設計工学

第3章機械加工と設計
機械加工
★機械加工の知識がなければ，部品の形状や寸法
を決められない。
寸法精度
★製作の手間を減らすためには，必要以上に高い
精度を指定してはいけない。
3.1 機械加工の種類と特徴
1.
2.
3.
4.
5.
機械加工法
旋盤加工と設計
フライス加工と設計
ドリル加工と設計
溶接加工と設計
3.1.1 機械加工法
切削加工
溶接加工
機械はどのような加工法で
作られるのか？
塑性加工（プレス加工）
★大量生産と単品生産
単品製作
旋盤とフライス盤があれば，
様々な形状の部品を製作
できる。
切削加工
大量生産
製作コストや加工時間を考
えると，切りくずが出さない
加工が適している。
塑性加工（プレス加工）
3.1.2 旋盤加工と設計
旋盤
★バイトの形状と旋盤加工
旋盤加工に用いる代表的なバイト
★右片刃バイトを使った旋盤加工
旋盤加工の基本
作りやすい形状
★加工しやすい形状
★加工しにくい形状
★加工できない形状
★特殊な形状の加工
ジグを使うと便利な部品
【例】薄板の加工
ジグを使った旋盤加工
【例】板材の中ぐり加工
ジグを使った旋盤加工
3.1.3 フライス加工と設計
フライス盤
★エンドミル
エンドミル
★設計上の注意点
フライス加工は旋盤加
工と比べて加工速度が
遅い。
どちらでも使うことがで
きるのであれば，旋盤
を使う方が望ましい。
★設計上の注意点
バイスに固定しやすい形状は○
★フライス加工の実際
フライス盤で作る部品は，原則として「四角」
3.1.4 ドリル加工と設計
ドリルの刃先
★ドリル加工における機械設計の注意点
★ドリル加工と機械製図
ドリル加工＝「キリ」
製図の「深サ」に，ドリル先端部分は含まれない
3.1.5 溶接加工と設計
アーク溶接
熱を与えることで材料が変形する。
切削加工と比べて正確な寸法に仕上
げることが難しい。
3.2 加工精度と設計
1.
2.
3.
4.
基準寸法と寸法公差
はめあい
表面粗さ
機械加工と基準面
3.2.1 基準寸法と寸法公差
★普通許容差
①部品が普通許容差でよいのかを判断すること！
★寸法公差と機械加工
②大きくするべきか，小さくするべきかを判断するこ
と！
3.2.2 はめあい
軸と穴のはめあい
★はめあいの一例
●穴と軸の大小関係が明確。
●普通許容差よりも一桁高い精度。
★はめあいや寸法公差が必要な例
魚ロボットの関節部
★はめあいや寸法公差が必要な例
●普通許容差では組み立てられない。
★はめあいや寸法公差が必要な例
●軸受を入れる穴はプラスの公差。
●軸受に入れる軸はマイナスの公差。
3.2.3 表面粗さ
滑らかな表面仕上げが必要な例
●シール面や摺動面には滑らかな表面仕上げが必要。
3.2.4 機械加工と基準面
部品のどの面を基準にして長さや位置を決めるか？
基準面：長さや位置を決める基準の面
3.3 機械加工を考えた設計
★機械加工を考えた設計
(1) 切削加工で部品を製作する場合，できる限り削る量が
少なくなる形状とする。
(2) 旋盤加工やフライス加工で機械を製作する場合，丸棒
（円）と板材（長方形）を基本とする。3次元的な曲面形状は
適切でない。
(3) 寸法公差やはめあいの指定を必要最小限にする。
(4) 大量生産品を作る場合，それぞれの機械加工法や規
模に適した設計を行う。
(5) 機械製品を製作する場合，加工時間の短縮や使用す
る材料の節約について考える。
前回の課題【回答例】
①安全な機械を設計するための方法を5項目あ
げ，それらについて簡単に説明しなさい。
★応力集中，座屈，クリープ，繰り返し荷重を考
えた設計。
★適切な材料の選定。
前回の課題【回答例】
★安全率を高めに設定しておく。
★決められた安全率を守る。
★安全率を計算しておく。
前回の課題【回答例】
★機構がむきだしにならないようにする（カバー
を付ける）。
★振動を少なくする。
★安全装置を付ける。
★設計の段階で，その機械の危険な場所に
マークをしておき，使用者に知らせる。
★できるだけ，使い方を簡単にする。
前回の課題【回答例】
★時間をかけて正確に。（人間だからミスがあ
る。）
★できるだけ簡単な構造にする。
★設計者の人数を増やして，ミスを減らす。
★作業者（使用者）の利便性を考える。
★使用方法や使用場所を理解する。
★わかりやすく，丁寧な図面を描く。
★過去の故障を調べる。（経験を活かす。）
前回の課題【回答例】
★CAD，CAM，CAEなどコンピュータを利用した
設計生産活動や有限要素法（FEM），境界要素
法（BEM）など，データベース構築とその利用が
ある。
★愛情。
★検査を前提として，損傷が発生しても次回の
検査までにそれらが致命的にならないように設
計する。
本日の課題
実際の生産現場において，高品質な製品を
作り出すためには，品質管理や信頼性が重要
である。そのような工業製品を設計する場合の
留意点をまとめなさい。

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