo video di Gaurav Prabhudesai: http://www.youtube.com/watch?v=fxKxSOGbDYs
+ Lo sweep crea la filettatura pronta per l'uso direttamente su una forma solida.
- È complicato definire il profilo del filetto.
Le Spline elicoidali estrudono delle facce coassiali che possono essere usate per un loft, mentre l'elica parametrica di FreeCAD no. Per definire una filettatura servono due spline elicoidali. Esse possono essere prelevate da una libreria di spline, poi posizionate ed estruse in modo appropriato per ottenere la giusta forma.
Le eliche parametriche di FreeCAD non sono veramente elicoidali, ma non è difficile tracciare delle b-spline elicoidali. Un metodo manuale consiste nel creare delle matrici dodecagonali (poligono di 12 lati) con 5mm di raggio, o 10mm di diametro, a intervalli z di 1/12mm (0.08333.mm) e tracciare una spline da vertice a vertice in ordine ascendente e rotazionale. Considerare di costruirle, ad esempio, per 10 giri, e poi archiviarle come file di una libreria in modo da poterle importare e riutilizzare. Per comodità di ridimensionamento, conviene usare un diametro di 10mm e un passo di 1mm. Fatto manualmente, è più facile disegnare una Dwire e poi convertirla in un b-spline che disegnare direttamente una spline. Nelle linee Dwire non viene calcolata la curvatura mentre vengono disegnate, quindi seguono meglio il cursore e obbediscono di più all'aggancio.
Once the splines are scaled to the right size and located so that the loft will have the right included angle between the thread flanks, they're extruded along their axis, a pitch length's worth for the inner spline, the outer pitch/8.
ISO e altri thread hanno alleviato, cioè bordi piatti, interni ed esterni piuttosto che affilati, il che si adatta agli utenti di FreeCAD con questo metodo, perché possiamo loft alla faccia elicoidale alla dimensione nominale del fissaggio, mentre una faccia interna non può essere loftata una spline del bordo esterno perché una faccia è un profilo chiuso, una spline è aperta. Lo standard ISO afferma che le dimensioni nominali dei filetti esterni hanno un passo della larghezza della faccia/8. L'immagine mostra come è organizzata la geometria e le facce elicoidali che ne risultano. Quindi, ai fili viene aggiunto un loft tra le facce e quindi un cilindro che dà la faccia elicoidale interna, che ISO mette a passo/4 di larghezza.
Questo metodo produce solidi affidabili che booleano correttamente. Sebbene non produca filettature "parametriche" in dimensioni standard nel senso di avere un accesso semplice alla forma in base alle dimensioni del dispositivo di fissaggio, è un modo semplice di produrre una libreria accurata per il riutilizzo e modelli di forme specializzate come ACME o viti Archimedian , sono anche semplici come one-offs.