2014/6/5 研修の予定 PTC Creoを使用した3D-CAD入門 技術部 谷口康太郎 【前半】（3時間） 5/14 13：10～ ①3D-CADの概要説明 ②3Dデータ作成方法について ③3Dデータ作成演習 【後半】（3時間） 5/28(水)or21(水) 13:10～ ④アセンブリの組み方について ⑤アセンブリ構築演習 ⑥3Dデータから三面図の作成方法について ⑦三面図の作成演習 言葉の意味とその役割 • CAD 言葉の意味とその役割 • CAM – computer aided design（コンピュータ支援設計） – コンピュータを用いて設計をすることやそのツールのこと。 – 2次元CADと3次元CADがある。 • CAE (Computer Aided Engineering) – computer aided manufacturing（コンピュータ支援製造） – CADで作成された形状データから加工用のNCプログラム 作成などの生産準備全般をコンピュータ上で行う為のシ ステム。 – 出力されたデータは、CNC化された工作機械に送られて 実際の加工が行われる。 – 工業製品の設計・開発工程を支援するコンピュータシステム。 – 製品の設計支援システムや、設計した製品の3次元モデル を使って強度や耐熱性、加工性等をなどの特性を計算する 解析システム。製品の機能や性能を確認するためのシミュ レーションシステムなどが含まれる。 3D-CADの概要説明 • ３次元CADとは？ – 仮想3 次元座標空間上に 対象物の立体形状を描くシ ステム • 3 次元モデル – 作成された立体形状のこと • CNC（NC） – Computer Numerical Control（コンピューター数値制御） – 機械工作において工具の移動量や移動速度などをコン ピュータによって数値で制御することである。同一の加工 手順の繰り返しや、複雑な形状の加工を得意とする。 2 次元CAD との違い • 2 次元CAD の図面はX，Y，Z 軸の3 つの軸のうち，2 つ を使用して描かれる．一般に2 次元の図面では3 つの 投影図（三面図；three-viewdrawing）で構成される． • 2 次元CAD では，設計者が頭の中でイメージした立体 形状を2 次元の平面に描き直す必要がある．CADソフ トが形状を認識しているわけではない. • 2次元図面には「設計検討のための媒体」の役割と 「設計情報伝達のための媒体」の二つの役割がある が、3D-CADは後者が欠けている． 1 2014/6/5 3 次元CADのメリット 三面図について • 正面図（front view），平面図（top view），側面図（side view）の3 つの投影図で構成 • 設計初心者でも立体形状やレイアウトを把握しやすい。 • 図面作成に慣れていなくても3次元モデルデータからそのまま三面 図を作成できる。 • 平面的な三面図では十分に表現できない自由曲面でも数学的に 正確に表現することができる。 • 設計者が頭の中でイメージした立体形状を三面図として 描くにはある程度経験が必要。 • 三面図から立体形状をイメージするのにも経験が必要。 自動車開発での3D-CAD・CAEの利用事例 • 設計段階において、試作を行った場合と同等の検証を行え，試作 や設計変更の手間を大幅に軽減できる。 • 3次元モデル利用することで、設計者以外の人にも理解しやすい。 （DRや資料の図など） • NC加工や3Dプリンタを利用すれば複雑な形状も製作可能。 そのまま設計データが金型検討や製造に使用できる。 簡単な形状作成であれば短期間で習熟し、 視覚的に分かりやすく、設計初心者に向いている。 自動車業界の開発の流れと期間 実験評価 量産本番 量産試作 実験評価 量産試作 実験評価 量産試作 実験評価 量産試作 実験評価 設計 開発試作 内装デザイン・人間工学 検討・評価 性能計画 車両計画 企画 外装デザイン検討・評価 デザイン 20年前：紙図面 レイアウト検討・評価 約3年間 衝突解析 約1年間 強度・耐久性解析 成形性解析 （プレス、ダイカスト、インジェクション） 量産本番 実験評価 量産試作 実験評価 設計 デザイン 企画 操縦安定性・乗り心地性能シミュレーション解析 性能計画 車両計画 10年前：3D-CAD、CAE、CAM 空気流/熱解析 3 次元CADのデメリット 簡単な形状であれば手書きや２次元の方が早い。 複雑なデータ作成には熟練を要し、時間がかかる。 2次元図面から立体形状を読み取る能力がつかない。 公差等の指示がデータだけでは表現できない。 大規模アセンブリデータを読み込むのに時間がかか り、PCの動作が重たくなる。 • 原因不明のエラーでCADがハングアップする。 CAEにより3Dデータを用いて 実験評価を行い試作金型の廃止 3次元CADによりコンピュー ター上で仮想的に自動車 を組み立て試作 3次元モデルの種類 • • • • • 様々なデメリットもあるが慣れれば 手書きや2D-CADより圧倒的に便利！ 頂点と頂点を結ぶ 稜線のみ ワイヤーフレームモデルに 面の情報を付加 頂点，稜線，面および 質量の情報をもった 面が開いている 面積有り 体積無し 面が閉じている 面積有り 体積有り 2 2014/6/5 B-reps（ビーレップス） boundary representation 集合演算の操作ができる。 面と稜線，頂点の境界データで定義する。 自由曲面をを正確に表現できる。 半面，形状の入力や修正が複雑で，すべての境 界データの記憶が必要なためデータ量が大きく なる。 • B-reps形式からCSG形式へのデータ変換は困難 である。 • Pro/ENGINEER等 • • • • 代表的な3D-CAソフトウェア • CATIA – TOYOTA,HONDA,BOEING • IDEAS → Unigraphics NX – NISSAN,SUZUKI,MATSUDA ハイエンドCAD • Pro/ENGINEER → Creo – SHARP • Solidworks CSG constructive solid geometry • 集合演算の操作ができる。 • 立方体や直方体，円筒などの基本的 な図形要素をプリミティブといい，プリ ミティブの集合演算により3次元物体 を定義し，この形成過程を2進ツリー 構造で記憶する手法。 • 形状の入力や修正が容易であり，データの構造も 単純かつコンパクトである。 • 半面，自由曲面を正確に扱うことは苦手。CSG形式 からB-reps形式へのデータ変換は比較的容易であ る。 • SolidWorks等 グラフィックスアクセラレータ • コンピュータの中で画面表示を担うビデオチップのうち， CPU に代わって描画処理を行なう機能を持ったもの． また，そのようなビデオチップを搭載したビデオカード． CPU の負担を軽減し，性能の向上をもたらす． • Windows などのようにグラフィックスを多用したユーザ インターフェースを持ったOS が普及するにつれグラ フィックスアクセラレータの需要も増大した．グラフィッ クスアクセラレータには，専用のメモリ（ビデオ24RAM： VRAM）が搭載されることが多い．ビデオRAM の容量 が大きいほど画面解像度* や表示色数が向上する． – 価格が安く、中小企業で多く採用 ミッドレンジCAD グラフィックライブラリ • 一般に，3 次元CAD は処理が複雑になりCPU への負担が大きい．そのため，グラフィックス アクセラレータ* と，それをサポートするため のライブラリを用いることが多い．これらの後 者がグラフィックライブラリである．グラフィック ライブラリはディスプレイに図形を生成する関 数群である．3 次元CAD の世界で標準とされ ているグラフィックライブラリにOpenGL がある． グラフィックス用API • OpenGL (Open Graphics Library) – 3 次元（3D）グラフィックス用API – ワークステーションや業務向け – 対応GPU • NVIDIAの『Quadro』シリーズ • AMDの『ATI FirePro(FireGL)』シリーズ • Microsoft DirectX – ゲーム開発での利用を主な用途 – 対応GPU • NVIDIA 『GeForce 』シリーズ • AMD 『RADEON 』シリーズ 3 2014/6/5 API （Application Program Interface） • あるプラットフォーム（OS やミドルウェア*） 向けのソフトウェアを開発する際に使用でき る命令や関数の集合のこと． • 個々の開発者は規約に従ってその機能を 「呼び出す」だけで，自分でプログラミングす ることなくその機能を利用したソフトウェアを 作成することができる． フィーチャーベースモデリング • ソリッドモデルの構築手法の1 つ．フィーチャーと呼ば れる単純な形状（穴，突起，フィレットなど）を組み合わ せて複雑な形状を構築していく手法． • フィーチャーは，長さ，大きさなどのパラメータや断面 積形状といった属性情報を保持しており，その属性を 変更することでモデルの形状を変えることができる． • ソリッドモデル系の3 次元CAD ソフトで最も多く採用さ れている方式である． • 様々な形状が作成できるが，基本形状を積み重ねる 方式に比べてデータ容量が大きくなり，処理に時間が かかる． エンティティ ヒストリー • 図形の要素（点，直線，曲線，円，円弧，平面， フィレット，平面座標など）をエンティティと呼 ぶ．（フィーチャーと重複するものもある） • モデリングを進めていくときのフィーチャーの 使用履歴のこと．ヒストリーはフィーチャー ベースモデリングと密接に関係している． • フィーチャーの使用履歴を記憶するタイプの3 次元CAD ソフトはヒストリー系（orヒストリー 型）と呼ばれる． • Pro/ENGINEER を含む多くの3 次元CAD ソフト はヒストリー系である． パラメトリックモデリング パラメトリックモデリング • 形状とともに距離，方向，接続条件，フィー チャーを作成した手順などの履歴情報を保存 しながら行うモデリングのことである． • パラメトリックモデリングで作成したモデルは， パラメータを変更し，手順を再実行することに より，形状の再定義を行うことができる． 4 2014/6/5 3 次元CAD の機能 • ソリッドの作成 – 押し出し 3 次元CAD の機能 • ソリッドの編集 – 面取り・フィレット – 回転 – シェル化 （薄肉化） – オフセット – ロフト – 厚み付け – スイープ 3 次元CAD の機能 Creoの注意点 • 曲面の作成 • ワーキングディレクトリの設定 – 押し出し – デフォルトでは C:¥Users¥Public¥Documents – 回転 任意のフォルダへ変更 • config.proファイルの設定 – スイープ – 初期設定 – バウンダリー インチポンド系 → メートル系に変更 第一角法 → 第三角法 – ロフト（スキニング） ファイルの種類 • • • • • • • .prt .drw .asm .frm .pro trail.txt .igs ：部品データ ：図面データ ：アセンブリデータ ：図面枠データ ：環境設定ファイル ：全操作出力ファイル : IGESデータ（全てのCADで読める） ワーキングディレクトリの指定 ①Creoのショートカットア イコンを右クリック ②プロパティをクリック 任意のフォルダに変更 ③作業フォルダーをワー キングディレクトリにし たい任意のフォルダに 変更 ④OKで閉じる 5 2014/6/5 Trailファイルディレクトリの指定 【概要】 トレイルファイルとは操作履歴のデータのこと。 トレイルファイルを任意の場所に作成する方法。 トレイルファイルを起動ディレクトリではなく、任意に指定したい。 【操作方法】 1、（Wildfire3.0～5.0）・・・［ツール］→［オプション］をクリックします。 （Creo1.0～）・・・［ファイル］→［オプション］→［コンフィギュレーションエ ディタ］をクリックします。 2、以下のオプションを追加します。 ＜オプション名＞trail_dir ＜値＞任意のフォルダ 単位系の変更 単位系の変更（後でするとき） config.proで設定していれば変更しなくてもよい。 • Wildfire5.0 [ファイル]→[プロパティ] で「モデル特性」の 画面が表示されます。 • Creo Parametoric 2.0 [ファイル]→[準備]→[モデル特性] で「モデル 特性」の画面が表示されます。 3Dデータ作成 • 実際にCreoを操作してデータ作成をします。 – データム平面（Front､Top､Right） – マウス操作 – スケッチ – 押し出し – 穴（ネジ穴） – 押し出しによるカット – フィレット 押し出しのポイント • ほとんどの形状は押し出しで作成できる。 • 一回で押し出す形状（断面のスケッチ）はでき るだけ単純にする。 – 複雑な断面では修正が困難。 – 履歴が追従しにくくなる。 – 時間がかかって効率が悪い ソリッドモデルの注意点 • ノンマニホールドモデル – 厚さ 0 の板や曲線のみの構造など、CGや有限要素法の 解析モデルには有効であるが、実際に工業製品として作 成できないものをノンマニホールドモデルと言う。対して BREP のソリッドモデルはマニホールドモデルと言う。 このような形状を作成すると データエラーになる可能性大。 ・複数の穴は別工程でカットする。 – ミラーコピーやパターンを利用して効率化 6 2014/6/5 5/28の予定 【後半】（3時間）13:10～ お復習い ④アセンブリの組み方について アセンブリについて • アセンブリとは – 組立図のこと – 部品の位置情報を持つ ⑤アセンブリ構築演習 ⑥3Dデータから三面図の作成方法について ⑦三面図の作成演習 アセンブリでできること • • • • • 部品の組み立て 部品のレイアウト検討 部品表の管理 部品同士の干渉チェック 部品の動きの確認 三面図作成 • 図面作成時にモデル選択することで、自動的に三面図を出力して くれる。 • 最初は第一角法になっているので注意。 配布したファイルを使用してください。 – 三面図テンプレート a3_drawing_z.drw – 図面枠テンプレート a3_gijyutubu.frm – 図面設定ファイル jis.dtl （新たに図面枠を作成するとき必要） アニメーション、機構解析 等 配布した「CAD_DATAフォルダ」に入っている モデルを使ってアセンブリを組んでみましょう！ • 寸法はモデリングの際、断面作成したときに使用した寸法を表示 選択するだけで良い。あとはセンス！ 早速やってみましょう！ 7
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