2DCADの基本をマスター！機械設計初心者が押さえるべきポイント5選

こんにちはー、りびぃです。

私は普段FA（ファクトリー・オートメーション）の業界で設計の仕事をしています。

設計といえば「図面」というイメージを持たれる方もいるかとは思いますが、実はだいぶ前から徐々に「3DCADを使って設計をする」というのが普及してきています。

また大学の授業で3DCADが必修になっていたり、個人向け3DCADの登場、3Dプリンタの普及に伴い、3DCADはより身近なものになってきていると個人的に感じています。

しかしその一方で、まだまだ2DCADでの設計が現役として採用されている設計事務所も少なくありません。

というのも、

• 2DCADは3DCADに比べると導入コストが低いこと
• 40~60代のベテランエンジニアが使い慣れていること
• 2DCADは低スペックのパソコンでも使用することができること
• 2Dと3Dとでファイルの管理方法が異なるため、下手に3DCADを導入すると現場の混乱を招くこと

などが挙げられるからです。

そのためせっかく3DCADについて学んだにもかかわらず、いざ社会人になって設計の仕事をし始めてみて、

• 「3DCADのやり方と全然違っていて、どのように設計を進めたらいいかわからない・・・」
• 「図面を書くときに、どこから手をつければいいか悩んでいる・・・」

という方もいらっしゃるのではないでしょうか。

さらにこのような悩みを抱えている中で周りの先輩や上司に聞きたくても、

• 「なんとなく聞きづらい」
• 「ただでさえ忙しそうにしているのに、わざわざ手を止めてしまうのは申し訳ない」
• 「そもそも、何がわからないのかがわからない・・・！」

なんてことはよくあることです。

しかし、早く戦力になれるよう設計スキルを上げたいにもかかわらず、2DCADについてわからないことが多すぎてつまづいているとモチベーションが下がってしまいますよね。

そこで本記事では、2D製図を行う際に押さえておくべきポイントを5つに厳選して解説をいたします。

すぐに実践できるような2DCADのテクニックを中心に紹介しますので、この記事を参考に是非実践してみてください。

なお今回の記事では生産設備のような「複数の部品を用いた自動機や半自動機などの設計」を前提として解説をしていきますこと、ご承知おきください。

ポイント1: 設計・図面作成の流れを理解しよう

とりあえず2DCADを起動してみたものの、「えーと・・・、なにすりゃいいの？」となった方、結構いらっしゃるのではないでしょうか？

ちなみに若手設計者だった頃の私も、このような事態になっていました笑

大事なことにもかかわらず意外と誰も教えてくれないのですが、基本的に設計・図面作成は、

1. 計画図
2. 組立図
3. 部品図・部品表

の順番で作成をしていきます。

このような順番で作成することで、比較的短時間で、かつ作業の出戻りが少なく図面作成を完了させることができます。

計画図の作成

計画図とは一言でいうと「装置全体の構成やレイアウトを大まかに示した図面」のことを言います（この計画図を作成するまでの設計を「構想設計」と言います）。

例えば「ボールねじを用いたワークの搬送装置」を設計する場合には、以下のようにざっくりとした図を作成します。

この計画図で重要なのは、

• 主要な寸法が描かれていること
  （全長、全高や搬送ストローク、ワークの搬送経路、接地面からワークまでの高さなど）
• 主要購入部品の型番、配置などが描かれていること
  （モータ、ボールねじ、センサ、リニアガイドなど）
• 主要加工部品の大きさ、配置などが描かれていること
  （ベース、ワーク台、架台など）
• 上記により、装置・機構の動作原理、挙動などが読み取れること

というものです。

主要購入部品については、設備の仕様書に基づいて必要な能力・強度を持つものを選定し、その2DCADデータをメーカーサイトからダウンロードして計画図内に配置していきます。

主要加工部品については、ひとつひとつの穴や面取りなどは省略し、ざっくりとした形状が描かれていればOKです。

ただ、計画図を描く中で部品同士が重なり合って構造・機構が分かりづらい部分があれば、適宜断面図や詳細図などを利用して計画図内に表現していきます。

なお、既存設備の流用・一部改造を検討する場合など、すでに設計のベースとする2Dデータが存在する場合にはそのデータをコピーして利用すればOKです。

そして計画図ができたら、プロジェクトマネージャーや生産設備のエンドユーザーに図面を共有し、DR（デザインレビュー）を実施します。

組立図の作成

計画図のDRで関係者からの承認が降りたら、続いては組立図を作成していきます。

組立図とは「各部品の組み立て方法や位置決め方法がわかるような図面のこと」を言います（この組立図を作成するまでの設計のことを「詳細設計」と言います）。

この組立図では、装置で使用するすべての部品について表現をしていくことになりますから、ねじの一本一本に至るまで型番やサイズを選定し、その組み立て方法がわかるよう作成をしていきます。

また部品図についても、ちょっとした板金のブラケットなども含み、取り付けの位置や向きがしっかりとわかるよう作成していきますし、部品の形状・穴の形状や位置・C面取りやフィレット（ラウンド加工・R面取り）もしっかり絵として表現していきます。

さらに、単に部品同士をボルトで締結する絵を描いていくだけではなく、

• メンテナンス性を考慮すると、どの位置にボルトを配置すれば部品の取り付け・取り外しがスムーズか
• 装置が要求されている性能・精度を達成するために、A部品とB部品をどのように位置決めさせればよいか。あるいは取り付け位置の調整ができるようにするべきか

なども考えて作図することが重要です。

場合によっては、断面図や詳細図の数が非常に多くなることも珍しくありませんが、風船番号で各部品の配置の指示を描き込んでいきながら、一つずつ作業を進めていきます。

部品点数が多い場合や、部品の形状・配置が複雑な場合には、

「えーっと、この部分を上から見るとどの部品がどんな感じ見えるんだっけ・・・？」

と頭の中で部品をグルグル回転させるのが難しくなってくるのですが、うまく頭の中などで整理をしながら確実に作図を進めていきます。

部品図・部品表の作成

最後に、組立図に描かれた部品のうち、加工部品についての部品図を作成していきます（このように、組立図から部品図を作成する作業のことを通称「バラシ」と呼びます）。

部品図は「元の材料から必要な部品形状に加工をするための図面」のことで、部品の形状・穴の形状や位置・C面取りやフィレット（ラウンド加工・R面取り）を絵としてだけではなく、寸法値や寸法公差も記載していきます。

さらには使用する材質、数量、加工方法（指定する必要がある場合）、表面処理、塗装の方法や色などについても全て記載していきます。

バラシは複数人で手分けしての作業が比較的やりやすいことから、中規模・大規模の装置になると設計チームで協力して作成を進めたり、外部企業に委託して作図をしてもらうことも多いです。

また同時進行で部品表の作成も進めます。

部品表はその装置で使用する全ての購入部品・加工部品をリスト化したもので、エクセルや組図内にて表形式で作成していきます（実際には設計事務所によってルールが異なります）。

これら作業が終わったら検図（作成した図面に間違いがないかを確認すること）を行い、その後出図（設計が完了となり、図面や部品表に基づいて発注・製造の工程に移行すること）となります。

ポイント2: 基準を意識して図面を描こう

2DCADのスキルが高くない人が、そのスキルを高めていこうとするときに、「トレース」という「過去すでに作成された図面と全く同じ図面になるように、自分で手を動かして図面作成する」という方法がよく実施されます。

トレースをすることで、2DCADの操作を覚えたり、断面図の入れどころなどを掴むことができるなどのメリットがあり、私個人的にも非常に有効な方法の一つだと思います。

しかしどんなにトレースを積み重ねようとも、「基準」を意識して図面が描かれていなければ設計初心者から脱することはできません。

機械設計における「基準」とは「ものを作るときの目安となる位置や形状のこと」を言います。

ベテランの設計者の中には「〇〇に対して**が決まる」という言い回しをする方も多いです。

「基準」には主に「設計の基準」「組立の基準」「加工の基準」などがあり、これらについて設計者自身が定義をしながら図面作成をすることが重要となります。

これら基準がしっかりと図面に反映されているかどうかは、実際に完成する部品の品質や精度が大きく変わってしまうほどの影響を持つものになります。

ここでは簡単に「基準」について説明しますが、よりしっかりと学びたい方は「自由度」についても学んでみるのが良いでしょう。

設計の基準

設計の基準とは「装置の仕組み・機構を考える際に満たすべき、目安となるものの位置や形状」のことで、特に構想設計をする段階で重要となります。

設備設計においては「ワークを基準に設計を考える」ケースがほとんどで、例えば

• ワークの搬送高さ=800mm:
  この800mmを基準とし、これを満たすよう各装置の設計を進めていく
• ワークの機械加工面:
  ワークの面に部品を押し当てて位置決めしたり、チャックで掴んで搬送をする際に、その機械加工面を使うようにして設計を進めていく
• ワークのA部とB部に精度穴:
  ワークに位置決めピンを挿入して位置決めする際に、その精度穴に位置決めピンが挿入されるようにして設計する

といった具合になります。

さらに設計を進めていくと「ワークを基準に部品Aを設計して、部品Aを基準に部品Bを設計して・・・」というように親子関係が作られることも多いです。

実際こうした基準の多くは「設計仕様書」や「ワークの図面・モデル」から定義されることが多いことから、構想設計では特にこういった資料を熟読することが重要となります。

また、まっさらな状態から図面作成を進める際、ベテランの設計者ほど「設計の基準となる線」から絵を描くという光景もよく目にします。

設計者の中では「基準の線をまず引いて、そこから逆算するようにして個々の機構や部品を設計している」という感じです。

組立の基準

組立の基準とは「完成品を組み立てる際に位置合わせや取り付けを行うための目安となる位置や形状」のことを言います。

設計者にとっては、詳細設計をする際に重要となる基準です。

例えば、コンベヤAとコンベヤBとがあり「2つのコンベヤの搬送方向がきっちり揃うように組み立てる」ことが求められた場合、なにか「真っすぐの基準となるもの。それに合わせて配置をすれば真っ直ぐだと信頼できるもの」がなければ組み立てが困難です。

そこでよく利用されるのが「墨出し線」という「墨を染み込ませた糸を使って引いた線」になります。

また「水平の基準」となるのが「水準器」、「垂直の基準」となるのが「下げ振り」で、こうした工具・測定器を使うことで組立誤差を最小限に抑える事ができます。

ただしこうした工具・測定器を使って「現場の基準」を出すことはできても、その基準に対してコンベヤのどこを合わせるか？という「装置側の基準」がなければ配置を合わせることが難しくなります。

「変形しやすいところ」「個体差が生まれやすいところ」「ひずみやねじれが発生しているところ」「表面が荒い面」などは装置側の基準としては使用できませんので、こういった組み立て作業を想定して装置設計をしておくことが重要です。

また、装置に使われる部品同士を締結する箇所に「ノックピン」や「機械加工面」を設けることも詳細設計では重要です。

こういった要素を基準としながら組み立てすることで、ほとんど組立誤差がなく高品質な装置を製造することが可能となります。

あるいはメンテナンスの際に部品の分解・再組み立てした際に、分解前の状態を再現しやすいという点でも「組立の基準」は重要となります。

ですが、何でもかんでもノックピンや機械加工面を導入すると、装置の製造コストが跳ね上がったりリードタイムが長期化する原因にもなりますので、

• 装置の根幹を担う場所は基準を考えながら組立誤差が最小限となるような設計をする
• 基準をうまく作ることができない箇所は、組立位置を調整できるような仕組みを設計しておく
• 基準が不要な箇所は、ノックピンや機械加工面を不用意に設けない

といった判断も、詳細設計では重要です。

加工の基準

加工の基準とは、個々の加工部品を製造する際に基準とする面や線のことを指します。

設計者視点では、特に「バラシ」の作業において加工の基準を適切に定義する必要があります。

「バラシ」というと「単にすでに組立図で決められている部品形状に対して、抜け漏れなく寸法を入れていけばいい」というような認識の方もいると思いますが、

加工の基準の設定次第で、使用する元材料や加工方法、コスト、納期などが大きく変わってきますし、それらは装置の品質にも影響してくるので意外と侮れません。

バラシをする際は組立図を見ながら設計意図を読み取り、適切に基準や寸法入力、公差設定をすることが重要となります。

ポイント3: 2DCADの基本設定をマスターしよう

2DCADの設定にはものすごい多種多様な設定項目が用意されていますが、その中でも特に重要となる設定項目があります（それをこの記事では「基本設定」と呼びます）。

ここで紹介する設定は設計者が好きなように設定することはできず、設計事務所ごとに個別でルールが定められていることがほとんどです。

基本設定が適切に設定されていない2Dデータは、会社やお客さんからそもそも受領を拒否されてしまうことがほとんどですので、ここでしっかりマスターしておきましょう。

ワークの位置と一言で言っても、ストローク前後のワークの位置や高さ、パスライン（ワークの通り道）、搬送装置にワークが受け渡しされるときの姿勢などの要素が考えられます。

補助線は、外形線を描く前の下書きに使ったり、正面図と側面図で高さが合っているか確認するために引いたりする線で、2DCAD製図ではよく使います。

補助線は「作図の際には表示するが、検図の際には非表示にしたい」という線ですので、レイヤを分けておくのがいいです。補助線の線種はプロッタの設定を「印刷時には表示しない」ようにしましょう。CADによっては、補助線専用の線種があり、最初から印刷時に表示されないような設定になっているものもあります。

図枠レイヤについてですが、CADによってはモデルを描く場所と図枠を描く場所が分かれています。例えば、AutoCADではモデル空間で製図をし、レイアウト空間に図枠を配置します。

そのような機能がないCADは、図枠のレイヤを用意することで、モデルの編集中に誤って図枠を編集することがないようにしましょう。

レイヤの設定

レイヤとは「2DCADで線を描く際の設定をまとめたもの」のことを言います。

2DCADで図面作成に際しては、

• 線種（実線、破線、一点鎖線、二点鎖線）
• 線の太さ
• CAD上で表示させる線の色

などの設定をすることができますが、これらの設定は自分で好きなように決められるケースはほとんどなく、会社やお客さんの設定ルールに従って設定していかなくてはなりません。

その際、線を描く度に一つ一つを設定していくことは非常に煩雑なので、その設定をレイヤとしてまとめたもの使うことが一般的なのです。

よくあるレイヤ設定の一例を挙げると、

• 外形線：部品の形状や輪郭を表す線
• 中心線：基準となる中心を表す線
• 細線：ボルトのねじ部を表す線
• 隠れ線：見えない部分を表す点線
• ハッチング：断面を表す線
• 寸法線・文字：外形寸法や幾何公差を表す線や、寸法や注記などの文字
• 補助線： 製図時のガイドや下書きとなる線（印刷はされない線）
• 図枠：図面の枠や表題欄

などです。これらを使い分けながら図面を描いていくと以下のようになります。

またレイヤの設定の一部は、後述する「印刷スタイル・プロッタの設定」にも引き継がれることから、設計事務所ごとの設定にしっかり合わせることが重要となります。

なお、寸法や注記の文字について、フォントや文字のサイズ、矢印のデザインや大きさについては「レイヤ設定」とは別のところで設定が必要ですが、これらの設定も各設計事務所ごとに異なるので、設定を合わせるようにしていきましょう。

印刷設定・プロッタ設定

2DCADは「紙図面として印刷されることが考慮されているCADである」とも言えます。

そのため、描いた図面が紙に印刷される際の設定をマスターしておくことが非常に重要となります。その設定のことを、本記事では印刷設定と呼ぶこととします。

いくつかの機能については「レイヤの設定」を引き継ぐことができますが、逆に印刷設定をレイヤの設定とは変えることもできます。

最も多いのが「線の色」です。

CAD上では線の色が見やすいよう白や蛍光色を中心に設定されることが多いのですが、紙で印刷をする際は白黒にします。

あるいは補助線については印刷時には不要となる線ですので、非表示となるよう印刷設定を変更するということもよくあります。

こういった印刷設定のファイルは社内や設計チーム内で共有されているものがある場合が多いので、関係者から確実に入手し設定することが重要です。

また、職場のプリンタで印刷をしたりpdfで出力をさせるには「プロッタの設定」をする必要もあります。

場合によっては「同じ印刷設定でも、プロッタが変わると線の太さなどが変わって見える」こともありますので、その場合にはプロッタごとに印刷設定を変えることもあります。

尺度の設定

図面を描く際は、表現したい絵ごとに適切な尺度を設定しながら描くことが求められます。

例えば「全体の組立図の尺度は10:1で、断面A-Aの尺度は2:1で」というようにします。

ですが単に尺度を大きくしただけでは、線図だけではなく、文字サイズや矢印の大きさまでもが拡大・縮小されてしまうので図面として不適切となってしまいます。

ですので「絵ごとに尺度が異なっていたとしても、文字サイズや矢印の大きさは全て統一される」ような設定をすることが必要となります。

この尺度の設定についてはCADソフトごとに違います。

例えばAutoCADですと「異尺度対応」や「ビューポート」という機能を用いますし、JWCADでは「レイヤグループ」という機能を用います。

ポイント4: ブロックの機能を使い倒そう

2DCADの多くには「ひとかたまりの図形や線をグルーピングする」という機能があります。

この機能のことを一般的に「ブロック」と呼びます。

よくエクセルやパワーポイントを使用される方にとっては「図形のグループ化と同じようなもの」と説明するのがわかりやすいかもしれません。

このブロックの機能は2D図面を効率的に作成する上では非常に重要で、例えばねじに関する線図をブロック化しておくことで、

• ねじの配置を変更する際に移動させやすかったり、
• 同じねじを他の場所へコピーさせやすかったり、
• 複数の箇所へ配置したねじの長さを一括で変更したり、

といったことが可能になります。

さらに作成したブロックはライブラリという「一つのフォルダにまとめておく機能」に登録することも可能です。

ライブラリにブロックを登録しておくことで、

• 新しい2Dデータ内へ簡単にブロックをインポートすることができる
• ライブラリを設計チーム内でシェアすることで、チーム全体の設計効率が向上する

という大きなメリットがあります。

ポイント5: よく使うコマンドのエイリアスを覚えよう

2DCADで「直線を描く」などのコマンドを実行する際、アイコンをクリックする以外にもキーボードで「LINE」などのように打つことでも実行することができます。

その中でエイリアスとは、CADソフトで使用するコマンドのショートカットのようなもので、長いコマンド名を短縮して入力できるようにする機能のことを言います。

例えば、「LINE」コマンドを「L」と入力するだけで実行できるようになるといった具合です。

このようなエイリアスを覚え、使いこなすことによって、2DCADの操作スピードを飛躍的に向上させることができます。

よく「2DCADが早い人は、マウスと同じぐらいの頻度でキーボードを操作している」と言われていますが、そのキーボード操作がまさにエイリアスのことだったりします。

エイリアスは2DCADのインストール時にすでに設定されているものもいくつかありますが、一方で自分好みにカスタマイズすることも可能です。

たとえば、よく使う「TRIM」コマンドを「T」だけで実行できるように設定するなど、自分の作業スタイルに合わせたショートカットを作れば、さらに効率を高めることができます。

さらにこうしたエイリアスの設定は、2DCADの図面データとは別のところで管理をしているので、2DCADを設計チーム内で受け渡しした際に他の人にエイリアス設定の影響が及ぶことはありません。

なので、自分が使いやすい、覚えやすいように設定をしていきましょう。