身 近 な 題 材 で 学 ぶ 自 由 曲 面 のモデリング リモコン 機 械 設 計 CAD 攻 略 マガジン 2000 年 10 月 臨 時 増 刊 号 西 川 @ 龍 菜 (にしかわ@りゅうな) 1956 年 奈 良 県 生 まれ 日 本 各 地 で3 次 元 CADを 活 用 した 設 計 コンサルティ ングを 行 っている 龍 菜 Ryuuna Design and Engineering http://www.page.sannet.ne.jp/gah01300/ CDラジカセに 付 属 していたリモコンが 手 元 にあったので こ れを 題 材 にして 自 由 曲 面 のモデリングを 練 習 してみましょう 改 定 2004.12/03 2004.11/24 2004.11/22 作 成 2004.11/10 対 応 1.0 / 2.0 徐 々に 対 応 予 定 1. モデリングのポイント 意 匠 外 観 面 が 重 視 される 製 品 は 部 品 ごとに 考 えるのではなく 製 品 全 体 を1 個 の 固 まりとしてモデリングします このようなモデルを Profile Model=プロファイルモデル と 呼 びます 射 出 成 形 品 の 放 電 マスター に 相 当 すると 考 えればよいでしょう リモコンや 携 帯 電 話 などの 様 に 中 心 面 CTR に 対 称 な 製 品 形 状 の 場 合 は 片 側 だけをモデリングします 最 終 的 には 対 象 面 に 対 して 全 体 をミラー して 完 成 させます Pro/ENGINEERでは ジオメトリミラー と 呼 ばれるコマ ンドを 使 用 します 意 匠 外 観 面 が 優 先 される 製 品 は サーフェスの 連 続 性 や 稜 線 (いわゆる R 尻 線 )を 優 先 させます また サーフェスの 数 も 出 来 る 限 り 少 なくするよ うなモデリングテクニックが 必 要 です Pro/ENGINEERで 自 由 曲 面 を 作 成 する 時 に 多 用 するコマンドは 可 変 断 面 スイープ です 角 Rやフィレット 徐 変 Rなどは 意 匠 面 として 扱 われる 部 分 に 使 用 してはいけません 可 変 断 面 スイープの 軌 道 には 円 錐 曲 線 や スプライン を 使 用 します 円 弧 は 使 用 しません サーフェスのなめらかさは 曲 率 をチェックします 曲 率 の 変 化 率 が 連 続 であればOKです 図 1-1. モデリングの 題 材 に 使 ったリモコン 図 1-2. 完 成 したリモコン( 部 品 ごとにモデリングするのではなく 全 体 をひとつのプロファイルモデルとして 作 成 する) 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 1
2. モデリング 手 順 CTR 今 回 のリモコンはデータム 平 面 CTR に 対 称 ですから 実 際 のモデリング は 片 側 だけとし 反 対 側 は CTR に 対 して 全 体 をミラーすることにより 完 成 さ せます Pro/ENGINEERの ジオメトリミラー コマンドを 使 用 します 図 2-1 を 見 ると 片 側 だけを 先 に 完 成 させてから CTR に 対 してミラーし たように 思 われるかもしれないが 実 際 の 手 順 は 最 初 にジオメトリミラーコマ ンドを 使 っておき 必 要 なフィーチャを 挿 入 するモデリング 手 順 になります 図 2. 対 称 形 状 のモデリング Step.01 ベースソリッドの 作 成 設 計 基 準 となる 中 心 面 CTR 水 平 面 HOR 鉛 直 面 VERT を 決 定 し たら ベースソリッドとなる 直 方 体 を 作 成 します 部 品 メニューから フィーチャ 作 成 ソリッド 突 起 挿 入 押 し 出 し 図 2-1. ベースソリッドの 作 成 Step.02 ジオメトリミラー ベースソリッドをデータム 平 面 CTR に 対 してミラーさせます ここで 使 用 す るジオメトリミラーは それ 以 前 のフィーチャを 全 てミラーさせるコマンドです 部 品 メニューから フィーチャ ジオメトリミラー モデルツリーでモデル 全 体 を 選 択 してから 編 集 ミラー 図 2-2. ジオメトリミラー 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 2
Step.03 スイープ 軌 道 の 作 成 基 本 面 はPro/ENGINEERの 可 変 断 面 スイープ で 作 成 しますが この 時 に 使 用 する 軌 道 をデータムカーブで 作 成 しておきます データムカーブ 部 品 メニューから 挿 入 データム スケッチカーブ 挿 入 モデルデータム スケッチカーブ 図 2-3-1. スイープ 軌 道 の 作 成 データムカーブのスケッチにはスプラインを 使 用 します 今 回 はフリーハン ドでスプラインを 調 整 していますが リモコンの 最 大 幅 や 最 小 幅 を 寸 法 で 指 示 したい 場 合 は 別 のやり 方 があります ( 別 途 説 明 する 予 定 です) スプラインを 修 正 する 場 合 は 必 ず 曲 率 を 表 示 させながら 補 間 点 ではなく 制 御 点 で 調 整 しましょう このとき 曲 率 の 変 化 が 滑 らかになるように 制 御 点 を 徐 々に 動 かしていきます 補 間 点 が 多 すぎると きれいなスプラインになりませんので 補 間 点 は 極 力 少 なくします 補 間 点 が 無 くても 制 御 点 で 調 整 可 能 です 図 2-5 の 場 合 は いささか 補 間 点 が 多 すぎますので 最 終 的 にはスプラインのスケッチを 複 数 に 分 割 するなどの 対 策 をやろうと 考 えています 図 2-3-2. データムカーブのスケッチ スプラインの 修 正 で 気 をつけないといけないのは データムCTR 面 に 対 し て90 の 角 度 を 付 けておくことと 曲 率 の 変 化 曲 線 もジオメトリミラーした 場 合 のことを 考 えて ( 目 分 量 になりますが)データムCTRに 対 して 垂 直 に 終 わ るようにしておきます CTRに 垂 直 90 補 間 点 制 御 点 曲 率 表 示 図 2-3-3. 制 御 点 の 修 正 図 2-3-4. ジオメトリミラー 後 の 曲 率 変 化 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 3
フロント 用 リア 用 Step.04 スイープ 軌 道 の 曲 率 チェック 可 変 断 面 スイープに 使 用 する 軌 道 自 体 がなめらかでないと それを 使 用 し たサーフェスもなめらかになりません 出 来 あがったデータムカーブの 曲 率 を 確 認 しておきましょう ここで 手 を 抜 くと きれいな 曲 面 が 作 れません 同 様 に フロントサーフェス 用 リアサーフェス 用 のスイープ 軌 道 も 作 成 して おきましょう (Step.03~Step.04の 作 業 ) 側 面 用 解 析 カーブ 解 析 曲 率 解 析 カーブ 解 析 曲 率 図 2-4. スイープ 軌 道 の 曲 率 チェック R200 フロントサーフェス Step.05 フロントサーフェスの 作 成 ここまでの 作 業 で 作 成 したデータムカーブを 可 変 断 面 スイープ の 軌 道 に して フロント 側 のサーフェスを 作 成 します 可 変 断 面 スイープは 英 語 メニューで Variable Section Sweep と 表 示 され るように スイープしながら 断 面 スケッチをリレーションやグラフで 制 御 するこ とができます ここではフロントサーフェスの 断 面 をR200からR300まで 2 次 曲 線 で 変 化 させていますが 他 のCADにはなかなか 見 られない 強 力 なコマ ンドです フィーチャ 作 成 サーフェス 新 規 アドバンス 実 行 可 変 断 面 スイープ 図 2-5-1. 可 変 断 面 スイープ 挿 入 可 変 断 面 スイープ 可 変 断 面 スイープ 実 行 回 転 軸 方 向 実 行 平 面 CTRをピック 方 向 OK 軌 道 選 択 データムカーブをピック スケッチ リレーション ( 例 ) sd4=100+200*trajpar^2 回 転 軸 方 向 (CTR) 基 準 軌 道 sd4 sd4=200+100*trajpar^2 基 準 軌 道 回 転 軸 方 向 (CTR) 図 2-5-2. 可 変 断 面 スイープのオプション 図 2-5-3. 断 面 のリレーション 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 4
Step.06 フロント 側 ソリッドのカット 作 成 したサーフェス(Step.05)でソリッドをカットします サーフェスを 介 さず に 直 接 カットしても 良 いのですが デザイン 変 更 や 設 計 変 更 に 耐 えられない モデルになってしまいます メニューに サーフェス や キルト などの 用 語 が 出 てきますが 1 枚 の 面 を サーフェス サーフェスの 集 合 体 を キルト と 呼 んでいます フィーチャ 作 成 ソリッド カット キルト 使 用 実 行 カットに 使 用 するキルトを 選 択 してから 編 集 ソリッド 化 図 2-6. キルトを 使 用 してソリッドをカット Step.07 リアサーフェスの 作 成 フロントサーフェスと 同 様 に リアサーフェスも 作 成 します フィーチャ 作 成 サーフェス 新 規 アドバンス 実 行 可 変 断 面 スイープ 挿 入 可 変 断 面 スイープ 図 2-7. リア 側 のサーフェス 作 成 Step.08 リア 側 ソリッドのカット フロント 側 と 同 様 に 徐 変 断 面 スイープで 作 成 したサーフェスでリア 側 のソリッ ドをカットします フィーチャ 作 成 ソリッド カット キルト 使 用 実 行 カットに 使 用 するキルトを 選 択 してから 編 集 ソリッド 化 図 2-8. キルトを 使 用 してリア 側 のソリッドをカット 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 5
断 面 軌 道 ( 正 接 軌 道 ) Step.09 フロント 側 面 サーフェス 側 面 は 抜 き 勾 配 が 必 要 です デザインモデルの 時 点 から 考 慮 しておかな いと 後 工 程 で 役 に 立 たないモデルになってしまいます ここでは 稜 線 を 決 めて フィレット 部 を 含 めた 断 面 をスイープさせています 回 転 軸 方 向 (HOR) 基 準 軌 道 フィーチャ 作 成 サーフェス 新 規 アドバンス 実 行 可 変 断 面 スイープ 挿 入 可 変 断 面 スイープ 図 2-9-1. フロント 側 面 サーフェスの 作 成 オフセット 投 影 された 軌 道 側 面 サーフェスのスイープ 軌 道 は 基 準 軌 道 以 外 に フロント 面 に 投 影 した データムカーブを 正 接 軌 道 として 用 います 投 影 に 使 用 するスケッチは 外 形 のデータムカーブをオフセットしています 投 影 に 使 用 するスケッチ 外 形 のデータムカーブ 挿 入 データム カーブ 投 影 実 行 スケッチ 実 行 編 集 プロジェクト スケッチを 投 影 図 2-9-2. スイープ 軌 道 の 作 成 円 錐 曲 線 rho=0.6 軌 道 ( 正 接 軌 道 ) 可 変 断 面 スイープの 断 面 スケッチには 円 錐 曲 線 を 用 いて 抜 き 勾 配 を 含 んだ 側 面 サーフェスを 作 成 しています 形 状 によっては 出 来 あがったサーフェスの 自 己 交 差 を 避 けるために 基 準 軌 道 と 正 接 軌 道 を 逆 にすることもあります また 円 錐 曲 線 のrhoを 大 きな 値 にすればフロントサーフェスとの 接 続 部 は 綺 麗 になりますが フィレット 部 の エッジ 感 が 強 調 されることになります 基 準 軌 道 回 転 軸 方 向 (HOR) スケッチ 円 弧 円 錐 図 2-9-3. 円 錐 曲 線 のスケッチ スケッチ 円 弧 円 錐 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 6
Step.10 リア 側 面 サーフェス フロント 側 面 サーフェスと 同 様 に 作 成 します 今 回 は 側 面 サーフェス(フロント リアとも)を 一 気 に 作 成 していますが 意 匠 形 状 によっては 分 割 して 作 成 しなければならない 場 合 も 多 いです フィーチャ 作 成 サーフェス 新 規 アドバンス 実 行 可 変 断 面 スイープ 挿 入 可 変 断 面 スイープ 図 2-10. リア 側 面 サーフェスの 作 成 Step.11 側 面 ソリッドのカット フロント 側 面 とリア 側 面 のサーフェスをマージしてから 側 面 ソリッド 全 体 を カットします マージのオプションには 要 素 分 割 と 結 合 があります 二 つのキルトが 完 全 に 交 差 している 場 合 は 要 素 分 割 ひとつのキルトのエッジが 別 のキル ト 状 にある( 接 している) 場 合 は 結 合 オプションを 使 います フィーチャ 作 成 サーフェス マージ 結 合 オプションを 使 用 マージするキルトを 選 択 して 編 集 マージ 結 合 オプションを 使 用 図 2-11. 側 面 をカットした 状 態 Step.12 曲 率 の 変 化 を 確 認 する 作 業 の 都 度 曲 率 の 変 化 を 確 認 しておきます 不 具 合 が 発 生 した 時 点 で 対 処 しておかないと 最 後 のほうでは 対 処 出 来 なくなることがあります ここで 使 用 した ガウス 曲 率 は 面 全 体 としての 曲 率 を 視 覚 的 にチェックす るのに 最 適 です 青 色 から 赤 色 まで 連 続 的 なグラデーションになっていれ ば 曲 率 もなめらかに 変 化 していることになります 解 析 サーフェス 解 析 ガウス 曲 率 解 析 サーフェス 解 析 ガウス 曲 率 図 2-12. ガウス 曲 率 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 7
Step.13 操 作 表 示 部 の 形 状 操 作 キーや 表 示 板 の 部 分 は 新 たなサーフェスを 作 成 しておきます 今 回 は 通 常 のカットでも 作 れるような 形 状 なんですが 設 計 変 更 のことも 考 えて 可 変 断 面 スイープで 作 成 したサーフェスを 作 っておきます フィーチャ 作 成 サーフェス 新 規 アドバンス 実 行 可 変 断 面 スイープ 挿 入 可 変 断 面 スイープ 図 2-13. 操 作 表 示 部 作 成 用 のサーフェス Step.14 操 作 表 示 部 のカット 前 項 のサーフェスでソリッドをカットして 操 作 表 示 部 の 形 状 を 作 成 します カット 用 のサーフェスを 作 るのは 手 間 がかかるように 思 ってしまいますが 意 匠 デザインの 変 更 などが 発 生 した 場 合 は 絶 大 な 威 力 を 発 揮 します フィーチャ 作 成 ソリッド カット キルト 使 用 実 行 カットに 使 用 するキルトを 選 択 してから 編 集 ソリッド 化 図 2-14. 操 作 表 示 部 の 作 成 投 影 カーブ Step.15 操 作 表 示 部 のぼかし ぼかし 部 分 は サーフェスの 流 れと 稜 線 のつながりを 考 慮 しながら ぼかす 範 囲 を 投 影 カーブで 作 成 します このカーブを 軌 道 にして ぼかし 部 分 のサーフェスを 可 変 断 面 スイープで 作 成 します 既 に 作 成 してある 稜 線 エッジ 部 のフィレット 稜 線 となめらかにつ なぐのがポイントです 詳 細 な 手 順 は 15-1 以 降 を 参 照 して 下 さい ぼかし 面 投 影 カーブ 挿 入 データム カーブ 投 影 実 行 スケッチ 実 行 編 集 プロジェクト スケッチを 投 影 図 2-15. 稜 線 部 のぼかし 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 8
15-1 ラウンドサーフェスの 作 成 まず ぼかし 部 分 以 外 のラウンドサーフェス(R1.5)を 稜 線 エッジ 部 に 作 成 しておきます 使 用 するコマンドは 角 R ですが サーフェスを 作 成 するオプ ションを 指 定 します ラウンドサーフェス フィーチャ 作 成 角 R 単 純 実 行 一 定 エッジチェーン 実 行 接 続 タイプ サーフェス 作 成 挿 入 ラウンド オプション 接 続 サーフェス 図 2-15-1. ラウンドサーフェスの 作 成 15-2 データム 点 の 作 成 ぼかしを 始 める 位 置 を 決 めるため 稜 線 エッジ 部 にデータム 点 を 作 成 して おきます 基 準 平 面 VERTからのオフセット 距 離 で 指 示 します データム 点 オフセット 距 離 挿 入 データム 点 カーブ 上 オフセット 挿 入 モデルデータム 点 点 図 2-15-2. データム 点 の 作 成 15-3 データム 平 面 の 作 成 先 に 作 成 したデータム 点 を 貫 通 し 稜 線 エッジに 垂 直 ( 法 平 面 )なデータム 平 面 を 作 成 します データム 点 を 貫 通 稜 線 エッジに 垂 直 挿 入 データム 平 面 貫 通 点 を 選 択 垂 直 稜 線 エッジを 選 択 挿 入 モデルデータム 平 面 図 2-15-3. データム 平 面 の 作 成 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 9
データム 平 面 15-4 ラウンドサーフェスをカット ぼかす 部 分 のラウンドサーフェスを データム 平 面 (15-3)でトリムします こ れで ぼかさない 部 分 のサーフェスだけを 残 します トリム 位 置 フィーチャ 作 成 サーフェス トリム キルト 使 用 実 行 ラウンドサーフェスを 選 択 データム 平 面 を 選 択 ラウンドサーフェス ラウンドサーフェスを 選 択 してから 編 集 トリム データム 平 面 を 選 択 図 2-15-4. サーフェスのトリム 15-5 正 接 軸 を 作 成 ラウンドサーフェスの 頂 点 を 通 り 稜 線 に 正 接 するデータム 軸 ( 正 接 軸 )を 作 成 します 頂 点 挿 入 データム 軸 正 接 カーブ ラウンドサーフェスの 稜 線 を 選 択 ラウンドサーフェスの 頂 点 を 選 択 稜 線 正 接 軸 図 2-15-5. 正 接 軸 挿 入 モデルデータム 軸 ラウンドサーフェスの 稜 線 を 選 択 ラウンドサーフェスの 頂 点 を 選 択 挿 入 データム カーブ 投 影 実 行 スケッチ 実 行 編 集 プロジェクト スケッチを 投 影 15-6 投 影 カーブ(フロント 面 )を 作 成 ぼかしの 稜 線 に 使 用 するカーブを フロントサーフェスに 投 影 します 基 準 面 HORにスプラインでスケッチし スケッチ 面 に 垂 直 に 投 影 します スプライ ンの 端 点 はラウンドサーフェスの 稜 線 と 正 接 させるため 先 に 作 った 正 接 軸 を 利 用 して 角 度 寸 法 (180 )を 指 定 します 投 影 カーブ 90 180 スケッチ 正 接 軸 図 2-15-6. 投 影 カーブ 図 2-15-7. 投 影 カーブのスケッチ 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 10
15-7 投 影 カーブ( 側 面 )を 作 成 側 面 サーフェス 側 の 投 影 カーブも ラウンドサーフェスの 頂 点 を 通 り 稜 線 に 正 接 するデータム 軸 を 作 成 してから ぼかしの 稜 線 に 使 用 するカーブを 側 面 サーフェスに 投 影 します 正 接 軸 投 影 カーブ 挿 入 データム カーブ 投 影 実 行 スケッチ 実 行 編 集 プロジェクト スケッチを 投 影 図 2-15-7. 側 面 の 投 影 カーブ 基 準 面 CTRにスプラインでスケッチし スケッチ 面 に 垂 直 に 投 影 すればよい でしょう 正 接 軸 180 180 スケッチ 図 2-15-8. 投 影 カーブのスケッチ 15-8 ぼかし 面 を 作 成 フロントサーフェスと 側 面 サーフェスに 投 影 したカーブを 正 接 軌 道 にして rho=sqrt(2)-1 可 変 断 面 スイープでぼかし 面 を 作 成 します このとき ラウンドサーフェスの 正 接 軌 道 正 接 軌 道 (X 軌 道 ) 基 準 軌 道 断 面 稜 線 も 軌 道 に 含 めてしまいます スイープの 断 面 スケッチは 円 錐 曲 線 を 使 っていますが ラウンドサーフェス の 端 面 とぼかし 面 の 断 面 を 一 致 させるためには rho=sqrt(2)-1 としなけれ ばなりません ぼかし 面 フィーチャ 作 成 サーフェス 新 規 アドバンス 実 行 可 変 断 面 スイープ 挿 入 可 変 断 面 スイープ 図 2-15-9. ぼかし 面 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 11
Step.16 ぼかし 面 のカット 作 成 したぼかし 面 で 既 存 のソリッドをカットします フィーチャ 作 成 ソリッド カット キルト 使 用 実 行 カットに 使 用 するキルトを 選 択 してから 編 集 ソリッド 化 図 2-16. ぼかし 面 のカット ジオメトリミラー Step.17 ジオメトリミラーの 使 用 Pro/ENGINEERの ジオメトリミラー コマンドは それ 以 前 のフィーチャを 全 て 反 転 させる 機 能 があります 実 際 には Step.02 の 段 階 で 使 用 し Step.03 ~ Step.16 は 挿 入 モードで 作 成 します 部 品 メニューから フィーチャ ジオメトリミラー ジオメトリミラー モデルツリーでモデル 全 体 を 選 択 してから 編 集 ミラー 図 2-17. ジオメトリミラー 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 12
Step.18 フロントサーフェスの 接 合 線 サーフェスの 接 合 部 分 はデータ 変 換 や 後 工 程 で トラブルの 元 になります から 極 力 少 なくする(つまり サーフェスの 数 を 少 なくする)のが 使 える 自 由 曲 面 を 作 るコツだと 言 えるでしょう 世 の 中 には 細 かなサーフェスの 集 合 体 で 作 成 された 自 由 曲 面 モデルも 多 いのですが 後 工 程 では 何 の 役 にも 立 ちません 図 2-18. フロントサーフェス Step.19 リアサーフェスの 接 合 線 リアサーフェスの 接 合 線 もチェックしてみましょう ジオメトリミラーを 使 用 す ると マージした 部 分 に 接 合 線 がでますから 非 常 にシビアなモデリングを 要 求 される 時 は 注 意 が 必 要 です しかし 実 務 では 時 間 的 な 制 約 もあって 通 常 は 曲 率 の 変 化 に 注 意 しなが ら ジオメトリミラーを 使 用 すれば 問 題 はありません 図 2-19. リアサーフェス Step.20 最 終 チェック 完 成 したら ガウス 曲 率 とシェーディング 状 態 で 意 匠 面 の 最 終 チェックをし ておきましょう みなさんも がんばって 作 ってみて 下 さいね 図 2-20-1. ガウス 曲 率 図 2-20-2. シェーディング 3 December 2004 Copyright (C) 2000-2004 / Ryuuna Design and Engineering / All rights reserved. 13