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はじめての設計

はじめての設計

技術職で採用され設計をすることになったものの、なぜか品証の私に「OJTと称して過去図面の修正やトレースをしていれば設計ができるようになるのでしょうか？」と質問がありました。

ISOと言えば私（はかせ）のところに聞きに来るので分からないでもないのですが、設計はさすがになと思いつつ設計・開発規定の見直しや起案もしているので、これは設計者になるつもりで実際にやってみるしかないかと思い、FreeCADでやってみることにしました。

はじめてのCAE

「はじめてのCAE」では、設計初心者がはじめてCAEを使い際のポイントなどをまとめています。CAEにはFreeCADを使っています。

目次

初めての設計：寸法線を引く
はじめての設計：組部品と公差
やってしまった失敗例
- 投影法の落とし穴
- 試作品の公差
図面品質を上げたい
- 図面品質を上げるには正確な作図から？
図面・仕様書につながる使える設計資料のすすめ
3D CADの意外な役割
参考書籍

初めての設計：寸法線を引く

「JIS B 0001：2019　機械製図」を参考に、図面作成の基本ルールについて説明します。

立体（3D）の物を図面（2D）に表すイメージ力

はじめての設計：まずはFreeCADで設計する立体物をイメージする

立体図学や製図の勉強した頃の苦手意識が残っていて、3D CADによるモデリングもなかなか手強いと思っています。実際に手を動かしながら「はじめての設計」をテーマに、まずは、「設計者に必要な立体をイメージすること」について説明します。

モデラーからCAEを使える設計者へ「FreeCADで始めるCAE入門」

「FreeCADで始めるCAE設計入門（Kindle）」既存の書籍やセミナーは専門的で難しすぎるという設計初心者向けに、応力解析と基本的な知識について、FreeCADのFEM（有限要素法）を使い自ら学びながらまとめました。

立体を図面に表す方法

はじめての設計：立体の投影法（3次元を2次元で表現）の基礎知識

立体図学や製図の勉強した頃の苦手意識があり3D CADによるモデリングが手強いと思っています。「はじめての設計」をテーマに、CADで図面を描く前に手描きやスケッチで使う立体の投影法、等角投影図とキャビネット図について説明します。

はじめての設計：第三角法によるモノを作りやすい図面作成

モノづくりの現場では、「モノを作りやすい図面」がよい図面です。加工担当者は、設計者が描いた図面を見て内容を読み取り加工をするからです。「はじめての設計」をテーマに、第三角法によるモノを作りやすい図面作成について説明します。

板金部品の基本：折り曲げ加工と展開図

はじめての設計：板金部品設計の基本、L字金具の折り曲げと展開図

モノづくりの現場では、「モノを作りやすい図面」がよい図面です。加工担当者は、設計者が描いた図面を見て内容を読み取り加工をするからです。「はじめての設計」をテーマに、プレスブレーキによるL字金具製作、折り曲げと展開について説明します。

はじめての設計：加工による伸び縮みを考慮した板金部品の展開

モノづくりの現場では、「モノを作りやすい図面」がよい図面です。加工担当者は、設計者が描いた図面を見て内容を読み取り加工をするからです。「はじめての設計」をテーマに、板金設計の基本として、L字金具を例に折り曲げ加工と展開図について説明します。

寸法と補助線

はじめての設計：寸法と補助線の基本　図面を描く前に寸法の表し方

図面に寸法線を入れることは、部品の寸法を決めるだけではありません。公差やバラツキにも影響があり、寸法線の入れ方は設計者の意思を示す（公差を決める）ことになります。寸法の表し方として、寸法補助線、寸法補助記号などについて説明します。

はじめての設計：寸法と補助線の基本　寸法の入れ方とバラツキ

図面の寸法線により部品の寸法と公差も決まります。公差は加工方法や加工精度を考慮して決めます。公差±1でも「100±1」と「1000±1」とではモノづくり（加工）は大違い、コストも納期も違ってきます。直列と並列の寸法記入法とバラツキについて説明します。

はじめての設計：寸法と補助線の基本　寸法の入れ方で変わる公差

図面に寸法線を入れることは、部品の寸法を決めるだけではなく、公差やバラツキにも影響します。寸法線の入れ方により設計者の意思を示す（公差を決める）ということです。直列寸法記入法と並列寸法記入法という２つの寸法の入れ方と公差について説明します。

はじめての設計：図面に使う線の種類を意識する。代表的な線種とJIS

設計の基本は板金設計と言われますが、基本的な知識や3D CADの操作法を学んだら量をこなして図面作成に慣れることが必要です。製図は、いろいろな線を使い部品の形を作っていきます。慣れるためのトレースでも、線の種類を意識して部品を描くことが重要です。

JIS B 0001：2019　機械製図

はじめての設計：「JIS B 0001：2019　機械製図」から寸法記入の原則

はじめての設計と題して、8回に分けて「JIS B 0001：2019　機械製図」を参考に説明してきました。基本的なことばかりですが重要な寸法記入の原則についてまとめています。図面作成ルールを見直すきっかけとしてもよいと考えています。

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はじめての設計：組部品と公差

3D CAD（FreeCAD）でモデリングをする場合、形状作成と座標軸（点）などに拘束をしてモデルを仕上げていきます。2D CADでの設計は線の組み合わせで形状を作るイメージですが、3D CADは座標軸や原点を意識することがポイントです。

はじめての設計：部品を組み合わせる場合の寸法と公差と設計の自由度

3D CAD（FreeCAD）では形状作成と座標軸（点）などに拘束をして仕上げていきます。3D CADによる設計では座標軸や原点を意識することが必要です。部品を組み合わせる場合の寸法と公差、座標系、自由度と拘束との関係につい説明します。

はじめての設計：一品物（手作り品）と量産物の公差計算方法の違い

モノづくりにおいて製造者（加工作業者）は、設計者が作成した図面を見て材料を加工し図面通りに仕上げますがばらつきが出ます。設計者はばらつきを考慮した公差を設定します。一品物（手作り品）と量産物の公差計算方法の違いについて説明します。

はじめての設計：金属加工品の材料や加工方法による公差のJIS規格

はじめての設計、単一でシンプルな部品から図面作成に慣れつつ、寸法や公差の考え方を学びます。公差は加工コストに直接影響するため、設計者は必要な公差を決め、組立品では組み立て方法も考慮します。金属に関する公差のJIS規格について説明しました。

幾何公差

幾何公差、習うより慣れろだと感じています。

はかせ

はかせ

5軸のNC加工や3Dプリンターでの設計と公差、座標系がぐるぐる回るイメージです。

はじめての設計：「JIS B 0420製品の幾何特性仕様(GPS)」幾何公差？

3D CADによる3Dモデル設計やモノづくりにおいて公差は、寸法公差から幾何公差に変わっています。設計図面の曖昧さをモノづくりの製造側で何とかしてきた時代から、NCに加え3Dプリンタによる現在のモノづくりで幾何公差が必要だということです。

はじめての設計：設計（図面）と加工、計測の共通言語が幾何公差？

「初めての設計」をテーマに学びはじめて幾何公差の入り口までやってきました。3D CADへの苦手意識から幾何公差を避けていましたが、学びはじめてみると幾何公差は、設計、加工、計測と、本来のモノづくり（あるべき姿）ではないのかと考えています。

はめあい

単一部品でも取り付け側を考慮して公差を決めていきます。

軸と穴のはめあいは、難しそうで敬遠していましたが、やはり設計者には必要な知識です。

はじめての設計：はめあい（すきまばめ、しまりばめ、中間ばめ）とは

「はめあい」とは軸と穴との関係のことで、難しいイメージがありましたが、部品の取り付けや公差について考えるようになると、「はめあい」について知らなければいけないと思うようになりました。「はめあい」の基礎的な知識について説明します。

はじめての設計：JIS B0401-1（ISO 286-1）規格で学ぶはめ合いの基礎

「はめあい」のJIS規格JIS B 0401は、サイズ公差、サイズ差及びはめ合いの基礎の第1部と穴と軸の許容差や公差クラス表の第2部の構成となっています。JIS B 0401-1の「はめあい」を穴基準又は軸基準にする考え方や公差についてまとめています。

応力を集中させない理由

設計では、「応力が集中することで部品が壊れないように、応力が集中しないように設計する」ことが重要です。FreeCADでL字金具の応力解析例を使い、設計で応力を集中させない理由について説明します。

はじめての設計：応力を集中させないように設計する理由

3D CADを使い設計すると、材料や形状などの事前検討ができます。設計では、応力が集中することで部品が壊れないように、応力が集中しないようにすることが重要です。FreeCADでL字金具例に、設計で応力を集中させない理由について説明します。

実験と試験、実験とCAEシミュレーションの違い

実験と試験の違いは、実験とCAEシミュレーションとの違いとの共通点もあります。

実験と試験の違い、実験とCAEシミュレーションの違いについて

部品の変形などの不具合が発生すると、現物（不具合品）を観察し原因を推測して再現実験や再現試験をします。日頃、実験と試験、実験とCAEシミュレーションの違いを明確に意識して使い分けてはいないイメージがありますが実験と試験は似て非なるものです。

やってしまった失敗例

投影法の落とし穴

お客様からの要求（インプット情報）の参考図が第一角法だったのに…。

投影図の落とし穴：第一角法と気づかず勝手違い（左右対称）に

図面の投影法には第一角法と第三角法があります。JISは第三角法、製品形状をイメージしやすい第三角法なので、第一角法は知っていればよいと考えていましたが、参考図を元に図面を描き物を作ったら現場で取り付かないトラブルに。原因と対策を考えます。

知っていてよかった第一角法と第三角法の違い。対象の見方と投影法

第一角法と第三角法は、どちらも正投影法です。第三角法の図面ばかり見てきたので、参考図が第一角法とは気づかず、現場で取りつかなかった不具合を経験しました。言葉では分かりにくいので、第一角法と第三角法の違いを座標系や投影法の図で説明します。

試作品の公差

既存製品を加工して作った試作品の公差、それでいいのですか？

アルミ鋳物を加工して作った検証用試作品、鋳物公差でいいの？

特定の業界向けに販売していた製品を利用して、一般向けの製品を作るというアイディア(企画)が通り、実際に試作品を作って検証することになりました。設計担当者と品質管理担当者による、鋳物で加工もある試作品の公差についてのできごとについて説明します。

図面品質を上げたい

図面品質を上げたいのは設計者だけではないと思います。検図をする人も技術メンバーをまとめる技術部門の責任者の方も同じ思いはもっていると思います。

なかなか行動できないし、ましてや成果が上がらなくて悩んでいるのかもしれません。

図面品質を上げるには正確な作図から？

頑張るだけの消耗戦から抜け出したい。図面品質を上げる正確な作図

モノづくりの会社といっても、図面、仕様、製造方法など内情は様々です。金属部品を設計し製造は協力会社に委託している会社の技術部長さんから「図面品質を上げるために、図面の正確性を上げたい」と聞き、モノづくりに必要な図面の質と量について考察ます。

図面・仕様書につながる使える設計資料のすすめ

忙しいからこそ設計資料を残しませんか。

設計資料のすすめ：図面・仕様書につながる設計者の設計検討記録

図面さえあればモノは作れるという声もありますが、設計のアウトプットは図面だけではありません。設計者は、お客様の要求などを設計のインプットとして受け取り、設計案を考え図面を完成させています。設計者の検討した記録「設計資料」について説明します。

設計プロセスは会社の規模（人数）で大きく違いますが、設計資料は必要です。

はじめての設計：会社の規模と設計プロセスの違いについて

会社の規模により大きく違う日本のモノづくりフローについて説明します。設計に時間をかければ製造不良やクレームが少なくなるいわれますが、時間をかけ過ぎれば他社に仕事を取られてしまいます。効率のよい設計がモノづくりビジネスの勝敗を左右します。

設計と製図の違いを意識してますか？やってることが違います。

はじめての設計：設計と製図の違いや関係を意識する

設計と製図、あまり意識的な使い分けはしないようですが、設計と製図をする人とではイメージに違いがあります。設計する人はQCDのバランスとり図面を仕上げ、製図する人はトレーサー、CADオペレーターあるいはモデラー。設計と製図の違いについて説明します。

3D CADの意外な役割

設計者なら頭の中で2D図面を3D化するのは当たり前だと思っていましたが、盲点かもしれません。

3D CADの意外な役割：紙の2D図面を頭の中で3Dモデル化できない人なので

2Dの図面の部品を3Dでイメージすることは今まで当たり前だと思っていました。また、図面量が多いことへの対策も簡単にできない事ばかりで、私の頭の中も整理できていません。「2D図面の部品を3Dでイメージする」ことについて備忘録を兼ねまとめています。

参考書籍

参考書籍：実験モード解析、FEM（有限要素法）

このブログの内容についての参考書籍を紹介します。実験モード解析 FEM（有限要素法）分かりやすい、使いやすいは、目的や知識・経験にもよると考えていますがご参考になれば幸いです。ハンマリング試験とCAE入門実験モード解析「モード解析...

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実験と試験の違い、実験とCAEシミュレーションの違いについて

部品の変形などの不具合が発生すると、現物（不具合品）を観察し原因を推測して再現実験や再現試験をします。日頃、実験と試験、実験とCAEシミュレーションの違いを明確に意識して使い分けてはいないイメージがありますが実験と試験は似て非なるものです。

はじめての設計

3D CADの意外な役割：紙の2D図面を頭の中で3Dモデル化できない人なので

2Dの図面の部品を3Dでイメージすることは今まで当たり前だと思っていました。また、図面量が多いことへの対策も簡単にできない事ばかりで、私の頭の中も整理できていません。「2D図面の部品を3Dでイメージする」ことについて備忘録を兼ねまとめています。

はじめての設計

アルミ鋳物を加工して作った検証用試作品、鋳物公差でいいの？

特定の業界向けに販売していた製品を利用して、一般向けの製品を作るというアイディア(企画)が通り、実際に試作品を作って検証することになりました。設計担当者と品質管理担当者による、鋳物で加工もある試作品の公差についてのできごとについて説明します。

はじめての設計

はじめての設計：設計と製図の違いや関係を意識する

設計と製図、あまり意識的な使い分けはしないようですが、設計と製図をする人とではイメージに違いがあります。設計する人はQCDのバランスとり図面を仕上げ、製図する人はトレーサー、CADオペレーターあるいはモデラー。設計と製図の違いについて説明します。

はじめての設計

はじめての設計：会社の規模と設計プロセスの違いについて

会社の規模により大きく違う日本のモノづくりフローについて説明します。設計に時間をかければ製造不良やクレームが少なくなるいわれますが、時間をかけ過ぎれば他社に仕事を取られてしまいます。効率のよい設計がモノづくりビジネスの勝敗を左右します。

はじめての設計

設計資料のすすめ：図面・仕様書につながる設計者の設計検討記録

図面さえあればモノは作れるという声もありますが、設計のアウトプットは図面だけではありません。設計者は、お客様の要求などを設計のインプットとして受け取り、設計案を考え図面を完成させています。設計者の検討した記録「設計資料」について説明します。

はじめての設計

はじめての設計：JIS B0401-1（ISO 286-1）規格で学ぶはめ合いの基礎

「はめあい」のJIS規格JIS B 0401は、サイズ公差、サイズ差及びはめ合いの基礎の第1部と穴と軸の許容差や公差クラス表の第2部の構成となっています。JIS B 0401-1の「はめあい」を穴基準又は軸基準にする考え方や公差についてまとめています。

はじめての設計

はじめての設計：はめあい（すきまばめ、しまりばめ、中間ばめ）とは

「はめあい」とは軸と穴との関係のことで、難しいイメージがありましたが、部品の取り付けや公差について考えるようになると、「はめあい」について知らなければいけないと思うようになりました。「はめあい」の基礎的な知識について説明します。

はじめての設計

はじめての設計：金属加工品の材料や加工方法による公差のJIS規格

はじめての設計、単一でシンプルな部品から図面作成に慣れつつ、寸法や公差の考え方を学びます。公差は加工コストに直接影響するため、設計者は必要な公差を決め、組立品では組み立て方法も考慮します。金属に関する公差のJIS規格について説明しました。

はじめての設計

知っていてよかった第一角法と第三角法の違い。対象の見方と投影法

第一角法と第三角法は、どちらも正投影法です。第三角法の図面ばかり見てきたので、参考図が第一角法とは気づかず、現場で取りつかなかった不具合を経験しました。言葉では分かりにくいので、第一角法と第三角法の違いを座標系や投影法の図で説明します。

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