Autodesk Inventor 板金(Sheet Metal)・Frame Generator・Tube & Pipe・Harness 要約
概要
Inventorが製造・設備エンジニアの間で独自の地位を占める理由はSheet MetalとFrame Generatorの二モジュールだ。板金は展開図・K-Factor・Punch Toolまで実際の工場工程を反映したパラメトリック構造で、Frame Generatorは形鋼・アルミプロファイルをSkeleton上に載せてBOMまで自動集計する。このページはこの二モジュールを中心に整理し、アセンブリ観点で扱ったTube & Pipe・Cable & Harnessは板金・フレームと物理的に絡む接点のみ要約する(詳細ワークフローは03参照)。
0. モジュール選択フロー
どのモジュールを使うべきか迷ったら、製品形態から逆にたどる。
| 形態 | 推奨モジュール |
|---|---|
| 薄板(≤ 6mm基準)・曲げベース | Sheet Metal |
| 形鋼・パイプ・角管ベース構造 | Frame Generator |
| 流体・気体の流動経路 | Tube & Pipe |
| 電線・信号配線 | Cable & Harness |
| 複合(板金カバー + フレームベース) | Sheet Metal + Frame混合 |
実務では最後の行「混合」パターンが最も多い。板金で外装・カバー・ブラケットを、Frame Generatorで構造ベースを担当させる分業が標準。
1. Sheet Metal環境への進入
板金パートは一般IPTと構造が異なる。必ず板金専用環境に入ってからFeatureを積まないとFlat Patternが正常生成されない。
- New → Sheet Metal.iptテンプレート選択が定石
- 既存Partを後で板金へ変更する場合:
Environments → Convert to Sheet Metal
注意: 一般Extrudeで板厚を与えた後に板金に変換するとFlat Patternが失敗しやすい。最初から板金テンプレートを使うのが最も確実。
2. Sheet Metal Rules — すべての板金パートのDNA
板金パートの挙動を決めるすべての数値(材質・厚さ・半径・リリーフ・中立軸)はSheet Metal Rule一つに含まれる。メニュー経路: Sheet Metal → Setup → Sheet Metal Defaults(またはリボン下のスパナアイコン)。
| タブ | 項目 | 実務ポイント |
|---|---|---|
| Sheet | Material, Thickness | 材質はiProperty・Mass自動集計に直結 |
| Bend | Bend Radius, Bend Relief(Round/Straight/Tear), Minimum Remnant | 基本半径は板厚と同等(1t)が出発線 |
| Corner | Corner Relief(Round/Square/Tear), Miter Gap, 3 Bend Intersection | レーザー加工はRound、フォーミングはSquareが安定 |
| Unfold Rule | K-Factorまたは Bend Table | K-Factor 0.44が軟鋼の基本。工場実測で調整 |
ヒント: Sheet Metal Ruleは必ず会社共通Style Libraryに置き、プロジェクト(.ipj)でパスを固定する。設計者ごとに異なるK-Factorを使うと同じ図面でもFlat Pattern展開長が微妙に異なる。
注意: Deep Drawingのような塑性変形を正確に展開するにはK-Factorだけでは限界がある。Unfold RuleにBend Table(実測データ)を適用しなければ現場と一致しない。
3. 主要Sheet Metal Feature
メニュー経路: Sheet Metal → Create。
- Face: 基本平板。スケッチプロファイルで生成
- Flange: エッジに直角板追加。高さ・角度・半径・リリーフすべてパラメータ化
- Contour Flange: プロファイルスケッチに沿って板金生成。U字チャンネル・複雑断面に
- Lofted Flange: 二つのスケッチ間をロフトで。ホッパー・円錐台板金
- Contour Roll: 2Dプロファイルを軸中心ローリング。シリンダシェル・パイプ型板金
- Hem: エッジ折り(Single/Rolled/Double/Teardrop)
- Bend: 既存の二Face間に曲げ挿入
- Fold: スケッチラインを軸にFace曲げ
- Corner Seam: 二板の角処理(Miter/Overlap/Reverse Overlap)
- Cut: スケッチで穴・外形切断。「Cut Across Bend」オプションで曲げ展開基準切断
- Punch: iFeatureベースのパンチツール。Emboss/Lance/Formシミュレーション
- Corner Round / Corner Chamfer: 2D Edge面取り・フィレット
ヒント: Flange生成時「Bend from the intersection of two selected faces」などの詳細オプションを必ず確認する。デフォルト値が現場工程と異なり±0.5mmずつ抜ける事例が多い。
4. Flat Pattern(展開図)
展開図はレーザー・CNCパンチ・ベンディング工程の入力物。メニュー経路: Sheet Metal → Flat Pattern → Create Flat Pattern。
- 生成後Go to Folded Part / Go to Flat Patternボタンで3D ↔ 2D切替
- Drawing配置: 図面ビューでSheet Metal View → 「Flat Pattern」選択
- Punch Representation: 図面で実形状 / 2点Center Mark / 1点Center Mark選択。数千個の打抜き図面パフォーマンス確保
- Bend Order Annotation: 図面に曲げ順序自動表記
Flat Pattern失敗時の対応
Autodesk公式ガイドにまとめられた核心原則は以下の通り。
- 必ずSheet Metalテンプレートから始める
- 一般ExtrudeではなくFace / Flange / Contour Flangeを使用
- Rip(割り)はSolidで作った後に板金化する場合のみ
- 曲げ半径が0だと展開不可。最低0.1mm以上
- 一頂点に3つ以上のFlangeが集まるときはCorner SeamまたはThree Bend Cornerで処理
ヒント: DXFエクスポートはSheet Metal → Flat Pattern → Export Flat Pattern As DXF。レーザー工場へ送る標準フォーマット。曲げ情報はPDF図面に別途添付するのが慣例。
5. 板金DFM(設計製造性)
板金はモデリング以前に工程制約を念頭に置かないと後工程がすっきりする。tは板厚。
| 項目 | 経験的最小値 |
|---|---|
| 穴-曲げ距離 | 3t以上 |
| 最小Flange高さ | 4t(リリーフ含む) |
| 最小曲げ半径 | アルミ1t, 軟鋼1~2t, ステンレス2~4t |
| Max Boss Depth | 3t |
| タブ-スロット公差 | +0.1~0.2mm(レーザー基準) |
ヒント: レーザー切断後に溶接・組立する構造はTab-and-Slot技法で部品整列性を上げる。溶接ジグなしでも位置が決まる。
K-Factor決定のコツ
K-Factorは板金中立軸(変形しない層)の位置比率。材質・厚さ・曲げ半径・工程(エアベンド/底打ち/コイニング)により異なる。
| 条件 | 経験的K-Factor |
|---|---|
| 軟鋼エアベンド、R ≈ t | 0.38 ~ 0.44 |
| アルミエアベンド、R ≈ t | 0.33 ~ 0.40 |
| ステンレスエアベンド | 0.44 ~ 0.50 |
| コイニング(底部圧着) | 0.50付近 |
ヒント: 会社で実際に曲げて測定した展開長 - 公式展開長の偏差を逆算してK-Factorを得る方法が最も信頼性が高い。工程が変われば再測定。
Punch ToolとiFeature
Emboss・Lance・Louver・Dimpleのような成形加工はPunch Tool(iFeatureベース)で再現する。
- 新しいiFeature: 板金IPTでPunch形状を設計 →
Manage → Extract iFeature - 共有ライブラリに保存後に他の板金パートへDrag&Drop
- 図面Punch Representationオプションで図面速度・可読性調整
注意: Punch Toolは基本的にFlat Patternで「Center Mark + Profile」と表記される。実際の深さ成形が重要なら、Custom Unfold RuleとBend Tableを併用する。
6. Frame Generator概要
機械ベース・装備フレーム・安全フェンスなど形鋼構造物設計専用モジュール。Skeleton(骨格線)にContent Centerプロファイルを載せ、端部処理(Miter/Notch/Trim)とBOM集計まで自動化する。メニュー経路: Design → Frame → Insert Frame。
標準ワークフロー
- Skeleton Layout: 3D Sketchまたは2D Sketchで骨格線作成(他パートEdge参照も可)
- Insert Frame: Content Centerで断面選択 → Skeleton線上に配置
- End Treatments: Miter・Notch・Trimで端部処理
- Frame Member List(BOM): 長さ・数量を自動集計
Frame Generatorファイル構造
Insert Frame実行時、Inventorは内部的に以下のファイルを自動生成する。
- Frame Assembly(.iam): 全体フレームSub-Assembly。「Frame0001」形式のデフォルト名
- Frame Member(.ipt): 各部材パート。プロファイル + End Treatment反映結果
- Skeleton(.ipt): 選択により別ファイルで分離可能
これらのファイルは互いに強い名前依存を持つ。一ファイルだけRenameしても連結が切れるため、ファイル移動・名前変更は必ずVaultのRenameまたはDesign Assistantで一括処理する必要がある。
7. Skeleton設計戦略
Frame Generatorの核心はSkeletonだ。構造の中心線を別途.iptまたは.iam内部Sketchで管理し、Frameはその参照で構成する。こう分離しておくと寸法変更時にSkeletonだけ修正すれば全体フレームが即座に更新される。
- 3D SketchでBend(コーナーフィレット)をかけておくとFrame Generatorが自動でMiter処理
- 会社標準の高さ・スパンがあればUser Parameterで宣言してSkeletonをパラメトリックに拡張できるよう設計
- Sub-Assembly SkeletonとTop-level Skeletonを分離すると大型設備で管理性が大きく向上
注意: Frame Generatorファイルは名前変更・移動禁止。名前依存関係が壊れるとSkeleton連結が解けて復旧がほぼ不可能。どうしても移動が必要ならVaultのRenameまたはDesign Assistantでのみ行う。→ 詳細: /cad-tips/inventor/ilogic-vault-troubleshoot
8. End Treatments
端部処理は現場施工方式をそのまま反映する。
| 処理 | 説明 | 用途 |
|---|---|---|
| Miter | 二フレームを指定角度(通常45°)で切断後接合 | 矩形フレームコーナー |
| Notch | 一フレームが他フレーム輪郭に合わせ切断 | Tジョイント・クロスビーム |
| Trim/Extend to Face | 指定面まで切るか伸ばす | 床板接合 |
| Trim to Frame | 他フレーム断面に合わせ切断 | チューブ相互交差 |
| Lengthen/Shorten | 数値で長さ調整 | 間隔確保・微調整 |
| Reuse | 前のEnd Treatmentを再利用 | 繰返し構造の一括処理 |
9. Custom Notch & Secondary Features
標準Notchプロファイルが実形状に合わないときはCustom Notch ProfileをPublishできる。
- プロファイルパート編集 → Body SketchにNotch領域スケッチ追加
- Authorツール実行 → Optional Notch Profileに該当Sketch指定
- Content CenterにPublish
- Frame GeneratorのNotch時に該当プロファイルを選択
ヒント: アルミプロファイル(Item・Bosch Rexrothなど)をカスタム断面として頻繁に使うなら一度Publishしておけば全設計者が共有できる。
Secondary Features (副次Feature)
Frame Member上にHole・Fillet・Chamferを追加する際は「Maintain geometry through end treatments」オプションをオンにする。オンにしないとSkeleton変更時にFeatureが飛ぶ。例: パネルスライド用の脚先溝をMiter後にも維持する必要があるときに必須。
10. Frame BOMと材料最適化
Frame内部Memberは自動でサブアセンブリにまとめられる(「Frame」= Sub-Assembly構造)。
- Frame BOM: Lengthカラム必須。図面Parts Listへそのまま反映
- Mass / Cost: iPropertyに材質密度を指定すれば自動集計
- Save Nested BOM: 階層を維持したBOMで保存。上位Sub単位の見積もりに有利
- 切断長丸め: Round-offルールを適用して現場切断許容値に合わせる
ヒント: フレーム材料費が全原価の相当割合を占める設備は、Frame BOMをExcelにエクスポートして材料別合計・残り片長さ(Bar Nesting)まで検討する。
Frame Member修正注意事項
- Change Memberツールでプロファイル・材質を一括交換。手動で一つずつ変えると関係が壊れる
- Reuse End Treatment: 同パターンの処理が繰り返される時にドラッグ一回で適用
- Insert Frame後にSkeleton線を減らしたり消したりしない。削除すると該当MemberがSick状態で残り復旧が困難
- サブフレーム分離: ベースフレーム・上部構造・安全フェンスなど機能が異なるフレームはSub-Assemblyで分離してiProperty・Lifecycleを独立させる
11. Tube & Pipe — フレームとの接点要約
Tube & Pipeの基本ワークフローとStyle管理、Auto Route、Connection Pointルールは03で扱った。ここでは板金・フレームと物理的に絡む接点のみ取り上げる。
- 支持ブラケット: 配管がフレームに沿って走る構造ではFrame Memberに板金ブラケットをNotch/Cutで接続。ブラケットは板金パートとして別途設計
- パイプクランプライブラリ: Content CenterカスタムCCに登録してBundle単位でPlace
- Isometric Drawing: IDW Base ViewでPipe Runを直接選択しAuto-dimension Pipe Runで寸法化。配管分割図面(Spool Drawing)はIPN Sceneをシートへ分解
→ 詳細: /cad-tips/inventor/assembly-content (Tube & Pipe Style・Auto Route)
12. Cable & Harness — フレーム合流要約
Harnessモジュールも03で詳細に扱った。フレーム/板金と合流する接点は次の通り。
- ケーブルトレイ(板金): Contour FlangeでU字トレイを作り、内部にSegment経路を3D Sketchで定義
- ケーブル固定ブラケット: Frame Generator Member上に板金ブラケットを載せ、Harness Segmentの始点・終点として使用
- Bundle DiameterをSegment Propertyに正確に入力しないと、ブラケットスロット寸法と干渉検査が有効にならない
→ 詳細: /cad-tips/inventor/assembly-content (Harness Authoring・RefDes・Wire List)
13. 板金・フレーム共用図面のコツ
板金・フレームは図面構成が一般機械加工品と微妙に異なる。04で扱った図面基礎はすべて適用されるが、次の項目は特に重要。
- 板金図面: DrawingビューでSheet Metal ViewにFlat Patternを配置し、曲げ順序注釈(Bend Order)を自動表記
- DXF同梱: レーザー工場はDXFだけで十分だが、曲げ順序・目の方向・バリ取り(Deburring)範囲はPDF図面に明示する
- フレーム図面: Frame BOMはParts Listで自動生成されるのでLengthカラム・Cut Lengthカラムを必ず含める。切断許容値(Round-off)も明記
- 溶接記号: ISO 2553様式でフィレット・グルーブ・Plug溶接を区別。サイズ・長さ・ピッチ(@)まで正確に
- Heat Number追跡: 圧力容器・安全関連フレームは材料Heat NumberをBOMに追加(Custom iProperty)
- Surface Treatment: めっき・塗装・アノダイジングなど表面処理はTitle Blockノートまたは別Tableで
→ 図面基礎: /cad-tips/inventor/drawing-presentation/
14. 産業別応用メモ
- コンベアフレーム: Skeletonに中心線・高さをUser Parameterで定義 → iLogicで長さ変形を自動生成。長尺部材は図面でBreak Viewで表記
- 自動化設備ベース: Frame Generator + 板金カバー混合が標準パターン。カバーはLofted Flange・Contour Flange活用
- Jig/Fixture: 板金 + フレーム混合が多い。加工品(Workpiece)をDeriveしてクランプ・ピン位置を適応型で決めるのが定石
- プラント配管支持構造: Frame Generatorでパイプラック設計 → Tube & Pipeで配管を載せる。Interference Checkは必須
15. よくあるミス
- 一般IPTでExtrudeで板厚を先に与えてから板金変換 → Flat Pattern失敗多発
- Bend Radius 0入力 → 展開自体不可
- Sheet Metal Ruleをパート別に再定義 → 同じ工場で展開長がまちまち
- Frame GeneratorファイルRename/Move → Skeleton連結破壊、復旧ほぼ不可
- Skeleton線削除 → 該当MemberがSick状態で残存
- End Treatment手動反復 → Reuse機能を使えば数クリック
- Secondary FeatureにMaintain geometry未チェック → Skeleton変更時に作業損失
- Frame材質をParameterのみで管理 → Mass・Cost集計が不正確。iProperty Materialも併設定
実務チェックリスト
- 板金パートはSheet Metalテンプレートから始めた
- Sheet Metal Ruleは会社Style Libraryから単一原本を参照する
- K-Factorは工場実測値で調整したか、Bend Tableを適用した
- Flange生成時、Bend基準オプションを現場工程に合わせ確認した
- Flat Pattern生成後DXFでExport可能な状態だ
- 穴-曲げ距離・最小Flange高さなどDFM基準を満たす
- Frame Generator Skeletonは別パート/Sketchで分離されている
- Frameファイルは名前変更・移動をしなかった(またはVault Renameのみ使用)
- Secondary Featureは「Maintain geometry」オプションをオンにした
- Frame BOMのLength・Material・Massが正常集計される
- Custom NotchプロファイルはContent CenterにPublishして共有する
- 配管・ハーネスがフレームに付く接点(ブラケット・トレイ)は板金パートとして分離設計した