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アセンブリモデリング:3D CADの基礎知識5

3D CADの基礎知識

更新日:2019年2月22日(初回投稿)
著者:D2FORM 代表 榎本 実

前回は、パーツモデリングについて解説しました。今回は複数パーツを扱うアセンブリモデリングを説明します。アセンブリモデリングのCAD機能は、シンプルでコマンドも少ない一方で、使い方によって作成したアセンブリモデルの扱いやすさ、修正しやすさが変わってきます。そこで、モデルの扱いやすさに関わるモデリングのコツも紹介します。

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1. 複数部品の扱い

3D CADでは、複数の立体を取り扱うとき、アセンブリ機能によってパーツを複数配置する方法と、パーツモデリングの中で複数のソリッドを取り扱う方法があります。アセンブリ機能は、複数部品を扱うために、3D CADが持っている機能です。アセンブリモデル(アセンブリファイル)にパーツモデル(パーツファイル)を配置することで、複数部品を扱います。今回はこの機能について説明します。

一方、パーツモデリングの中で、複数のソリッドを扱うことで簡易的に複数部品を表現することができます。この方法の利点は、パーツモデリングの知識だけで複数部品を扱えることです。ただし、部品点数の多い製品や動きを伴う製品には向きません。

2. アセンブリ拘束

アセンブリ機能を使った部品の位置決めは、アセンブリ拘束によって要素間の相対的な姿勢を定義することで行います。アセンブリ拘束の基本的な機能を、図1に示します。一致(図1左)は現実の組立作業と似ています。オフセット(図1中央)は平行に距離を保ちます。ここで、一致はオフセットの距離が0と考えられるので、両者は同じ役割です。角度(図1右)は指定の角度を保ちます。平行・直交も角度がそれぞれ、0°と90°と考えることができます。つまり、CAD製品によって、拘束の種類が多く感じても、考え方はオフセットと角度を理解すれば十分です。

図1:アセンブリ拘束

図1:アセンブリ拘束

アセンブリ拘束で面を指定するとき、合わせる向きも指定します(図2)。拘束の対象として、面のほかに、軸、エッジ、コーナーを自由に組み合わせることができます(図3)。

図2:拘束の向き

図2:拘束の向き

図3:拘束の対象

図3:拘束の対象

通常、1つの拘束だけでは位置が確定しません。図4は、上の部品(新規に配置)と下の部品(あらかじめ固定)との面同士を一致拘束しています。このとき、水平方向(図の横方向)の移動は自由なままです。

図4:面の一致の自由度

図4:面の一致の自由度

拘束を与えたときの位置決めの状態は、自由度(DOF)として考えることができます。3D空間で部品の位置を決定するためには、6自由度(3軸の並進と回転)で表現することを第1回で紹介しました。アセンブリ拘束とは、この自由度のいずれかを拘束することです。図4の右は面同士の一致拘束で、拘束される自由度(赤色)と残る自由度(青色)を示しています。上の部品は拘束した後も青い矢印の方向に自由に動くことができます。拘束によって6自由度全てを拘束したとき、完全に位置決めされた状態になります。

自由度の残し方により、回転軸やスライダなどの機械の動きを表現することができます。なお、拘束する自由度に特別な関係が定義された、ねじ・歯車・カムなど機械要素の動作を表現できる拘束が用意されているCADもあります。

3. アセンブリ構成

アセンブリでは、1つの製品で多数のパーツを扱う必要があります。このとき、1つのアセンブリ内に全てのパーツを配置すると、数が膨大になり、扱いきれなくなります。そこで、関係の深いパーツ同士を合わせて1つのアセンブリとし、これを1つの固まりとしてアセンブリ内に配置します。この方法により、アセンブリやパーツを図5のような階層構造にすることができます。階層構造にすると、製品の規模が大きくなっても、それぞれのアセンブリの1つの階層内の規模を適正に保つことができます。アセンブリ構成は、その階層構造の様子が木の幹から枝が広がっているように見えることから、ツリー(アセンブリツリー)とも呼ばれます。

図5:アセンブリの階層構造

図5:アセンブリの階層構造

アセンブリ構成を作成するCAD操作は簡単です。アセンブリ内にアセンブリモデルを配置すれば、自動的に階層構造になります。3D CADはアセンブリ内にモデルを配置するとき、パーツモデルとアセンブリモデルとを区別なく扱います。このため、アセンブリモデルに配置されたパーツやアセンブリのことを構成要素と呼びます。今回は、読みやすさのために部品と呼びます。

続きは、保管用PDFに掲載中。ぜひ、下記よりダウンロードして、ご覧ください。

4. アセンブリモデリングの活用法

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