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fusion360のアセンブリ方法を徹底紹介!組み立てから基本操作までご紹介!

2022.09.21更新

昔は機械などを設計するとき、図面を紙に描いていました。しかし現在はCADなどのソフトを用いることで、2次元の製図だけでなく3Dモデル作成や解析、シミュレーションなどもコンピューター上で行えるようになっています。今回は、CADソフトの1つであるfusion360のアセンブリ方法についてご説明します。

CADと筐体設計

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機械設計は、構造設計と機構設計の大きく2つに分けられます。

構造設計は部品や筐体など、機械的な動きを伴わない設計を指します。一方、機構設計ではドアやモーターなど、機械的に動くものを設計します。

今回は構造設計の中の筐体設計に注目し、まずは筐体設計に必要なスキルなどについて説明します。

筐体(きょうたい)とは?

筐体とは機械の本体を収める入れ物のことで、機械のケースやフレームなどの外装を指します。防塵や防水、放熱、耐震などの保護機能だけでなく、製品の持ちやすさや使いやすさなどのユーザーインターフェースも担っています。

また、機械によっては本体を収納する箱としてだけでなく、内部構造に関わる場合もあります。

CADとは?

CAD(キャド:Computer Aided Design)とは、コンピューターを利用した設計の技術、または技法のことです。人間の創造力とコンピューターの性能を組み見合わせ、設計を効率的に行うことを目的としています。

CADを実践するソフトのことをCADソフトと言い、機械や建築、土木、電気電子、服飾などの分野における設計ツールとしてよく使われています。

CADソフトは、汎用CADと専用CADの大きく2つに分けられます。汎用CADは基本的な作図機能を有し、幅広い分野で使うことを想定されているのに対し、専用CADは基本的な作図機能に加え、各分野に特化した機能を有しています。

筐体設計に必要なスキル

筐体は機械の種類によって、求められる機能や性質が異なってきます。

例えばモーターやエンジンなど、振動や衝撃、大きい音などを伴う機械の筐体には、耐震性や防音性などの機能が要求されますし、スマートフォンやパソコン、カメラなどの人が手にするような機械の筐体には、持ちやすさや使いやすさなどのユーザーインターフェースが重視されます。また性能や機能だけでなく、コストやデザイン性などの商品価値に関わる部分も考慮する必要があります。

筐体設計では、機能性における幅広い要求を反映するだけでなく、経済性、生産効率なども考慮した設計を行う能力が求められます。また実用的な部分で言えば、CADソフトを扱う技術や4大力学(流体力学、機械力学、材料力学、熱力学)の知識も必要になります。

fusion360とは?

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fusion360はCADソフトの1つで、特に機械工学分野の設計に適しています。様々な機能を備えた優秀なソフトでありながら、価格は比較的リーズナブルで、1カ月間の無料体験版も用意されています。

WindowsとMacの両方に対応しており、Macやタブレットでも利用できます。またクラウドをベースとして動かすため、fusion360のソフトとアカウントがあれば、データのアクセスや共有が簡単に行えます。操作が覚えやすく、初心者でも利用しやすいソフトです。また、fusion360以外のデータを開いたり(インポートする)、書き出したり(エクスポートする)こともできます。

Autodesk社 fusion360

fusion360の機能

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fusion360には、3Dモデリングやアセンブリを始めとした様々な機能が備わっています。

3Dモデリング

立体的な物体を形作る機能です。コンピューター上の3次元空間で寸法や角度を指定しながら、様々な形状の物体をデザインすることができます。

機械工学においては外装を担う筐体や、機械内部に組み込むネジや歯車などの設計に使われています。

アセンブリ

アセンブリは、3Dモデリングで作成した部品を組み立てる機能です。機械を構成するネジや歯車、ボディなど、別々で設計した部品を集めてコンピューター上で組み合わせ、実際の動きを簡単にシミュレーションすることができます。

このシミュレーション結果をもとにして、組み立てたときに部品同士がぶつかったりしないか、機械的な動きを加えたときに問題なく動いてくれるか、などを確認し、場合によっては寸法の修正などを行います。

部品を現物化する前にこの作業をしておくと、材料の浪費削減や効率的な生産が可能になります。

解析

物体に熱、または物理的な力(圧力や引っ張りなど)を外部から加えると、その負荷によって内部で力が生じます。この力を応力と言い、物の強度や損壊、変形に関わります。そのためネジや歯車など、特に継続的に負荷がかかるような機械部品の設計において、応力の考慮は重要な意味を持ちます。

fusion360などのCADソフトには、実際の使用場面をシミュレーションし、応力や熱伝導などを解析する機能があります。この解析機能によって、部品や製品の壊れやすい部分、熱を持ちやすい部分、負荷がかかった時の変形具合などが分かり、設計に反映することができます。また部品の素材を指定することもできるため、素材による違いを比較し、材料を検討することも可能です。

レンダリング

3Dモデリングで作成したモデルに色や質感、影などを付け、写真のようなリアルさを出す機能です。現物化したときのイメージが湧きやすくなり、特にデザイン性などを重視する場合に役立ちます。

2D図面作成

fusion360では基本的に3次元的な設計を行いますが、そこから2次元の平面図に描き起こすこともできます。製図で使われる寸法線や公差なども書き込める他、3Dモデリングの寸法変更なども反映されます。手作業の場合よりも効率的、かつ正確な製図が簡単にできます。

CAM機能

CAM(キャム:Computer Aided Manufacturing)は、CADのデータを工作機械に入力する機能です。CADで作成された製品の形状データをもとに、3Dプリンターなどの工作機械を動かすプログラムを作成します。

アセンブリの種類と使い方

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設計には、ボトムアップ設計とトップダウン設計の2種類の方法があります。どちらで設計するかによって、アセンブリの方法も変わってきます。fusion360は、ボトムアップアセンブリとトップダウンアセンブリの両方に対応しています。

ボトムアップアセンブリ

ボトムアップ設計はまず部品を設計し、それらを組み立てて形にする設計方法です。部品の寸法が確定している場合、例えば流用設計を行う場合などに使われます。ボトムアップ設計のアセンブリでは、まず図面などをもとにして、3Dモデリングで部品を設計するところから始めます。

トップダウンアセンブリ

トップダウン設計は最初に製品全体の大枠を決め、それに沿って部品を設計していく方法です。図面も何もない、まっさらな状態から製品を作るときに使われます。3DのCADソフトで設計する場合は、基本的にこの設計方法がメインになります。

トップダウン設計ではまずアセンブリを作成し、それを解体していくような形で部品を設計していきます。筐体設計はコストや強度など考慮すること多い点で難かしさはありますが、機構設計などに比べると形状や構造もあまり複雑ではないため、これからトップダウン設計の技術を身につけたい初心者などにおすすめです。

fusion360のアセンブリ方法:パーツ作成

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アセンブリには、まず組み立てるパーツが必要です。

ボトムアップアセンブリの場合、部品の寸法などがすでに決まっているので、まずは3Dモデリングでパーツを作ります。寸法や角度、曲線のアールなどを指定しながら、各パーツを希望の形状に整形します。

一方トップダウンアセンブリの場合、アセンブリの形成から始めます。ポンチ絵(アイデアのスケッチ)などをもとにして全体のレイアウトを決め、レイアウトスケッチを作ります。そこからパーツを切り出すような形で設計していきます。

fusion360のアセンブリ方法:パーツの組み合わせ

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ボトムアップアセンブリの場合、別々で作ったパーツを1つの場所に集めて組み立てていきます。fusion360では、アセンブリの中の「ジョイント(合致)」というコマンドを使うと、部品同士をくっつけながら、積み木のように簡単に組み立てることができます。

トップダウンアセンブリの場合、パーツの設計を始めるときにはすでにアセンブリされている状態なので、アセンブリで部品の接触や動きを確認しながら、パーツの設計を進めることができます。トップダウンアセンブリではパーツの位置が固定されているため、ボトムアップアセンブリで使った「ジョイント」ではなく、「位置固定ジョイント」を使います。

3DCADソフトではモデリングやアセンブリの履歴が残り、巻き戻して変更や修正ができます。そのため、履歴を整理・管理しておくと作業を進めやすくなります。アセンブリをいくつかに分割して設計していくと良いでしょう。

まとめ

今回は、CADソフトの1つであるfusion360とアセンブリ機能についてご説明しました。

この記事のおさらい
  • fusion360は機械設計に適した3DCADソフトで、モデリングやアセンブリなどの様々な機能がある。
  • アセンブリとは、3Dモデリングで作った部品を集めて組み立てること。
  • アセンブリによって、部品同士のぶつかりや完成時の動作を事前に確認することで、再作成のコスト削減や設計修正の時間短縮が可能になる。
  • アセンブリには、流用設計などで使うボトムアップアセンブリと、新しく製品を作るトップダウンアセンブリの2種類がある。3DCADの設計ではボトムアップアセンブリがメインで、fusion360はどちらにも対応している。

筐体設計を始めとする機械設計には、3DCADソフトを使う技術が必要です。CADを使うことで、効率的かつ経済的な設計が簡単にできるようになります。

3DCADソフトは気になるけど、金銭的に躊躇している方、低価格で高性能なソフトを使いたい方などは、一度fusion360の導入を検討されてみてはいかがでしょうか。

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