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製造における順番と設計における順番

3D CADで設計したデータを製造工程でどのように活かすかという議論が先行して、製造部門だけを意識したデータになってしまうことがある。しかし、本来は設計部門で役に立ち、その結果として製造部門でも役に立つようなデータを考えるべきだろう。その際、製造の順番と設計の順番は全く逆であることを、例を見ながら理解していこう。

シャフトの設計と加工

3D CADの操作講習で、部品のモデリングやアセンブリの組み付けを行う際、「実際に製造する順番で考えよう」などと教えられた経験はないだろうか?

例えば、シャフトなどの丸物は多くの人が旋盤加工をイメージするのだろう。完成したシャフトの外形を回転させるモデリング方法が、教える側と教えられる側の双方で疑問も無く受け入れられているようだ。

しかし、このような方法は[仕様]→[設計]→[形状・寸法を決定]→[2D図面を作成]というプロセスを終了したあとで、完成したシャフトの外形を使って立体形状を作成していることになる。これでは、3D CADを単なる「立体トレース」に使っているだけで、「設計に活用」しているとは言えないのではないだろうか。


立体形状はできあがるが、設計に活用できるかどうかは別問題


また逆に、製造現場を知ってるため、最大外形の素材(円柱)形状から不要な部分を削っていく方法で最終的なシャフトの形状をモデリングしようとする人も多い。まさに旋盤で加工する手順と同じなのだが、設計の順番と加工の順番を書き出してそれらの違いを見てみる。



もちろん、設計の手順に従った結果、規格外の素材となる場合は形状や寸法の見直しが必要となるが、その場合でも設計した手順に沿って、[仕様の見直し]→[シャフトの基本径の見直し]→[フランジや溝の寸法・形状の見直し]→[素材の見直し]という思考をたどっているはずだ。

素材に制限があるからといって素材から設計しているわけではなく、つまり設計の順番と加工(製造)の順番は明らかに逆である。最終形状は同じでも、そこに到着するまでのアプローチは異なるのである。


素材から削っていく方法は加工の順番であり、設計の順番とは逆になる


板金部品の設計と加工

本来、Computer Aided DesignであったはずのCAD、そして3D CADを、設計の順番ではなく製造の順番をなぞるだけの立体トレースに使ってしまいがちなのは、実は操作コマンドの名称も影響しているのではないだろうか?

コマンド名を眺めてみると、「突起」や「カット」などの一般名称はいいとしても、「ボス」「ポケット」「スロット」「穴」「リブ」といった、加工を連想させるコマンド名も多い。これがないと板金部品が作成できない、といった風潮のある「シートメタル(板金)」も、誤解を招きやすいコマンドの1つだ。

板金部品についても、コーナー部の補強部材を例として、設計の順番と加工の順番を書き出してみよう。設計で考えるのは、あくまでも目的の機能を果たす完成形状であって、板金の展開形状ではないことに注意してほしい。もちろん、板金展開が可能かどうかの検証は必要であるが、ここではひとまず話を置いておく。



工作機械の設計と製造

設計と製造の順番を意識するのは、工作機械のような動きを伴うアセンブリでも、やはり同じことである。設計の順番と工場で組み立てるときの順番、実際の動きの順番が全く逆になる。例えば、門型マシニングセンタの場合は次のようになる。



このように考えると、機械動作の設計も下記のようなプロセスになり、実機の動作とは逆である。



大手工作機械メーカの設計者でも、ベッドやサーボモータから「設計」を始めてしまうことがある。設計においてすべきことは何か? 製造過程を考慮に入れながらも、本来の思考プロセスは常に意識しておこう。

(掲載:2007年5月)

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