はじめに
機械図面では、寸法を入れる位置や基準の取り方がとても重要です。
同じ形状の部品でも、寸法の入れ方によって、加工しやすい図面にも、加工しにくい図面にもなります。
初心者のうちは、
「形状が分かればよい」
「寸法が全部入っていればよい」
「CADで測れるから問題ない」
「見やすい場所に寸法を入れればよい」
と考えてしまうことがあります。
しかし実務では、寸法は単に形を示すためだけのものではありません。
加工者が、
どこを基準に材料をつかむのか
どの面から寸法を追うのか
どの順番で加工するのか
どの面を重要面として仕上げるのか
を判断するための情報でもあります。
寸法の基準があいまいだと、加工者が迷います。
場合によっては、設計者の意図とは違う基準で加工されてしまい、組立時に位置が合わない、精度が出ない、再加工が必要になるといった問題につながります。
今回は、機械設計初心者向けに
「加工基準を考えた寸法の入れ方」
について解説します。
加工基準とは何か
加工基準とは、加工するときに基準として使う面や線、穴のことです。
加工者は、部品を加工機にセットするとき、どこかを基準にして位置を決めます。
たとえば、ブロック部品であれば、下面や側面を基準にして加工することがあります。
プレート部品であれば、外形の一辺や基準穴を使って寸法を追うことがあります。
丸物部品であれば、中心軸や端面を基準にします。
つまり加工基準とは、
加工時に寸法を作るための出発点
です。
図面寸法が加工基準と合っていないと、加工者は寸法を読み替える必要があります。
読み替えが多い図面は、ミスが起きやすくなります。
設計者は、寸法を入れるときに、
加工者がどこを基準に加工するか
を考えることが大切です。
設計基準と加工基準は同じとは限らない
図面には、設計上の基準があります。
設計基準とは、部品の機能を考えるうえで重要な基準です。
たとえば、相手部品と当たる面、位置決めピン穴、回転中心、取付面などです。
一方で、加工基準は、実際に加工するときに使う基準です。
この2つは同じ場合もありますが、必ず同じとは限りません。
たとえば、設計上は中央の穴が重要でも、加工時には外形の一辺を基準にして加工することがあります。
逆に、加工しやすい外形基準で寸法を入れたものの、組立上は別の面からの位置が重要な場合もあります。
ここで大切なのは、
設計上重要な基準
と
加工上使いやすい基準
の両方を意識することです。
理想は、設計基準と加工基準ができるだけ一致している図面です。
一致していれば、加工もしやすく、設計意図も伝わりやすくなります。
基準面を明確にする
加工しやすい図面にするには、まず基準面を明確にすることが大切です。
基準面とは、寸法を追う出発点になる面です。
たとえば、プレート部品であれば、左側面と下面を基準にして穴位置を入れることがあります。
ブロック部品であれば、下面、側面、端面を基準にして段差や穴位置を決めることがあります。
基準面が明確であれば、加工者は図面を見て、
「この面を基準に加工すればよい」
「この穴位置は下面と左面から追えばよい」
「この高さは取付面から決まっている」
と判断しやすくなります。
反対に、寸法があちこちの面から入っていると、どの面が重要なのか分かりにくくなります。
図面では、
どの面が取付面か
どの面が位置決め面か
どの面から寸法を追うべきか
が分かるように寸法を入れることが大切です。
寸法をあちこちから入れない
初心者がやりがちな寸法の入れ方に、寸法をあちこちの面から入れてしまうことがあります。
たとえば、ある穴は左端から寸法を入れ、別の穴は右端から寸法を入れ、段差は中央から入れ、切欠きは反対側から入れるような図面です。
これでは、加工者がどこを基準にすればよいのか迷いやすくなります。
また、寸法の累積や計算が必要になり、加工ミスの原因になります。
寸法は、できるだけ基準をそろえて入れることが基本です。
特に穴位置や重要な段差は、同じ基準面から寸法を追えるようにすると分かりやすくなります。
もちろん、すべての寸法を同じ方向から入れればよいわけではありません。
しかし、
機能上関係する寸法
加工時にまとめて加工する寸法
相手部品と合う寸法
は、基準をそろえることが大切です。
累積寸法に注意する
寸法の入れ方で注意したいのが、累積寸法です。
累積寸法とは、寸法を次々につないで入れる方法です。
たとえば、穴Aから穴Bまで20mm、穴Bから穴Cまで20mm、穴Cから穴Dまで20mmのように寸法を入れる方法です。
この方法は、穴同士のピッチを示したい場合には分かりやすいことがあります。
しかし、端面から最後の穴までの位置が重要な場合は注意が必要です。
なぜなら、それぞれの寸法誤差が積み重なる可能性があるからです。
たとえば、各ピッチが少しずつずれると、最後の穴位置が端面から大きくずれる場合があります。
そのため、穴列全体の位置が重要な場合は、基準面から各穴までの寸法を入れる方がよい場合があります。
設計時には、
穴同士のピッチが重要なのか
基準面からの位置が重要なのか
最後の位置ずれが問題になるのか
を考えて寸法を入れます。
穴位置は役割で基準を考える
穴位置の寸法は、その穴の役割によって考え方が変わります。
たとえば、ボルト通し穴、位置決めピン穴、調整用長穴では、必要な寸法の意味が違います。
ボルト通し穴は、部品を固定するための穴です。
多少の位置ズレは、穴の余裕で吸収できる場合があります。
一方、位置決めピン穴は、部品の位置を決める重要な穴です。
そのため、基準面や相手部品との関係が非常に重要になります。
調整用長穴では、どの方向に調整したいのかが大切です。
穴位置を入れるときは、
その穴は締結用か
位置決め用か
調整用か
相手部品のどこに合うのか
を考えます。
穴の役割を考えずに寸法を入れると、加工はできても組立時に使いにくい図面になることがあります。
位置決め穴は基準との関係を明確にする
位置決め穴は、部品の組立精度に大きく関係します。
ノックピン穴やダウエルピン穴などは、部品同士の位置を決めるために使われます。
このような穴は、基準面からの位置が重要です。
たとえば、取付面に対してピン穴がどの位置にあるのか。
相手部品の基準面とどう対応するのか。
穴同士のピッチが重要なのか。
穴と端面の関係が重要なのか。
これを明確にする必要があります。
位置決め穴の寸法があいまいだと、相手部品との位置が合わなくなる可能性があります。
また、ボルト穴と位置決め穴を同じ感覚で寸法入れしてしまうと、どの穴が重要なのか分かりにくくなります。
図面では、位置決め穴が分かるように、公差や注記、寸法基準を整理することが大切です。
加工方向を考えて寸法を入れる
寸法を入れるときは、加工方向も考える必要があります。
たとえば、フライス加工で上面から加工する段差と、側面から加工する穴では、加工方向が違います。
同じ部品でも、上から加工する形状、横から加工する形状、裏返して加工する形状があります。
加工方向が変わると、段取りが変わります。
段取りが変わると、位置精度にも影響する場合があります。
そのため、同じ段取りで加工できる形状は、同じ基準から寸法を追えるようにすると分かりやすくなります。
反対に、別方向から加工する形状では、加工基準や寸法の関係を明確にしておく必要があります。
設計時には、
この穴はどの方向から加工するのか
この段差はどの面を基準に加工するのか
裏面加工との関係は重要か
を考えながら寸法を入れることが大切です。
つかみ替えがある加工は精度に注意する
加工では、部品を一度固定してすべて加工できるとは限りません。
部品をひっくり返したり、向きを変えたりして加工することがあります。
これを、つかみ替えと考えると分かりやすいです。
つかみ替えがあると、基準の取り直しが必要になります。
そのため、最初の加工面と次の加工面の位置関係には、わずかなズレが出やすくなります。
たとえば、表側から加工した穴と、裏側から加工した穴の位置関係を厳しく求める場合は注意が必要です。
また、側面から加工する穴と上面から加工する穴の交差位置が重要な場合も同じです。
設計時には、
同じ段取りで加工できる寸法か
つかみ替えが必要な寸法か
つかみ替え後でも必要な精度が出せるか
を考えます。
つかみ替えが必要な部分に厳しい公差を入れる場合は、理由と加工方法を考える必要があります。
取付面から寸法を追う考え方
部品には、相手部品と取り付く面があります。
この取付面は、寸法の基準として重要になることが多いです。
たとえば、ブラケットにセンサーを取り付ける場合、センサーの高さや位置は取付面から決まることがあります。
ガイドレールを取り付けるベースでは、ガイド取付面から穴位置や段差を考える必要があります。
モーター取付座では、取付面と軸中心の関係が重要になります。
このような場合、外形の端から寸法を入れるよりも、取付面や機能面から寸法を入れた方が設計意図が伝わりやすくなります。
寸法を入れるときは、
部品がどこで取り付くのか
どの面が相手部品と接触するのか
機能上の高さや位置はどこから決まるのか
を考えます。
取付面を基準にすると、組立時に必要な寸法が分かりやすくなります。
中心基準で入れるべき寸法もある
すべての寸法を端面から入れればよいわけではありません。
部品によっては、中心基準で寸法を入れた方がよい場合があります。
たとえば、左右対称の部品や、回転中心を持つ部品です。
丸物部品では、中心軸が基準になります。
また、左右対称のブラケットでは、中心線から穴位置を振り分ける方が分かりやすいことがあります。
ただし、中心基準を使う場合は、本当に中心が機能上重要なのかを考える必要があります。
単に見た目が対称だから中心基準にするのではなく、
相手部品が中心で合うのか
回転中心や搬送中心に関係するのか
左右のバランスが重要なのか
を確認します。
中心基準は便利ですが、加工や検査の基準として使いやすいかも考えることが大切です。
外形寸法を基準にしすぎない
外形寸法は分かりやすい基準に見えます。
しかし、外形が必ずしも機能上重要とは限りません。
たとえば、カバーや逃げ形状の外形は、多少ばらついても機能に影響しないことがあります。
一方で、穴位置や取付面の位置は重要な場合があります。
このとき、重要でない外形から重要な穴位置をすべて追ってしまうと、設計意図が分かりにくくなります。
また、外形がレーザー切断や製缶のままで、穴だけ後加工する場合などは、外形を高精度な基準として使えないこともあります。
設計時には、
外形は本当に基準になる面か
その外形は加工精度が出る面か
重要なのは外形か、穴や取付面か
を考えることが大切です。
外形が目立つからといって、必ず基準にする必要はありません。
加工しない面を基準にしていないか
材料の黒皮面や切断面など、加工しない面を基準にして寸法を入れる場合は注意が必要です。
加工しない面は、精度が安定しない場合があります。
たとえば、黒皮材の表面は、そのままでは精密な基準面には向きません。
レーザー切断面やバンドソー切断面も、用途によっては基準面として不十分な場合があります。
もちろん、一般的な外形寸法や、精度が不要な部分であれば問題ない場合もあります。
しかし、精度が必要な穴位置や取付面を、加工しない面から厳しく追うのは注意が必要です。
設計時には、
その面は加工される面か
基準として使える面か
精度が必要な寸法をそこから追ってよいか
を確認します。
必要であれば、基準面を機械加工する指示を入れることも考えます。
加工基準と検査基準を合わせる
寸法は、加工するためだけでなく、検査するためにも使われます。
加工者がどこを基準に加工したか。
検査者がどこを基準に測定するか。
これがずれていると、判断が難しくなる場合があります。
たとえば、加工者は下面基準で加工したのに、検査では反対面から寸法を測ると、板厚や反りの影響を受けることがあります。
また、位置決め穴の寸法を確認する場合、どの面や穴を基準に測定するかが重要です。
設計時には、
その寸法はどう測定するのか
測定基準は明確か
加工基準と検査基準が大きくずれていないか
を考えることが大切です。
検査しやすい図面は、加工者にも設計者にも分かりやすい図面です。
寸法を入れすぎると矛盾しやすい
寸法は不足してはいけません。
しかし、入れすぎても問題になります。
たとえば、穴位置を左端からも右端からも入れてしまうと、寸法が重複します。
重複した寸法は、片方を変更したときにもう片方を修正し忘れると矛盾します。
また、全体寸法と部分寸法の合計が合わない図面になることもあります。
寸法の入れすぎは、図面を見にくくするだけでなく、加工ミスの原因になります。
寸法を入れるときは、
加工に必要な寸法か
検査に必要な寸法か
設計意図を伝える寸法か
重複していないか
を確認します。
必要な寸法を整理して、基準が伝わる図面にすることが大切です。
加工順序を想像して寸法を見る
加工基準を考えるには、加工順序を想像することが役に立ちます。
たとえば、ブロック部品であれば、
材料を切る。
基準面を加工する。
反対面を加工する。
側面を加工する。
穴をあける。
タップを立てる。
面取りする。
このような流れを想像します。
板金部品であれば、
板を切る。
穴をあける。
曲げる。
必要なら後加工する。
バリ取りする。
表面処理する。
製缶部品であれば、
材料を切る。
仮付けする。
溶接する。
ひずみを確認する。
後加工する。
塗装する。
加工順序を想像すると、どこを基準にするべきかが見えてきます。
図面を描くときは、完成形だけでなく、加工の流れも頭に入れておきましょう。
図面注記で基準を補足する
寸法だけでは意図が伝わりにくい場合は、注記で補足することもあります。
たとえば、
- この面を基準に加工
- A面加工後、穴加工のこと
- 溶接後、上面加工
- 指示面は機械加工のこと
- 取付面基準に穴加工のこと
- 黒皮可
- 外形はレーザー切断可
- 穴位置重要
このような注記を入れることで、加工者に意図が伝わりやすくなる場合があります。
ただし、注記を入れすぎると図面が読みにくくなります。
重要なのは、寸法だけでは誤解されそうな部分に、必要な補足を入れることです。
加工基準に関係する重要な部分は、図面上で分かりやすく示しましょう。
初心者が確認したいポイント
加工基準を考えて寸法を入れるときは、次のような内容を確認するとよいです。
- どの面を基準に加工するのか
- 設計基準と加工基準が大きくずれていないか
- 取付面や位置決め面は明確か
- 寸法をあちこちの面から入れていないか
- 穴位置の基準はそろっているか
- 累積寸法で問題が出ないか
- 穴の役割に合った寸法基準になっているか
- 位置決め穴の基準は明確か
- 加工方向を考えているか
- つかみ替えが必要な寸法に厳しい公差を入れていないか
- 外形を基準にしすぎていないか
- 加工しない面を精密基準にしていないか
- 加工基準と検査基準が分かりやすいか
- 寸法が重複して矛盾しないか
- 必要な注記で意図を補足しているか
寸法は、ただ数字を入れる作業ではありません。
加工者に設計意図を伝えるための重要な情報です。
まとめ
加工基準を考えた寸法の入れ方は、実務の図面でとても重要です。
図面では、形状が分かるだけでなく、
どの面を基準に加工するのか
どの穴や面が重要なのか
どの寸法を守るべきなのか
加工者がどう寸法を追えばよいのか
が伝わる必要があります。
加工基準があいまいな図面では、加工者が判断に迷い、寸法ミスや組立不良につながることがあります。
良い図面とは、寸法がたくさん入っている図面ではありません。
基準が分かりやすく、加工者が迷わず、組立に必要な寸法が正しく伝わる図面
です。
初心者のうちは、寸法を入れたあとに一度、
この寸法はどこを基準に加工するのか
と確認する習慣を持つとよいです。
加工基準を意識できるようになると、図面は一気に実務的になります。
次回は、
「加工者に伝わる図面注記の書き方」
について解説します。
