使用 FreeCAD 绘制螺纹

1. 背景

FreeCAD 版本：0.18

FreeCAD 官方 wiki 上，Thread for Screw Tutorial[1] 中介绍了绘制螺纹的 6 种方法：

个人感觉如果是非标准件的话，选用方法 3 比较合适：拿竖直方向的轮廓沿竖直方向的螺旋线扫掠。

wiki 上的方法 3 步骤有点问题，比如在第 8 步中创建增料圆柱体时，在某些高度下，创建出来的圆柱体有问题，不显示，在后续的布尔运算中也看不到效果。另外，wiki 里面将螺纹末端的处理过程一笔带过，这块处理基本上没有参考意义。

个别步骤中的操作跟 wiki 上的有点不同。螺纹末端的处理比较棘手，FreeCAD 的论坛里面有人提到了一种思路 [2]，本文描述的螺纹末端处理就是照这个思路做的。

在 Part 工作台中，点击创建参数化的几何图元（Part Primitives），创建一个螺旋体。间距（Pitch）为 3mm，高度为 21mm，半径为 10mm。
切换到 Part Design 工作台，点击创建新的可编辑实体并激活（PartDesign Body）。
点击创建一个新草绘（PartDesign New sketch），选择 XZ 平面。
按照需要的螺纹横截面形状绘制闭合的草图，通常为三角形。在这个示例中，将高度设置为 2.9mm，比螺旋体的间距 3mm 稍微小一点。沿着螺旋体扫掠时，要求刚才绘制的草图内部不能有任何交叉，只能是个轮廓。

threads_helical_thread_profile_middle

threads_helical_thread_path_middle

选择草图，然后点击沿路径或轮廓扫掠所选草图（PartDesign Additive pipe）。点击扫描路径（Path to sweep along）下面的对象（Object），选择刚才创建的螺旋体（如果没有出现在绘图区域，点击组合浏览器中的模型，选中螺旋体，按空格键切换螺旋体的可见性），将截面方向的方向模式（Orientation mode）修改为 Frenet，然后点击OK。

threads_helical_thread_coil_middle

按照前面的方式新建一个螺旋体和一个螺纹横截面。螺旋体的间距 3mm，高度 1.5mm，半径 8.5mm，设置位置中的 x 坐标为 1.5mm，正好可以和最开始的螺旋体的底端接在一起。螺纹横截面位置、大小和刚才的一样。绘制好后拿新的轮廓延这个螺旋体扫掠，截面方向的方向模式（Orientation mode）仍然选 Frenet。
按照同样的方式，新建螺旋体和螺纹横截面，螺旋体的间距 3mm，高度 1.5mm，半径 8.5mm，设置位置中的 x 坐标为 1.5mm，z 的坐标为 21mm，正好可以和最开始的螺旋体的顶端接在一起。螺纹横截面大小和刚才的一样，位置在最顶端。
绘制好后拿新的轮廓延这个螺旋体扫掠，截面方向的方向模式（Orientation mode）仍然选 Frenet。
切换到 Part 工作台，创建一个圆柱体，半径为 10mm，高度 30mm，调整一下位置，将 z 设置为 -2mm。将圆柱另外复制两份。
在 Part 工作台中，将顶端扫掠出的部件和圆柱做布尔运算（差集，第一个形状为顶端扫掠出的部件，第二个为圆柱或其复制体）。