卓上加工機械を用いた実践事例

教員養成大学・学部等への導入しやすさを重視し，卓上加工機械を用いた実践事例であ る。この卓上加工機械活用事例の展開を表3.2に示す。3次元CADとして，Inventor

(Autodesk)を用いる。Inventorは，簡易なシミュレーション機能も有する機械系3次元CAD

である。この3次元CADは，学生，教育者，教育機関に無料で提供されているものである。

卓上加工機械活用事例では，加工機械として学校教育でも導入や運用が比較的容易な卓上 型の加工機械を用いることとした。具体的には，図3.5に示す卓上NC工作機械である monoFab SRM-20 (Roland)，図3.6に示す卓上3DプリンタであるAFINIA H479 (AFINIA) を用いる。加工機械の仕様を表3.3に示す。加工データの作成および加工シミュレーション には，加工機械に付属するソフトウェアを使用する。

表 3.2 卓上加工機械活用事例の展開 時

数 授業項目 授業目標 内容

1 ｶﾞｲﾀﾞﾝｽ (講義)

･CADを使った設計に興味･関心を持つ

･設計における製図情報の役割について知る

･CAD/CAM,NC技術の概要，CEについて知る

･製図情報の役割について

･製品開発における3次元CADの役割

･CAD/CAM，NC技術,CEの概要

･自由曲線の描画やﾊﾟﾗﾒﾄﾘｯｸ設計について

･CAD/CAMの新しい展開について

2～

4 CAD

設計 (実習)

･CADを使って簡単なﾓﾃﾞﾘﾝｸﾞ･ｱｾﾝﾌﾞﾘができる。 ･4輪車模型のﾓﾃﾞﾘﾝｸﾞ･ｱｾﾝﾌﾞﾘ

･ｶﾑ曲線図の作り方について知る。

･ｶﾑの一般的な設計方法を知る。

･ｶﾑ曲線図からｶﾑの外形を書くことができる。

･ｶﾑの概要

･ｶﾑのｽｹｯﾁとﾌｨｰﾁｬｰの作成

･ｶﾑの圧力角について

･3次元CADを使ってｱｾﾝﾌﾞﾘができる。

･ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝによる動作確認ができる。

･3次元CADﾃﾞｰﾀから正投影図の出力ができる。

･ｶﾑ機構のｱｾﾝﾌﾞﾘ

･拘束駆動によるｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ

･2次元図面の出力

5～

6

加工･

組立 (講義/

実習)

･加工準備の基本的な役割を知る。

･CAMの目的と歴史

･ﾄﾚﾗﾝｽとﾃﾞｰﾀ量，切り残しについて

･加工ﾃﾞｰﾀの作成

･3次元CADデータをもとに加工準備ができる。

･自動加工の基本的な仕組･工程を理解できる。

･加工ﾃﾞｰﾀの作成

･加工ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ

･作成したデータによるNC加工 7～

14 応用 (演習)

･CADに関する知識･技能を深める。

･教育現場での応用方法について 検討できる。

･ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝが可能な機構の立体モデルの作成

･立体モデルを活用した授業の提案を行う ｸﾞﾙｰﾌﾟﾜｰｸ

15 まとめ

･技術科教育において，

ディジタルものづくりが果たす役割について 考えることができる。

･技術科におけるCADの利用に関する ﾜｰｸｼｮｯﾌﾟ

図 3.5 monoFab SRM-20 の外観

図 3.6 AFINIA H479 の外観

表 3.3 使用加工機械の仕様 卓上NC工作機械：monoFab SRM-20

加工材料 ケミカルウッド，モデリングワックスなどの樹脂，工作用基盤 工具径 シャンク径3mm，3.175mm，4mm，6mm

卓上3Dプリンタ：AFINIA H479 加工材料 ABS，PLA樹脂

ノズル直径 0.40mm

加工サイズ 140(W)×140(D)×135(H) mm 積層ピッチ 0.15 /0.20 /0.25 /0.30 /0.35 /0.40mm 出力速度 10～100cm³／h

電源の要件 100～240V，200W

外形寸法 244(W)×260(D)×350(H) mm 付属ソフト AFINIA 3D

次に，卓上加工機械活用事例において設計･製作するカム機構について説明する。設計・

製作の手順は3.3に前述の通りである。卓上加工機械活用事例におけるカム機構の外観を図 3.7 に示す。受講生は板カムのみを設計・製作を行う。板カムの材料には，杉材を用いる。

その他の部品の立体モデルおよび実物は，あらかじめ授業者が用意する。カム機構のケー スには，透明なプラスチックを用いてカムの動きが確認できるようにする。また，重りの 材料には真鍮を用いる。

図 3.7 卓上加工機械活用事例におけるカム機構の外観（立体モデル）

演習課題として，表3.4に示す教材・教具の設計・製作課題を行う。この課題では，受講 生各自が教材・教具を考案し，設計・製作を行う。3次元CADを用いた立体モデルの制作，

NC工作機械もしくは3Dプリンタを用いた加工をする。また，設計・製作した教材・教具 の活用方法を説明する学習指導案などの指導資料を作成する。受講生は，教材・教具の設 計・製作を通して，修得した知識・技能を深めるとともに，学校教育での活用について考 える。課題の留意点としては，課題で構想する授業では，生徒にデジタルものづくりの使

重り 受動節 板カム

回転軸

79

91 91

表 3.4 デジタルものづくり応用（演習）課題 課題1 機構のシミュレーションができるCADファイルの作成

条件

(1) 学校教育で用いることができる。

(2) CADのソフトウェア内で動きなどを確かめる（シミュレーションする）ことができる。

(3) 動きを確認しながら，仕様を変更できる。

(4) 3DプリンタやNC工作機械で出力するかは受講生に任せる。

課題2 課題1で作ったCADデータが授業でどのように活用できるか考え，授業の概要がわかる資料 を作成する。

条件

(1) 授業の目標，授業の流れを資料に記載する

(2) 検討した授業におけるCADの役割や効果を考察し，資料に記載する。

(3) その他，授業を説明するために必要な資料を作成する。