用FreeCAD畫鑽石紋滾花

滾花 (knurl)是一種常見於圓柱形金屬旋鈕、握把，用來增加摩擦力的表面加工。其中又以鑽石紋滾花最經典，也最難畫。但FreeCAD 0.19版Part Design工作平台經強化後，你可以不用跨平台就搞定各種滾花囉。如下圖：

顧名思義，滾花是輥輪滾壓出來的花紋。鑽石紋滾花刀由兩個輥輪組成，上面刻有傾斜30度角的滾牙，其中一個輥輪滾牙右旋，另一個左旋。滾牙斷面呈90度夾角，牙頂有一半徑r之圓角。輥輪與滾牙形狀如下圖所示：

加工時，先將被加工圓柱妥善夾持於車床上，啟動車床調至適當轉速。然後將滾花刀垂直圓柱面以適當進給量與圓柱對滾，即可完成滾花。如下圖：

實用滾花面通常顆粒很細，若依照標準規格繪製會十分耗時，檔案也非常大。故本範例會將顆粒尺寸放大，以加快繪製時間。

首先進入Part Design工作平台，在XY平面上建立一個以絕對原點(0,0)為圓心，半徑25 mm的圓形草圖。然後垂直長出高25 mm的圓柱，如下圖：

接下來同樣在XY平面上建立滾牙斷面草圖如下：

本範例在圓柱面上滾出右旋左旋各40條溝槽，故每一槽角度= 360 / 40 = 9度。滾牙根至圓柱圓心距離若等於圓柱半徑25 mm，則鑽石紋頂會是一個尖點。若想保留部分圓柱面可將此距離稍微設大一些，本範例設25.1 mm。滾牙頂端圓角半徑r大約等於滾牙根兩點距離的1/10，故在此設0.4 mm。

草圖完成後，我們就可以用0.19板新增的螺旋掃掠功能在圓柱面上挖出第一條右旋溝槽，方法如下圖：

出現介面視窗，輸入設定參數如下圖：

結果如下圖：

螺旋線繞Z軸轉沒什麼問題。因為圓柱厚度25 mm，掃略高度設30 mm確保穿透。那導程(Pitch)為什麼是200 mm呢？請看下圖：

上圖藍線代表傾斜角30度的螺旋線側視圖，而且這條線只繞了半圈180度，故高度(黑色雙箭頭)等於半個導程。而tan 30度 = 1 / 2，故高度 = 50 / tan 30度  = 100 mm，導程Pitch = 100 * 2 = 200 mm。

接下來我們用等角複製將溝槽繞Z軸複製40條，方法如下圖：

完成複製步驟如下圖：

當你輸入40瞬間，FreeCAD大概就會頓個2分鐘結果才出來。

建立左旋溝槽一樣先在XY平面建立一個跟右旋完全一樣的滾牙斷面草圖，然後同樣以螺旋掃掠功能建立第一條左旋溝槽。唯一不同處就是要把Left handed勾選起來，如下圖：

最後再用等角複製將左旋溝槽繞Z軸複製40條就完成啦，如下圖：

請注意，當你複製左旋溝槽輸入40瞬間，FreeCAD大概要卡在停止回應約14分鐘後才會複製完成。這是阿伯用剛買一年的筆電跑出來的成績，舊電腦可能會更久……請耐心等待。

這也告訴我們，一旦你完成了鑽石紋滾花，之後任何會重新計算模型的操作都將消耗大量時間。所以最好將有滾花的幾何模型用step格式匯出(export)後再匯入(import)到FreeCAD其他檔案，消除滾花的參數，有助於節省後續編修時間。

(FreeCAD 0.20版適用)