FreeCAD 1.0 基础技术应用
作者: Jimmy Wong
前言
在数字经济蓬勃发展的当下，工业设计领域正经历着前所未有的变革。随着产品迭代周期不断缩短，企业与个人对高效、灵活的三维建模工具需求愈发迫切。FreeCAD 作为一款开源的专业 3D CAD 软件，凭借其强大的功能和广泛的适用性，成为工业设计师、工程师及爱好者的理想选择。无论是机械零件设计、建筑模型搭建，还是产品原型开发，FreeCAD 均能满足多样化的创作需求。
近年来，3D 打印技术的迅猛发展，进一步推动了工业设计与制造的深度融合。掌握一款专业的工业建模工具，不仅是职业发展的必备技能，更是参与创新实践的重要基础。FreeCAD 以其免费开源的特性，打破了商业软件的使用壁垒，让个人用户也能轻松实现从创意构思到模型落地的全流程设计。值得一提的是，FreeCAD 与商业软件 Shapr 在功能与交互逻辑上存在诸多相似之处，通过学习本教程，读者不仅能够快速掌握 FreeCAD 的核心操作，更能为未来学习同类商业软件奠定坚实基础。
本教程以 FreeCAD 1.0 版本为基础，系统梳理了软件入门阶段的核心功能与操作方法。从界面认知到基础建模，从参数化设计到工程图生成，每一个章节都经过精心编排，通过详实的案例演示与操作解析，帮助读者快速建立完整的知识体系。无论是渴望踏入工业设计领域的初学者，还是寻求高效工具的职场人士，本书都将成为您探索三维设计世界的得力助手。期待读者通过本教程的学习，充分发挥 FreeCAD 的潜力，在工业设计的舞台上创造出更多精彩作品。
第一章
第一节 界面及偏好设定
1.1 界面说明
1.1.1 工作模式
1.2 偏好设定
FreeCAD 可以通过 Files(Window) 或是 FressCad(Mac) 图1.1 打开 Preferences(偏好设置) 图1.2 去设定操作模式，主题，语言，等等。
{左击} - [偏好设置]
{左击} - [通用]
以上为偏好设置列表，在这里，我们统一将 FreeCAD的操作模式设置为Blender的操作模式，你可以通过操作Blender的交互逻辑来操作FreeCAD，
{左击} - [导航栏] - “导航栏”/ 三维导航 -> 选择 Blender 这里就是 Blender 的操作模式
以下是FreeCAD在Blender模式下的的交互逻辑
Shitf + 鼠标中键 平移画布
长按鼠标中键 + 移动鼠标 旋转物体
第三节 数据集管理
3.1 数据集创建
通过创建数据集，可以定义物体的每个细节上的尺寸，后期可以通过修改这些数据进行数据调整，是十分必要的。从而减少了去找数据的过程，有时候一时兴起的数据设置也会导致变动过大，或是忘记了数据的值，
因此，我们在刚开始时，先把需要的数据都定义好，
- 第一，有利于数据的修改，
- 第二，也可以不断的去定义新的数据内容，
- 第三，有数据依据，
3.1.1 创建数据群组
点击 创建变量集 在 例表 就会生成一个 varset
我们在弹出的窗口中，输入变量的名称，以及输入属于哪个组的，方便我们后续对数据进行分类
在这里我们建了一个名为Size的组，主要用来存放盒子的对应尺寸数据
3.2.1 添加属性
我们将鼠标移动至对应的群组下，
{右击} - 选择/添加属性
在弹出的窗口中，群组 代表你这个属性录入的归属位置，类型 指这个属性的类型，类型；
[名称] - 键入/Y
选择添加内容的数据类型，输入规划于哪个集合里，输入属性名称，点击OK
即可以添加到Size组中了
3.2.2 修改属性
点击即可修改数据内容，通过右上角的函数，可以以公式，函数的形式去修改
3.2.3 删除属性
右击即可以删除,选择移除即可删除对应的属性
3.2.4 数据集的切换
点击视图为 VarSet/变量集 的数据视力，点击数据，才可以切换到我们定义变量的数据内容，在这里可以个性变量的值，实现数据的修改
3.2.5 总结 创建完整的变量集
我们已经通过对他添加属性，修改，删除，后完成了一个完整的变量集的创建
至此，我们就完成了一个数据变量的创建，后续可以通过对这些变量进行绑定后修改对应的变量值，所绑定的对象也会跟着这个变量一起改变内容的。因此你也可以根据自已的需要，添加，修改，删除对庆的属性，也可以创建一个新的数据组，以此来满足自己工业设计的需求。
第四节 创建实体
在FreeCAD中，我们能过点击 
创建实体 图标来创建一个实体空对象，这个实体空对象包括 原点，x,y,z轴，的轴线，相当于世界坐标，而面也分为xy,xz,yz三个面。
这便是构成3D模型的基础，点，线，面三要素，而我们正是通过这三要素要对物体进行创建，构造出我们需要的产品模型。
4.1.1 创建空实体对象
我们通过按钮生成了一个穿梭对象，现在我们需要给这个对象创建实体内容，根据自己的需求，选择对应的面来创建内容。
4.1.2 创建草图
草图是FreeCAD中创建实体内容的方式，是经常使用的功能，在创建草图时，是基于 Body 实体的坐标系，通过选择xy,xz,yz三个面来创建内容，创建完首个草图后，如果需要在草图上再进行绘制，调整，挤压，凹凸时，可以通过点击需要调整的面，基于面上，再去绘制草图内容。
4.1.2.1 首个草图基准面
点击完第一个创建实体后，通过点击创建草图来进行面的创建
这里一般直接点击即可，也可以通过下拉箭头来选择需要的草图类型，一般点击默认为创建草图这一项。
点击完创建草图后，右侧会弹出一个任务列表，选择一个基准面(一般情况下是选择xy作为基准面)，这个基准面相当于你以哪个作为底面，即创作面，选择完后点击OK/确定，就进行草图功能
4.1.2.2 创建多个草图
当我们创建第一个草图时，是基于Body的坐标系，可以查看4.1.2.1章节的创建流程.
当我们完成第一个草图创建后，就可以通过基于当前实体去点击面，再去创建草图，可以通过点击面，这个草图是基于当前我们点击的面的(不需要通过，坐标面来进行选择)。
4.1.4 草图编辑
进入草图模式后，会看到一个草图工具栏，点击工具栏中的草图工具，就可以进入草图编辑了，当你进入草图编辑时，你会发现当前工作模式会切换为 [草图模式] 点击 任务 [退出/ close] 即可以退出草图模式，也可以点击第一个离开草图按钮，退出草图模式
4.1.4.1 草图工具栏
4.1.4.1.1 离开草图
点击即可退出当前 草图模式
4.1.4.1.2 查看草图
4.1.4.1.3 查看截面
4.1.4.1.4 创建点
4.1.4.1.5 创建折线
4.1.4.1.6 创建线
4.1.4.1.7 创建圆弧
创建圆弧有五种模式，可以根据需求选择创建圆弧的方式
- 通过加以创建圆弧
- 创建三点圆弧
- 创建椭圆弧线
- 创建双曲线弧线
- 创建抛物线弧线
4.1.4.1.8 创建圆
创建圆有四种模式，可以根据需求选择创建圆的方式
-
- 通过中心点创建圆
-
- 通过3点创建圆
-
- 通过中心创建椭圆
-
- 通过3点创建随圆
4.1.4.1.9 创建矩形
4.1.4.1.10 创建多边形
4.1.4.1.11 创建圆槽
4.1.4.1.12 由控制点生成的B样条
4.1.4.1.13 切换辅助线
4.1.4.1.14 尺寸标注
尺寸的标有8种方式
- 尺寸标注
- 水平距离约束
- 限制垂直距离
- 距离约束
- 约束自动半径/直径
- 半径约束
- 约束直径
- 角度约束
- 锁定约束
4.1.4.1.15 重合约束
4.1.4.1.16 约束水平/垂直
4.1.4.1.17 平等约束
4.1.4.1.18 垂直约束
4.1.4.1.19 约束相切共线
4.1.4.1.20 相等约束
4.1.4.1.21 约束对称
4.1.4.1.22 约束块
4.1.4.1.23 切换驱动/参考约束
4.1.4.1.24 创建圆角
4.1.4.1.25 修剪边缘
4.1.4.1.26 创建外部几何体
4.1.4.1.27 创建克隆副本
复制另一个草图的几何元素
4.1.5 零件设计
点击退出草图，或是点击 任务 的 close/关闭 按钮，工作模式会切换为 [零件设计] 模式.
4.1.5.1 零件工具栏
零件设计 模式下，因为刚刚咱们绘制了草图，因此[零件设计]的工具栏就被激活了，现在可以对零件进行设计了(基于刚刚绘制的草图的面进行设计)。
既然已经到零件设计模式了，那么，我们不得不提一下关于创建零件这个功能按钮，并聊一个关于Freecad的设计逻辑，就是整个软件对于构造一个产品的过程，Freecad的操作逻辑是如何的。 我们从上面已经得知，创建开始工作，是需要先创建一个实体， {左击} - [创建实体]，这样就会生成原点，线段，面的空实体(对于Blender来说为空对象)，
一般商业的产品很多都傻瓜模式，基本内容给你创建好，你进来就可以直接创作，不必了解太多前提条件，比如Adobe系列就拿illustrator来说，你打开应用，点击新建，就可以在画板上绘画了，但在开源应用Blender中，也是相对比较人性化的，你打开后，新建一个项目，就可以在空间在画布上进行绘制创作，并不需要创建太多的前提条件，
其实开始软件大多是应用开发思维来开发产品的，像FreeCAD就基本基于这个思路来进行创作的，比如你得先创建一个实体(空对象)用来存放数据内容，再在实体上创建草图(绘制面)，退出草图，再创建3D零件，完全是基于点，线，面，体的逻辑来的，
因此我们来区分一下 
[创建实体] 和 
[创建零件] 这两者的区别是什么，理解这一点，有助我们后期构造大型产品，如何分配工作内容，以及FreeCAD的设计逻辑，理念。
- 创建实体
创建实体，我们在这里比如手，脚，头，身，股，腿，头，这些是给成一个人的各个部件，这个就是一个实体的概念，在英文中他称之为Body，
- 创建零件
我们通过实体，就可以合并成为一个又一个的零件，就是组合体，就是我们通过已经构建好的实体，如手，脚，身，股，腿，头，合并为一个完整的人，就是我们这里说的零件，比如一个零件有多个地方相似，我们就可以引用不同的实体，更换实体，来构成一个完整的零件，Freecad称之为Part（零件）。
以上就是实体与零件的区别，即是说，你可以：
- 在不同的 FCStd 文件中创建多个 Body（实体）
- 然后在另一个 FreeCAD 文件中新建一个 Part 容器
- 从外部导入这些 Body，并将它们合成一个 整体零件（Part）
这部份可以忽略，个人认为，按照人身的构成不是应该Body由Part组件吗？在这里FreeCAD构件的概念，可以换成每个Body实体都可以做为一个独立完整的零件，一个Body相当于一个细胞吧，多个Body实体，或以合成一个Part，就是器官，这样方便理解他的逻辑关系。
看以下图，你就可以了解两者的彼此关系，
Part 零件 [创建零件] > Body 实体 [创建实体] > Sketcher 草图 
4.1.5.1.1 创建零件
我们把镙丝和镙母拆分成两个零件，一个为镙丝，一个为镙母，那么此时，镙丝为一个Part，镙母为一个Part。在这里，我们做两个零件，一个是主体块和一个主体的链接块。
在这里，一个 Part/零件 也有自带点，线，面这些轴向的，这个主要是针对零件的整体，而 Body/实体的点，线，面，坐标轴，针对的是 Body/实体 的对应空间向量。
4.1.5.1.2 凸台
4.1.5.1.1 零件工具
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