Python参数化3D建模快速教程【CadQuery】

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CadQuery是一个直观好用的参数化3D建模Python库，也是非常少见的面向软件工程师的3D建模工具。 和设计师常用的建模工具例如Revit等不同的是，你需要编写Python代码来创建模型，而不是在屏幕上 点点画画。因此，CadQuery非常适用于将参数化建模技术集成到你的应用程序中。

1、环境：Anaconda/Miniconda + CQ-editor

首先请按照安装CadQuery，的说明，安装Anaconda/Miniconda和CQ-editor。

安装后，运行 CQ 编辑器：

在左侧可以看到 CadQuery 代码编辑器。让我们从一个简单的代码块开始。

2、教程学习目标

我们将在这个快速教程中建造一个完全参数化的轴承座，成品看起来像这样：

我们希望这个构件具有以下功能：

  • 有足够的尺寸以保证在中心位置安装608（”滑板”）轴承
  • 在四周有M2螺丝沉头孔。
  • 构建的长度和宽度可以由用户配置任何合理的尺寸。

用自然语言描述的话则是：

一个矩形块 80mm x 60mm x 10mm，角落有 M2螺丝沉头孔，中间有直径为 22mm 的圆孔用于轴承。

人类的描述很优雅，对吧？希望我们将要完成的脚本不会比这个以人为本的描述复杂太多。

让我们看看用CadQuery该怎么实现。

3、从一个简单面板开始

让我们从一个简单的模型开始，它只制作一个矩形方块，但预留尺寸调整参数。将下面代码粘贴到 CQ编辑器中：

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height = 60.0
width = 80.0
thickness = 10.0

# make the base
result = cq.Workplane("XY").box(height, width, thickness)

# Render the solid
show_object(result)

按工具栏中的绿色渲染按钮以运行脚本，应该可以看到我们的基本对象：

没什么特别的，但这是一个好的开始！

4、添加孔洞

我们的轴承座需要在中心位置为轴承预留一个直径为22毫米的孔。

下面的修改将实现这一目标：

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height = 60.0
width = 80.0
thickness = 10.0
diameter = 22.0

# make the base
result = cq.Workplane("XY").box(height, width, thickness)\
   .faces(">Z").workplane().hole(diameter)

# Render the solid
show_object(result)

通过单击”渲染”按钮重建模型。模型应该看起来像这样：

代码相当紧凑，让我们逐行说明。

第4行增加了一个新的参数，diameter，用来表示孔的直径

第8行，我们实现了打孔。cadquery.Workplane.faces()选中Z方向最上边的面， 然后cadquery.Workplane.workplane()在此之上创建一个新的工作平面。此工作 平面的中心位于几何形状的质心，在本例中，质心就是板的中心。最后， cadquery.Workplane.hole()在部件上钻贯穿孔，直径22毫米。

注意：现在不用担心CadQuery语法，你可以稍后访问CadQuery API了解相关信息。

5、创建更多孔洞

好吧，那个孔不是太难，但是四角的沉头孔怎么做？

M2 戴帽螺钉具有以下尺寸：

  • 头部直径： 3.8 毫米
  • 头部高度： 2.0 毫米
  • 间隙孔： 2.4 毫米
  • 沉头孔直径： 4.4 毫米

这些孔的中心应距离块边缘 6 毫米。并且我们希望，即使用户重新调整了块的大小也能正常工作。

不要告诉我，我们需要重复以上步骤8次，才能生成沉头孔？好消息！– 我们只需几行代码 就可以完成这一工作：

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height = 60.0
width = 80.0
thickness = 10.0
diameter = 22.0
padding = 12.0

# make the base
result = cq.Workplane("XY").box(height, width, thickness)\
   .faces(">Z").workplane().hole(diameter)\
   .faces(">Z").workplane() \
   .rect(height - padding,width - padding,forConstruction=True)\
   .vertices()\
   .cboreHole(2.4, 4.4, 2.1)

# Render the solid
show_object(result)

单击”渲染”按钮以重新执行模型后，你应该会看到类似的东西：

这里包含很多内容， 所以让我们分解说明一下。

第 5 行创建一个新的填充参数，该参数决定沉头孔离板的边缘有多远。

第 10 行选中块的最上边的面，并在其上创建一个工作平面，我们将用它来定义角落孔的中心。

关于这一行代码，有几件事需要注意：

  1. cadquery.Workplane.rect()功能绘制一个矩形。forConstruction=True告诉 CadQuery， 这个矩形不是实体的一部分，我们只是用它来帮助定义其他几何形状。
  2. 除非你另有说明，否则将在当前工作平面中心（在此例中为块的顶面中心）上绘制一个矩形。 因此，这个矩形将位于该平面的中心。

第11行绘制的矩形比块的总长度和宽度小 12 毫米，我们将用它来定位角孔。我们将使用这个 矩形的顶点（角）来定位孔。矩形的中心位于工作平面的中心，在这种情况下，工作平面与轴承孔的中心重合。

第 12 行选中矩形的顶点，我们将其用于定位孔的中心。cadquery.Workplane.vertices() 功能选择矩形的角。

第 13 行使用cboreHole函数来绘制孔。cadquery.Workplane.cboreHole()是一个创建沉头孔的方便的 CadQuery函数。与大多数其他 CadQuery 函数一样，它根据栈上的值运行。在这种情况下，由于我们在 调用函数之前选择了四个顶点，该功能在这些点中的每一个上都运行- 这会导致每个矩形角出现一个沉头孔。

6、倒圆角

差不多完成了。让我们给构建块稍微倒一下圆角。这很容易，我们只需要选择边缘，然后执行倒角处理：

我们可以使用参数定义中的预设字典：

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height = 60.0
width = 80.0
thickness = 10.0
diameter = 22.0
padding = 12.0

# make the base
result = cq.Workplane("XY").box(height, width, thickness)\
   .faces(">Z").workplane().hole(diameter)\
   .faces(">Z").workplane() \
   .rect(height - padding, width - padding, forConstruction=True)\
   .vertices().cboreHole(2.4, 4.4, 2.1)\
   .edges("|Z").fillet(2.0)

# Render the solid
show_object(result)

第 13 行使用cadquery.Workplane.fillet()方法在边缘生成圆角。

为了捕捉正确的边缘，cadquery.Workplane.edges()选中与Z轴平行的所有边缘（”|Z”），

成品看起来像这样：

7、导出模型

如果你想要制作实体对象，则需要将结果导出到 STL 或 DXF。此外，也可以将其导出为STEP 格式以便在另一个 CAD 工具进行后续处理。

这可以使用 cadquery.exporters.export() 函数轻松完成：

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height = 60.0
width = 80.0
thickness = 10.0
diameter = 22.0
padding = 12.0

# make the base
result = cq.Workplane("XY").box(height, width, thickness)\
   .faces(">Z").workplane().hole(diameter)\
   .faces(">Z").workplane() \
   .rect(height - padding, width - padding, forConstruction=True)\
   .vertices().cboreHole(2.4, 4.4, 2.1)\
   .edges("|Z").fillet(2.0)

# Render the solid
show_object(result)

# Export
cq.exporters.export(result,'result.stl')
cq.exporters.export(result.section(),'result.dxf')
cq.exporters.export(result,'result.step')

好了！

你刚刚制作了一个轴承座的参数化模型，还不到20行代码！

原文链接：CadQuery快速教程 —— BimAnt