第 1 分冊

3 次元 CAD 入門

目

次

第1分冊

学習のねらい .................................................................................................. 1

第1週

3 次元 CAD 導入と概要

第1週の学習のポイント ................................................................................................................... 3
1.1

3次元CADとは ...................................................................................................................................................................... 4

1.2

3次元CAD導入の検討事項 ........................................................................................................................................... 6

1.3

3次元CADの必要性 ........................................................................................................................................................... 8

1.4

3次元モデルの種類・構成 ............................................................................................................................................ 9

1.4.1

ワイヤーフレームモデル ...................................................................................................................................... 9

1.4.2

サーフェスモデル ....................................................................................................................................................11

1.4.3

ソリッドモデル .........................................................................................................................................................13

1.4.4

サーフェスモデルとソリッドモデルによるモデリング比較 .................................................. 15

1.5

モデリング手法 ..................................................................................................................................................................16

1.6

表示技術 ...................................................................................................................................................................................18

1.6.1

シェーディング .........................................................................................................................................................18

1.6.2

表示精度 .........................................................................................................................................................................19

1.7

トレランス .............................................................................................................................................................................21

第1週のまとめと練習問題 ............................................................................................................. 22

第2週

3 次元 CAD の機能（ソリッドモデル）

第2週の学習のポイント ................................................................................................................. 25
2.1 スケッチ（プロファイル）と作業平面 ............................................................................................................26
2.2

ソリッドモデル作成 ........................................................................................................................................................26iii

2.3

ソリッドモデルの編集 ..................................................................................................................................................30

2.4

ブーリアン演算 ..................................................................................................................................................................36

2.5

モデリング時の注意点 ..................................................................................................................................................37

第2週のまとめと練習問題 ............................................................................................................. 41

第3週

3 次元 CAD の機能（サーフェスモデル）

第3週の学習のポイント ................................................................................................................. 43
3.1

ワイヤーフレーム作成 ..................................................................................................................................................44

3.2

作業平面作成 ........................................................................................................................................................................52

3.3

サーフェスの作成 .............................................................................................................................................................55

3.4

サーフェスの編集 .............................................................................................................................................................57

3.5

サーフェスを用いた集合演算 ..................................................................................................................................61

3.6

サーフェス生成時の注意点 .......................................................................................................................................62

第3週のまとめと練習問題 ............................................................................................................. 65

第4週

モデリング手順

第4週の学習のポイント ................................................................................................................. 67
4.1

モデリング手順 ....................................................................................................................... 68

4.2

スケッチの作成と拘束定義 .......................................................................................................................................70

4.2.1

ラフスケッチ ...............................................................................................................................................................70

4.2.2

幾何拘束 .........................................................................................................................................................................704.2.3

寸法拘束 .........................................................................................................................................................................75

4.3 モデリング事例1 ..................................................................................................................... 75
4.4 モデリング事例2 ..................................................................................................................... 81
第4週のまとめと練習問題 ............................................................................................................. 96

STEP UP ............................................................................................................................................ 97
参考文献 ................................................................................................................................................98
練習問題の解答 ....................................................................................................................................99
索iv

引 .................................................................................................................................................101

第1週

3次元CAD導入と概要

イメージしにくく，曲面などもうまく表現できなかったのですが，3 次元 CAD では，3 次元の物体をそのまま，コンピュータ上に 3 次元物体として表現でき，設計しているものが大変イメージしやすくなりました（図 1.2）。
3 次元 CAD では，さらに体積や重量，重心や慣性モーメントなどの設計時に必要となるデータを瞬時に取り出せたり，他の部品との干渉チェックがコンピュータ上で可能となり，試作回数の低減や設計変更に伴う「手戻り」が大幅に削減できるなどの利点があります。

図1.2 3次元CADによるモデル

現在では，3 次元 CAD は一般の事務処理用のパソコンでも動作可能なほどになっていますが，開発当初は一台が数億円というようなスーパーコンピュータで利用されていました。当然，使用できる範囲も限られ，軍事産業や航空機産業などの一部の特化業務として使われていたのが1960年代半ばから70年代でしょう。80年代から次第にワークステーション上で動作可能となり，一般企業においても妥当なコストパフォーマンスとして急速に普及しました。そして，パソコンの急激な進化に伴い，低価格化，操作などの扱いやすさから中小企業や個人での所有まで可能になっています。
さらに，さまざまなソフトがシェア争いの価格競争から更なる低価格化，高機能化が進行しており，ますます扱いやすいものに変化していくことでしょう。

5第1週

3次元CAD導入と概要て非効率として扱われ，使われなくなっていくケースが多いようです。そのため，導入時に短期間に集中して取扱いを習得することが重要です。
次に，導入教育や不明な部分のサポート，ソフトのバージョンアップなどの保守契約についても，事前に充分検討しておくことが必要です。 多くのソフトは 1 年から数年に1 回はバージョンアップされています。 とくに他者とのデータのやりとりに直接 3 次元
CAD データを用いている場合は，相手先から最新バージョンのデータが来た場合に，読めないなどの弊害が出ることも良くあります。 保守費用も決して安くはありませんが，長期的な観点で判断してください。
そして，どの程度の数量を導入するかも大きな検討項目です。 やはり大きくコストに影響しますが，予算から単純割して台数を決めてしまうのは賢明ではありません。 そのソフトをどのように活用するかで必要な本数が決まってくるかと思います。データのやりとりを行うトランスレータとしての活用であったり，業務に活用できるかどうかの下見程度であればまずは 1 台ということになるでしょうし，主の設計業務に活用していくことになれば，設計者の数は必要になるかと思います。
最後に導入ソフトを入れるコンピュータのスペック及び周辺機器です。3 次元 CAD によるコンピュータへの負荷は，他の業務用ソフトに比べると極端に大きなものです。 通常扱うパソコンに比べてハイスペックな物を準備する必要があります。また 3 次元モデル表示のためのグラフィックボードなども重要ですが，よく分らなければソフトの販売メーカが相談にのってくれるはずです。現在所有しているパソコンで稼働するのかなどは確認してみると良いでしょう。
3 次元 CAD データを製品の企画，開発から設計，製造，検査まで幅広く用いることがソフトを最大限に活用することにはなりますが，業種による専門性や活用分野を広げようとすればCADソフト以上にコストがかかることになります。トータルのコストを見越しての導入検討が必要です（図 1.4）。
3次元ＣＡＤ導入時の検討事項
・CADの活用目的
・CADソフトの選定・活用までの教育体制
・保守契約の有無
・導入台数
・コンピュータのスペック
・後工程で必要となる機器・ソフト
図1.4

CAD導入の検討事項

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