Fusion360によるボルト・ナットの図面作成とシミュレーション

Created Date: 2016-05-24/ updated date: 2020-07-18
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Summary
FUSION360を使って六角穴付きボルトや六角ボルト、そして六角ナットを作成する方法を紹介します。

Materials

    Tools

      Blueprints

        Making

        • 軸部の長さを10mm、頭部の長さを6mmとして押し出します。(2つの部品からでなく、1つの円から押し出して作成することもできます。後に記述する6角ボルトを参照してください)
          • 頭部に六角穴を描きます。直径5.723mmの円に内接する二面幅5mmの六角形を描きます。コマンドは内接ポリゴンを使用します。そして、深さ3mmで押し出しカットします。
            • 作成→ねじのコマンドを選択してパラメータを設定します。モデル化にチェックを入れるとねじ山がはっきり表示されます。ねじタイプはメートルねじを選択します。サイズは呼び径のことなので6.0mm、ピッチは規格より1mmと規定されるので表示記号はM6×1、寸法公差を表すクラスは自動、方向は右ねじなので右とします。
              • 修正→外観よりマテリアルライブラリを呼び出し、鋼を選択、適当に色を付けてみました。
                • 画面中央下部にある「グリッドとスナップ」→「レイアウトグリッド」のチェックをはずすことで、背景の枠を消去することができます。同じく画面中央下部にある「表示設定」→「表示スタイル」→「シェーデイング、エッジ表示のみ」を「シェーデイング」にすると、エッジ表示が消えます。もう一つ、金色にした金のねじです。
                  • ライブラリをいろいろ操作して、材質や色を変えてみましょう。写真横の矢印をクリックすることで写真が切り替わります。
                    • 次に六角ボルトを作成してみます。
                      • M12×50の六角ボルトを作成していきます。規格ではM12のねじ部をもつ六角ボルトの六角形の2面幅(6角形の平行する2辺の距離)が19であるため、半径9.5を入力します。(桁数の関係で画面では10と表示されています)
                      • 六角面の頭部に直径12mmの円を描いて、50mm押し出します。
                      • 押し出しが完了しました。次におねじを作成します。
                      • 円筒部を選択すると自動的にM12と認識してくれて、ねじのピッチが1.75など、自動的に決まります。初期設定はメートルねじなので、インチねじなどにしたいときにはここで変更しておきます。
                      • 「モデル化」にチェックを入れることで、ねじ山がきちんと表示されます。チェックを入れたら「OK」で完成します。
                    • 六角ナットも途中までは六角ボルトと同様に作成します。外接ポリゴンを描いて、規格通り10mm押し出します。中央に直径12mmの円を描き、念のため中心半径を9.5と入力します。(ここでも桁数の関係で10となりますが、Fusionの設定で細かくしておくこともできるかと思います)
                    • 次に完成したボルトとナットをかみ合わせて動かしてみます。
                      • 「検定」の一番下に「コンポーネントカラーサイクルの切り替え」で部品のカラー化ができます。これはランダムなカラーになるので、希望のカラーを指定したいときには「外観」コマンドを使用します。
                      • ボルトを固定するため、コンポーネントのところで「固定」します。
                      • 「アセンブリ」→「ジョイント」でボルトとナットを合わせます。このとき、コンポーネント1にナットの中心、コンポーネント2にボルトの中心を指定します。

                      • ジョイントコマンドの「位置」を「モーション」に切り替えて、「円柱状」を選びます。「剛性」「回転」「スライダ」などは、他のモーションになるので、ここできちんと切り替えておきましょう。
                      • ここまでできれば、マウスで六角ナットをボルトのまわりでドラッグすることで、ナットを回転させることができます。ただし、Z軸方向に動き続けてしまうため、六角ボルトの頭部をすり抜けてしまいます。
                      • ボルトとナットのかみ合いを自動化するため、「ジョイント」「円柱状」で出てくるオレンジ色の丸をクリックして「ジョイントの制限を編集」を表示します。
                      • ナットをボルトの先端からはみ出ない位置に置き、モーションを「スライド」にしてから、最小値を―40、最大値を0をして「アニメーション」表示で動きを確認します。ここで―40としたのは、ボルトのねじ部の50mmからナットの厚み10mmを引いた値であるためです。これで完成かと思いますが、よく見ると、ナットは上下には動いていますが、回転はしていないようです。最後に「モーションリンク」の設定をして、これを解決します。
                      • 「ジョイント」→「円柱状1」をクリックすると「モーションリンク」の画面が出てくるので、「同じジョイントとリンク」にチェックを入れて、Z軸のスライドと回転を同時に設定できるようにします。
                      • まずはデフォルト(初期値)で「アニメーション」表示をしてみましょう。これでナットが上下に動き続けると思います。パソコンのスペックの影響などで動きがややぎこちなることもあるようです。距離の値を変えると動きが変化するかもしれません。
                      • 「検査」→「断面解析」で断面を指定すると、ねじ山のかみ合いなどを確認できます。

                      • ここから、さまざまな機械要素の規格品図面を取り出すことができます。メールアドレスを登録することで簡単に使用できます。なお、部品購入もできるようですが、こちらは当然のことながら有料です。
                      • こちらがログイン画面になります。ここから先と同じサイズの六角ボルトとナットを選定します。
                      • M12×50の六角ボルトを選定していきます。全ねじや材質、強度など、さまざまなパラメータがあります。
                      • 選定したボルトの型番をクリックした画面に出てくる「Product Detail」をクリックします。
                      • 一番下にある画面の選定で、3D-STEPを選択することで、Fusion360内に画面を出すことができます。ここで他のものを選択すると表示されませんので慎重に選んでください。
                      • 3D-STEPを選んだら。黄色い表示の「SAVE」をクリックすることで、Fusion360の画面にこの六角ボルトが表示されます。
                      • こちらが選定した六角ボルトです。実際の六角ボルトの頭は先の例題で取り組んだ単純な外接ポリゴンではなく、面取りをした丸みなどがあるので、こちらの方が正確です。
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                    References

                      Usages

                      • ねじの各部寸法を調べて規格通りのねじを作成することで、ねじへの理解が深まります。オリジナルのねじを作成して3Dプリンタから出力することもできます。実際には存在しない材質や色のねじを作成して楽しむこともできます。将来、金属を出力できる3Dプリンタが普及したら、強度のあるねじも自作する時代が来るかもしれません。

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