有限要素法(FEM)

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。

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。

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。

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。

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。

「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。

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。

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。

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。