はじめに

機械装置設計では、最初に構想図を作り、装置全体の考え方を整理します。

構想図では、

  • ワークの流れ
  • 作業者の位置
  • 必要な機構
  • 装置のおおまかな大きさ
  • 安全カバーの範囲
  • シリンダやモーターの配置
  • センサーの考え方

などを大まかに決めます。

しかし、構想図ができたからといって、そのまま製作できるわけではありません。

実際に製作するためには、構想図をもとに詳細設計へ進め、部品形状、購入品型式、取付方法、調整代、干渉、安全性、メンテナンス性を具体的に決めていく必要があります。

今回は、機械設計初心者向けに、
「構想図から詳細設計へ進める手順」
について解説します。


構想図で決めた内容を確認する

詳細設計へ入る前に、まず構想図で決めた内容を確認します。

いきなり部品を細かく作り始めるのではなく、装置全体の方向性が合っているかを見直します。

確認したい内容は、次のようなものです。

  • 装置の目的は明確か
  • ワークの流れは成立しているか
  • 作業者の位置は問題ないか
  • 必要な機構は抜けていないか
  • 安全カバーの考え方は合っているか
  • 設置スペースに入るか
  • メンテナンススペースはあるか

構想図の段階であいまいな部分が残っていると、詳細設計中に迷いや手戻りが出やすくなります。

特に、ワーク基準、動作順序、停止位置、安全対策は、詳細設計へ入る前に整理しておきたい部分です。

詳細設計は、構想図の考え方を具体化する作業です。

そのため、まずは構想図の前提条件を確認することが大切です。


装置をユニットごとに分ける

詳細設計では、装置全体をいきなり細かく作るよりも、ユニットごとに分けて考えると進めやすくなります。

たとえば、

  • 架台ユニット
  • 搬送ユニット
  • 位置決めユニット
  • クランプユニット
  • 押込みユニット
  • 昇降ユニット
  • 回転ユニット
  • カバーユニット
  • 操作盤まわり

というように分けます。

ユニットごとに分けると、それぞれの役割が分かりやすくなります。

また、組立順序、メンテナンス、図面構成、部品表の整理もしやすくなります。

設計時には、

どこまでを1つのユニットにするか
ユニット同士の取合いはどこか
後から外す必要があるユニットはどれか
組立や搬入に無理のない大きさか

を確認します。

ユニット分けがうまくできると、詳細設計だけでなく、製作・組立・調整も進めやすくなります。


購入品を早めに決める

詳細設計では、購入品を早めに決めることが重要です。

購入品の寸法や仕様が決まらないと、周辺部品の設計も決まりません。

たとえば、

  • エアシリンダ
  • リニアガイド
  • モーター
  • 減速機
  • センサー
  • ベアリング
  • カップリング
  • コンベヤ
  • アジャスタ
  • キャスター
  • トグルクランプ

などです。

購入品は、あとから型式を変えると、取付穴、全長、ストローク、配線位置、配管位置、カバー形状まで影響することがあります。

設計時には、

必要な能力を満たしているか
外形寸法と取付寸法は確認したか
CADデータは入手できるか
納期に問題はないか
メンテナンス時に再手配しやすいか

を確認します。

特に、納期が長い購入品や、装置全体寸法に影響する購入品は早めに確定した方がよいです。

購入品を先に決めることで、詳細設計の手戻りを減らしやすくなります。


取合い寸法を決める

詳細設計では、ユニット同士や部品同士の取合い寸法を決めていきます。

取合い寸法とは、部品同士が接続する部分の寸法や位置関係のことです。

たとえば、

  • 架台にユニットを取り付ける位置
  • ガイドとスライドプレートの位置
  • シリンダとロッド先端金具の位置
  • センサーと検出体の距離
  • カバーとフレームの取付位置
  • 前後工程との受け渡し高さ

などです。

取合いがあいまいなまま部品を作ると、組立時に穴が合わない、位置が出ない、調整できないという問題が起こります。

設計時には、

基準になる面や穴はどこか
取付穴の位置は合っているか
調整代は必要か
相手部品とのすき間は適切か
組立時に位置合わせできるか

を確認します。

詳細設計では、各部品の形状だけでなく、部品同士の関係を明確にすることが大切です。


干渉確認を繰り返す

詳細設計では、干渉確認を何度も行います。

CAD上で部品がきれいに配置されていても、実際には動作中に干渉することがあります。

確認したいのは、停止状態だけではありません。

  • シリンダ前進時
  • シリンダ後退時
  • 昇降上端・下端
  • 回転途中
  • カバー開閉時
  • ワーク投入時
  • ワーク排出時
  • メンテナンス時

といった状態を確認します。

特に可動部では、動いた途中の軌跡を見ることが重要です。

設計時には、

可動範囲全体で干渉しないか
ワークと機構が当たらないか
配線や配管が引っ張られないか
工具や手を入れるスペースはあるか
カバーを開けた状態で干渉しないか

を確認します。

干渉確認は、最後に一度だけ行うものではありません。

詳細設計中に何度も確認することで、手戻りを減らせます。


調整代と逃げを入れる

詳細設計では、現物のばらつきや組立誤差を考えて、調整代や逃げを入れることがあります。

装置は、すべての部品が理想寸法どおりに仕上がるわけではありません。

加工誤差、組立誤差、ワークばらつき、溶接ひずみ、現地据付誤差などがあります。

そのため、重要な部分には調整できる余地を持たせます。

たとえば、

  • センサー取付を長穴にする
  • ストッパ位置を調整式にする
  • シムで高さ調整できるようにする
  • ガイドに組立調整代を持たせる
  • カバーに少し逃げを持たせる

といった方法です。

ただし、何でも長穴にすればよいわけではありません。

調整方向が合っていなかったり、調整後に固定できなかったりすると意味がありません。

設計時には、

どの方向に調整が必要か
調整量は足りるか
調整後にしっかり固定できるか
逃げを入れても機能に影響しないか

を確認します。

調整代と逃げは、現場で装置を成立させるための大切な設計要素です。


部品図化の前に見直す

詳細設計が進んできたら、部品図を作る前に全体を見直します。

部品図を作り始めてから大きな修正が入ると、修正範囲が広くなります。

そのため、できれば部品図化の前に、組立図や3Dモデル上で主要な確認を済ませておきます。

確認したい内容は、

  • 動作は成立しているか
  • 干渉はないか
  • 購入品型式は確定しているか
  • 調整代は入っているか
  • ボルトや工具スペースはあるか
  • メンテナンス時に外せるか
  • 安全カバーは成立しているか
  • 製作しにくい形状はないか

などです。

この段階で、加工者や組立者の目線でも見直せると、さらに良くなります。

部品図化は、詳細設計の最後に近い工程です。

その前に、装置として成立しているかを確認することが大切です。


構想図から詳細設計へ進めるチェックリスト

構想図から詳細設計へ進めるときは、次の内容を確認するとよいです。

1. 構想内容

  • 装置の目的が明確になっている
  • ワークの流れが成立している
  • 動作順序が整理されている
  • 安全対策の考え方が決まっている
  • メンテナンススペースを考えている

2. ユニット分け

  • 装置をユニットごとに分けている
  • ユニット同士の取合いを決めている
  • 組立順序に無理がない
  • 後から外すユニットを考えている

3. 購入品

  • 購入品の型式を早めに決めている
  • 外形寸法・取付寸法を確認している
  • CADデータを確認している
  • 納期や入手性を確認している

4. 詳細確認

  • 可動範囲全体で干渉確認している
  • 配線・配管スペースを考えている
  • 調整代や逃げを入れている
  • 工具スペースを確認している
  • 安全カバーや扉の開閉を確認している

5. 部品図化前

  • 装置全体として動作が成立している
  • 加工しにくい形状がないか確認している
  • 組立・調整しやすい構造になっている
  • メンテナンス時に外せる構造になっている
  • 図面化する購入品・製作品が整理されている

まとめ

構想図から詳細設計へ進める段階では、装置の考え方を具体的な形にしていきます。

この段階で大切なのは、いきなり部品を細かく作り込むことではありません。

まず、構想図で決めた内容を確認し、装置をユニットごとに分け、購入品を決め、取合い寸法を整理しながら詳細を詰めていきます。

構想図から詳細設計へ進めるときは、

構想内容の確認
ユニット分け
購入品の選定
取合い寸法
干渉確認
調整代と逃げ
部品図化前の見直し

を意識することが大切です。

良い詳細設計とは、構想図をただ細かくしたものではありません。

製作でき、組み立てられ、調整でき、メンテナンスできる状態まで具体化した設計
です。

初心者のうちは、構想図から詳細設計へ進めるときに、まず
どのユニットから決めるか、どの購入品を先に決めるか、どこが取合いになるか
を書き出すことをおすすめします。

次回は、
「良い装置設計に共通する考え方」
について解説します。