Przewodnik: Tworzenie gwintów.

From FreeCAD Documentation
Jump to navigation Jump to search
This page is a translated version of the page Thread for Screw Tutorial and the translation is 44% complete.
Outdated translations are marked like this.
Other languages:
Deutsch • ‎English • ‎français • ‎italiano • ‎polski • ‎română • ‎русский

Base ExampleCommandModel.png Ćwiczenie

Temat
Projektowanie wyrobu
Poziom trudności
Zaawansowany
Czas wykonania
60 minut
Autor
DeepSOIC, Murdic, vocx
wersja FreeCAD
0.19
Pliki z przykładami
Aktualizacja - Przewodnik: Tworzenie gwintów.


Wprowadzenie

Ten poradnik jest zbiorem technik modelowania gwintów śrubowych w programie FreeCAD. Został on zaktualizowany dla wersji 0.19, chociaż ogólny proces jest zasadniczo taki sam od v0.14, kiedy to poradnik ten został pierwotnie napisany. Zaktualizowana zawartość skupia się na użyciu Workbench PartDesign.svg Part Design, aby utworzyć gwint, oraz dodano nowe ilustracje dla metod 0 do 3.

W tradycyjnych systemach CAD modelowanie gwintów śrubowych jest odradzane, ponieważ stanowi duże obciążenie dla jądra modelowania, jak również podczas renderowania kształtów. W tradycyjnych systemach gwint nie musi być przedstawiany bezpośrednio w przestrzeni 3D, ponieważ można go wskazać z jego wymaganą charakterystyką na rysunku technicznym, który jest wysyłany do produkcji. Jednakże, wraz z popularyzacją produkcji dodatków (druk 3D), istnieje obecnie realna potrzeba modelowania gwintów przestrzennych, aby wydrukować je dokładnie tak, jak zostały zaprojektowane. I właśnie dlatego powstał ten poradnik.

Wiele z prezentowanych tu technik zostało zebranych z różnych wątków forum:

Zobacz też pomocne filmy:

Należy pamiętać, że kształty gwintów zajmują dużo pamięci, a posiadanie tylko jednego gwintu w dokumencie może znacznie zwiększyć rozmiar pliku, dlatego zaleca się tworzenie gwintów tylko wtedy, gdy jest to absolutnie konieczne.

Metoda 0. Zdobądź jedną z bibliotek do tworzenia części

Korzystanie z modeli, które opracowały inne osoby, jest wygodne i pozwala zaoszczędzić wiele czasu. Zapoznaj się z stroną zawierającą informacje o zewnętrznych Środowiskach pracy.

W szczególności polecane są dwa zasoby, które mogą być zainstalowane z narzędzia Addon Manager:

  • Fasteners Workbech, aby wstawiać śruby parametryczne i podkładki zgodne z normami ISO. Śruby i nakrętki domyślnie nie pokazują gwintu, ale można to kontrolować za pomocą opcji.
  • BOLTSFC, aby umieścić części standardowe z biblioteki BOLTS, które również odpowiadają standardom ISO.

T13 00 Threads fasteners.png

Różne standardowe wkręty ISO osadzone w Środowisku pracy Fasteners. Istnieje możliwość kontroli, czy obiekt przedstawia prawdziwy gwint, czy tylko zwyczajny cylinder.


Metoda 1. Używanie makrodefinicji

  • W przeszłości, do wstawiania części z biblioteki BOLTS używano Makra BOLTS. Teraz jest już ono nieaktualne. Zamiast tego należy użyć Środowiska pracy BOLTSFC.

Znany jest skrypt Screw Maker autorstwa ulrich1a, został użyty do stworzenia pojedynczych śrub, wkrętów i podkładek. Obecnie jest to już przestarzałe rozwiązanie. Stanowisko pracy Fasteners autorstwa shaise, zawiera kompletne makro do tworzenia śrub, wraz z paskiem narzędzi do wyboru odpowiedniego elementu.

Metoda 2. Imitacja przez ułożenie stosu krążków.

w wielu przypadkach nie potrzebujemy rzeczywistych gwintów, potrzebujemy tylko wizualnej wskazówki, że gwinty tam będą.

Fałszywy gwint możemy utworzyć za pomocą ścieżki bez spirali, np. obracając profil piły lub układając w stosy tarcze o stożkowych krawędziach. Tego rodzaju sztuczny gwint jest trudny do rozpoznania obok prawdziwie ślimakowego poprzez zwykłą obserwację. Ta metoda jest dobra do wizualizacji obiektu przypominającego gwint, ale nie jest przydatna, jeśli musimy wydrukować rzeczywisty gwint techniką 3D.

T13 01 Threads comparison fake real.png

Po lewej: prosta śruba ze sztucznym, nie spiralnym gwintem. Z prawej: zwykła śruba z prawdziwym gwintem spiralnym. Gdy druk 3D nie jest potrzebny, do wizualizacji często wystarcza symulowany gwint.


Obrotowy profil piły zębatej

  1. Click on PartDesign Body.svg PartDesign Body.
  2. Click on PartDesign NewSketch.svg PartDesign New sketch. Select XZ_Plane.
  3. Draw a closed sketch with the required inner diameter 10 mm, outer diameter around 12.6 mm, pitch 3 mm, number of teeth 8, and total height 30 mm.
  4. Select the sketch, then click on PartDesign Revolution.svg PartDesign Revolution. Select Vertical sketch axis, and press OK.

T13 02 Threads Sawtooth sketch profile.png

Profile used to create the revolution that will simulate a thread.


T13 03 Threads Sawtooth revolution 1.png T13 04 Threads Sawtooth revolution 2.png

Sectional view of the resulting non-helical thread produced by revolving the sawtooth profile around the vertical axis.


Stacking discs

  1. Repeat the first two steps from the previous section.
  2. Draw a closed sketch with the required inner diameter 10 mm, outer diameter around 12.6 mm, and pitch 3 mm, but draw only a single tooth of the sawtooth.
  3. Select the sketch, then click on PartDesign Revolution.svg PartDesign Revolution. Select Vertical sketch axis, and press OK.
  4. Select the Revolution, then click on PartDesign LinearPattern.svg PartDesign Linear pattern. Select 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.
  5. 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 AdditiveCylinder.svg 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.

T13 05 Threads Stacked discs sketch.png

Profile used to create a revolved disc that will be used to simulate a thread.


T13 06 Threads Stacked discs 1.png T13 07 Threads Stacked discs 2.png

Left: single disc created by revolution. Right: multiple discs placed in a linear pattern in the Z direction simulating a helical thread.


Metoda 3. Modyfikacja (owinięciem) profilu pionowego.

Zamysł

Koncepcja jest dość prosta: narysuj profil gwintu, a następnie rozciągnij go funkcja sweep wzdłuż ścieżki helix. W trakcie wykonania operacji należy zaznaczyć pola Solid i Frenet. Solid jest kluczem do wykonywania na nim operacji union lub cut. Frenet zabezpieczy profil przed skręcaniem (więcej informacji na ten temat można znaleźć w dokumentacji Part Sweep).

PartDesign

A true thread consists of a closed profile sweeping a solid along a helical path.

  1. In the Workbench Part.svg Part Workbench, click on Part Primitives.svg Part Primitives to create a Part Helix.svg Part Helix. Give it the appropriate values for Pitch 3 mm, Height 23 mm, and Radius 10 mm.
  2. Move to the Workbench PartDesign.svg PartDesign Workbench, and click on PartDesign Body.svg PartDesign Body.
  3. Click on PartDesign NewSketch.svg PartDesign New sketch. Select XZ_Plane.
  4. 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 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.
  5. Select the sketch, then click on PartDesign AdditivePipe.svg 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.
  6. When the dialog asks for a reference, choose Create cross-reference.
  7. The helical coil is created, but there is no central body or shaft.
  8. Click on PartDesign AdditiveCylinder.svg PartDesign Additive cylinder with the appropriate Radius 10 mm and Height 29.9 mm to touch the rest of the helical thread and automatically fuse to it.
  9. 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.

T13 08 Threads Helical thread profile.png T13 09 Threads Helical thread path.png

Left: profile for a helical thread. Right: helical path that will be used to create a sweep.


T13 10 Threads Helical thread coil.png T13 11 Threads Helical thread coil sliced.png

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.


T13 12 Threads Helical thread cylinder.png T13 13 Threads Helical thread finished.png

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.

  1. In the Workbench Part.svg Part Workbench, click on Part Primitives.svg Part Primitives to create a Part Helix.svg Part Helix. Give it the appropriate values for Pitch 3 mm, Height 23 mm, and Radius 10 mm.
  2. In this case, you don't need a PartDesign Body.svg PartDesign Body. Switch to the Workbench Sketcher.svg Sketcher Workbench, then click Sketcher NewSketch.svg Sketcher New sketch, and choose the global XZ plane.
  3. Then return to the Workbench Part.svg Part Workbench, and use Part Sweep.svg Part sweep.
  4. Select the appropriate sketch from Available profile and click the arrow to pass it to Selected profiles.
  5. Click Sweep path, and choose all edges of the existing helix in the 3D view. Click Done.
  6. Make sure to tick CheckBoxTrue.svg Create solid and CheckBoxTrue.svg 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.
  7. Click OK to exit the dialog and create the coil.

W ten sposób otrzymujemy model zwojów gwintu, bez pręta lub otworu. Aby wykonać gwint na pręcie lub otworze, należy funkcją union lub cut połączyć te zwoje z kształtem walca. Wymagane będą dodatkowe operacje logiczne, aby ukształtować surowe, ostre krawędzie uzwojenia.

T13 14 Threads components.png

Tworzenie zwoju gwintu przez zamiatanie profilu pionowego.
1 - profil ( sketch).
2 - ścieżka zamiatania (Part Helix).
3 - wynik zamiatania (Part Sweep)

Sztuczki wzmagające sukces ----
  • 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. This holds for the profile moving along the helix, as well as intersections in the center of the helix. Attempts to do boolean operations with it (fuse or cut) are very likely to fail. Check the quality of the coil with Part CheckGeometry.svg Part CheckGeometry; if self-intersections are reported, you must increase the pitch of the helix.

T13 15 Threads self intersection.png T13 16 Threads no self intersections OK.png

Reguła 1. Wyciągnięty profil nie może zawierać krawędzi, które się przecinają lub stykają. Powstanie wtedy nieprawidłowy kształt gwintu. Istnieje wysokie prawdopodobieństwo, że próby zespojenia lub wycięcia takim kształtem gwintu, nie powiodą się. Niemniej jednak, postępowanie to może okazać się właściwe w przypadku technik drukowania 3D i wizualizacji. W ten sposób można ukryć nieużywaną część uzwojenia w walcu (nakładające się), pomijając operacje łączenia powstałych brył.

  • 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.svg 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.

T13 17 Threads tangent faces.png T13 18 Threads no tangent faces OK.png

Reguła 2. Pamiętaj, że spirala w FreeCAD jest nieprecyzyjna. W konsekwencji, walec dokładnie dopasowany do kształtu gwintu, prawdopodobnie nie zetknie się z nim. Ogólnie rzecz biorąc, należy unikać geometrii pokrywającej się z elementami tworzonymi mechanizmem wyciągnięcia, takimi jak powierzchnie styczne, krawędzie styczne do powierzchni, z którymi nie są one połączone, obrzeża równoległe i styczne itp.

  • Rule 3. The inner cylinder has a seamline. You should avoid placing the start of the helix along that seam. Either turn the helix or the cylinder by some degrees.


Wskazówka nr 1. Promień spirali nie ma znaczenia (chyba że spirala jest stożkowa). Liczy się tylko gęstość zwojów (pitch) i wysokość spirali. Oznacza to, że możesz użyć zwykłej spirali do wygenerowania określonej liczby zwojów gwintu o jednakowym skoku.

Wskazówka 2. Zadbaj o to, aby model gwintu był krótki (mała liczba obrotów). Długie gwinty mają tendencję do generowania nieudanych operacji logicznych. Rozważ możliwość układanie długich gwintów z krótkich elementów za pomocą funkcji Draft Array, w przypadku gdy długi gwint okaże się problematyczny.

  • 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.
Zalety i wady

+ bardzo przyjazny sposób definiowania profilu gwintu,

+ koncepcja budowy modelu łatwa do zrozumienia,

- z powodu zawodności samoczynnie przecinających się kształtów wyciągnięć, prawie niemożliwe jest wygenerowanie gwintu bez szczelin (to znaczy bez powierzchni płaskich na zewnętrznej lub wewnętrznej powierzchni gwintu),

Metoda 4. Wyciągnięcie profilu poziomego

Zamysł

General

Koncepcja polega na wyciągnięciu poziomego przekroju gwintu wzdłuż spirali. Głównym problemem jest tutaj ustalenie, jakiego profilu użyć, aby uzyskać określony gwint.

Thread-by-horz-profile.png

Jeśli użyjemy okręgu jako profilu poziomego, profil gwintu będzie sinusoidalny (środek okręgu musi być umieszczony poza punktem początku, przesunięcie to określa głębokość gwintu).

Aby otrzymać standardowy profil zęba piły, para lustrzanych odbić spirali łukowych musi zostać połączona w jedną ścieżką. W rezultacie tej operacji otrzymamy kształt serca, który staje się ledwie odróżnialny od okręgu, w przypadku gdy głębokość gwintu jest niewielka w zestawieniu z jego średnicą (to dlatego taki "gruby" gwint pokazano na powyższym rysunku).

Generowanie kształtu

Nie jest łatwo określić, jak przygotować profil poziomy, aby uzyskać określony kształt pionowy. W sytuacjach nieskomplikowanych, dotyczących kształtu trójkątnego lub trapezowego, profil może być wykonany ręcznie. Alternatywnie można go skonstruować, tworząc krótki gwint metodą 3 i pobierając jego kawałek poprzez wykonanie funkcji common pomiędzy płaszczyzną poziomą a gwintem.

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 3, and getting a slice of it by doing a Part Common between a horizontal plane face and the thread.

Kształt dla gwintu trójkątnego
  1. stwórz spiralę łukową (archimedian) w płaszczyźnie XY,
    1. ustaw liczbę zwojów na 0.5,
    2. wartość promienia zdefiniuje wewnętrzny promień gwintu (promień zewnętrzny będzie powiększony o głębokość nacięcia),
    3. oraz wysokość, by podwoić głębokość nacięcia gwintu.
  2. Part Mirror spirala na przeciw płaszczyzny XY.
  3. Part Union spirala i jej odbicie lustrzane w celu uzyskania zamkniętego odcinka w kształcie serca.

Zrobione!

  1. First create an Archimedian spiral in the XY plane.
    1. Set the number of turns to 0.5.
    2. Set the radius to the inner radius of the thread, the outer radius will be this plus the depth of the cut.
    3. Set the growth to double the depth of cut of the thread.
  2. Part Mirror the spiral against the XY plane
  3. Part Union the spiral and the mirror to obtain a closed wire, shaped like a heart.
Kształt dla dowolnego przekroju

Thread-by-horz-profile-profileMake.png

Thread-by-horz-profile-profileMake.png

  1. stwórz (pionowy) zarys cięcia; upewnij się, że wysokość szkicu odpowiada skokowi potrzebnego gwintu,
  2. stwórz spiralę1 o wysokości równej skokowi gwintu, oraz o promieniu spirali równym 0,42 średnicy nominalnej gwintu,
  3. wyciągnij profil cięcia wzdłuż spirali1; zaznacz opcje Solid i Frenet,
  4. wykreśl okrąg o wymiarze promienia równym wymiarowi nominalnego promienia gwintu w płaszczyźnie X-Y,
  5. przekształć okrąg w płaszczyznę (środowisko pracy Part: Zaawansowane narzędzie do tworzenia kształtów, lub Draft Upgrade następnie MakeFace = true),
  6. wytnij ścianę przy pomocy profilu wyciągnięcia,
  7. wykonaj kopię z wyciętego kawałka (Draft Workbench),
  8. zmniejsz wycięty kawałek, by uzyskać odcinek (Draft Workbench); ten odcinek jest profilem poziomym wymaganym przez tą metodę,
  9. wykonaj spiralę o wymiarze promienia równym wymiarowi nominalnemu promienia gwintu i skoku gwintu, oraz potrzebnej wysokości gwintu.
  10. Wyciągnij odcinek wzdłuż spirali; zaznacz opcje Solid i Frenet,

To wszystko.

Przewodnik krok po kroku od forum, post Ulrich1a (Tworzenie gwintu: Nieoczekiwane wyniki), nieznacznie zmodyfikowane.

Drogę postępowania zaprezentował Gaurav Prabhudesai w przygotowanym przez siebie filmie instruktażowym ("FreeCAD: Jak tworzyć gwinty").

Zalety i wady

  • Edit OK.svg gotowy do użycia kształt bryły z gwintem na rdzeniu jest tworzony bezpośrednio przez wyciągnięcie.
  • Edit OK.svg wymagana jest mniejsza liczba operacji logicznych lub nawet ich brak, więc prędkość generowania jest bardzo wysoka w porównaniu z metodą 3.
  • Edit OK.svg końce gwintów są ładnie przycięte natychmiastowo.
  • Edit OK.svg długie gwinty nie stanowią problemu, chyba że konieczne jest przeprowadzenie operacji logicznych. W przeciwnym razie nie będzie ona dużo lepsza niż Metoda 3.
  • Edit OK.svg gwinty bez przerwy nie stanowią problemu.
  • Edit Cancel.svg zdefiniowanie kształtu gwintu jest skomplikowane.
  • Edit Cancel.svg Użycie standardowej siatki z tak stworzonym gwintem generuje brzydkie oczka, co może prowadzić do problemów. Inne siatki są lepsze, na przykład Mefisto wydaje się dawać najlepsze rezultaty.
  • Edit Cancel.svg duża ilość pamięci według Techniki modelowania gwintu.

Metoda 5. Wyciąganie pomiędzy wytłaczanymi ścianami ślimakowymi

Informacje ogólne

Spiralne wypusty będą wyciskać współosiowe powierzchnie, które mogą być poddane wyciąganiu, podczas gdy spirala parametryczna FreeCAD nie będzie miała takiej możliwości. Do zdefiniowania gwintu potrzebne są dwa spiralne wypusty (helical splines). Te dwa wypusty mogą być skalowane z biblioteki, a następnie odpowiednio rozmieszczone i wytłoczone, w celu uzyskania właściwego kształtu bryły.

Parametryczne spirale FreeCAD tak naprawdę nie są spiralne, ale spiralne b-splines nie są trudne do rozmieszczenia. Jedną z dostępnych metod jest układanie dwunastokątów o promieniu 5 mm w odstępach Z 1/12 mm (0.08333 mm) i ścieżkami Spline od wierzchołka do wierzchołka w porządku rosnącym i obrotowym, oraz aby rozważyć zrobienie tego raz, z powiedzmy, 10 obrotami, tak aby Spline mógł być ponownie użyty jako plik biblioteczny do importu i ponownego użycia. Dla ułatwienia skalowania wygodnie jest używać średnicy 10 mm i rastra 1 mm. Jeśli robisz to ręcznie, narysowanie Dwire, a następnie przekształcenie go w b-spline jest łatwiejsze niż narysowanie Spline. Odcinki Dwire nie mają obliczonej krzywizny podczas rysowania, więc podążają za kursorem i zatrzaskują się bardziej posłusznie.

Po przeskalowaniu Spline do odpowiedniej wielkości i umieszczeniu ich w taki sposób, że wyciągnięcie będzie miało odpowiedni kąt zawarty pomiędzy boczkami gwintu, są one wytłaczane wzdłuż ich osi, długość skoku jest odpowiednia dla Spline wewnętrznego, skok zewnętrzny/8.

Splineextrudeloft.png

ISO i inne gwinty zostały uelastycznione, czyli płaskie, wewnętrzne i zewnętrzne krawędzie, zamiast ostrrych, co odpowiada użytkownikom FreeCAD w tej metodzie, ponieważ możemy wyciągnąć do spiralnej powierzchni czołowej przy nominalnym rozmiarze połączenia, podczas gdy powierzchnia wewnętrzna nie może być wyciągnięta do zewnętrznej krawędzi Spline, ponieważ powierzchnia czołowa jest profilem zamkniętym, Spline jest otwarty.

761PX

Ta metoda produkuje wysoce stabilne bryły, które prawidłowo działają z funkcjami logicznymi. Chociaż nie wytwarza ona "parametrycznych" gwintów śrubowych w standardowych rozmiarach w sensie prostego dostępu do kształtu poprzez rozmiar łącznika, jest to łatwy sposób na stworzenie wiarygodnej biblioteki do ponownego użycia. Modele o specjalnych kształtach, takich jak ACME czy śruby z serii Archimedian, są również nieskomplikowane do modelowania jako rozwiązania jednorazowe.