第08章：装配设计 Assembly

1. 装配的目标

装配设计用于组织多个零件的空间关系。单个零件解决“形状是什么”，装配解决“零件之间如何定位、连接、运动和替换”。FreeCAD 源码中包含 src/Mod/Assembly，说明装配能力已经成为官方模块体系的一部分。

装配常见任务：

• 将多个 Body 或外部文件组成产品。
• 定义零件之间的约束或连接关系。
• 检查干涉、间隙和运动范围。
• 组织零件坐标系和层级。
• 为工程图、BOM 和导出准备结构。

2. 装配前的零件准备

高质量装配从零件建模开始：

• 每个零件有清晰原点和主基准。
• 安装孔、轴线、接口面位置稳定。
• 参数命名一致。
• 文件名、对象 Label 和版本清晰。
• 避免在零件中保留大量无关草图和临时对象。

如果零件原点随意，装配时需要大量补偿 Placement，后续维护困难。

3. 组织方式

常见装配组织方式：

• 单文件多 Body：适合小型产品和教学案例。
• 主装配引用外部零件：适合真实项目，便于分工和复用。
• Std Part 层级：用于坐标层级和子系统分组。
• Assembly 工作台对象：用于约束和连接管理。

项目越大，越应该使用清晰的文件结构，例如 parts/、assemblies/、drawings/、exports/。

4. 约束与连接

装配约束通常表达几何关系：面贴合、轴同心、点重合、方向平行、距离偏移、角度关系等。设计时要避免过约束：

• 一个零件应有足够约束来定位，但不要重复限定同一自由度。
• 固定基准件，再逐个装入其他零件。
• 对标准件使用轴线和安装面作为约束参考。
• 对运动部件保留必要自由度。

5. Top-down 与 Bottom-up

两种常见装配设计方法：

• Bottom-up：先建零件，再装配。适合标准件和已有零件组合。
• Top-down：先定义总体骨架、接口和空间，再派生零件。适合产品开发。

FreeCAD 中 Top-down 可借助 Spreadsheet、Master Sketch、ShapeBinder 和外部引用实现，但需要严格控制引用方向，避免循环依赖。

6. 干涉与间隙检查

装配完成后应检查：

• 零件是否相互穿透。
• 运动范围内是否碰撞。
• 螺栓、垫圈、螺母是否有足够空间。
• 装配工具是否可达。
• 加工和安装公差是否考虑。

FreeCAD 可通过布尔 Common、剖切视图、透明显示、测量工具辅助检查。

7. 标准件管理

标准件不建议每次手工建模。可采用：

• 建立本地标准件库。
• 使用参数化螺栓、螺母、轴承模型。
• 从供应商下载 STEP 后转换和清理。
• 用统一命名记录规格、材料和标准号。

标准件模型应适度简化。过于精细的螺纹和倒角会拖慢装配重计算和图形显示。

8. 装配导出

装配可导出为 STEP、3MF、STL 或图纸。注意：

• STEP 保留精确几何，适合协作和制造。
• STL 只保留网格，适合 3D 打印预览。
• 导出前确认可见对象和选择对象。
• 外部链接零件应全部可解析。
• 对外共享前清理隐藏实验对象。

9. 装配实践案例

建议练习一个“电机安装支架装配”：

1. 建立底板、立板、加强筋三个零件。
2. 添加电机简化外形和安装孔。
3. 添加螺栓标准件。
4. 约束底板与立板位置。
5. 检查孔位是否对齐。
6. 生成总装 STEP 和 TechDraw 装配视图。

该案例能覆盖零件接口、孔系、标准件、层级和导出。