JPS6219910A - 丸味付け方法 - Google Patents

丸味付け方法

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JPS6219910A
JPS6219910A JP60158583A JP15858385A JPS6219910A JP S6219910 A JPS6219910 A JP S6219910A JP 60158583 A JP60158583 A JP 60158583A JP 15858385 A JP15858385 A JP 15858385A JP S6219910 A JPS6219910 A JP S6219910A
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JP
Japan
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intersection
curved surface
cross
plane
radius
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JP60158583A
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English (en)
Inventor
Maki Seki
関 真樹
Norihisa Amano
天野 典寿
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Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
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Priority to PCT/JP1986/000374 priority patent/WO1987000651A1/ja
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Program-control systems
    • G05B19/02Program-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/402Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by control arrangements for positioning, e.g. centring a tool relative to a hole in the workpiece, additional detection means to correct position
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02Program-control systems electric
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    • G05B19/41Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by interpolation, e.g. the computation of intermediate points between programmed end points to define the path to be followed and the rate of travel along that path
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/35Nc in input of data, input till input file format
    • G05B2219/35151Modeling geometric, generation or forming of curved surface

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  • Automation & Control Theory (AREA)
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  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Numerical Control (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は丸味付は方法に係り、特に第1、第2の曲面の
交差部に所定の丸味付けを行う丸味付は方法に関する。
〈従来技術〉 三次元金型等の設計図面上の曲面は一般に複数の断面曲
線によって表現されており、ある断面曲線と次の断面曲
線間の形状データは存在しない。
ところで、数値制御加工に際してはこのように中間の形
状が与えられていないにもかかわらず上記2つの断面曲
線間をなめらかにつながるように加工することが要求さ
れる。このことは、換言するならば、上記2つの断面曲
線間の曲面を、該断面曲線のデータ等から生成し、該生
成された曲面に関するデータをNCテープに記憶し、該
NCテープからの指令により加工しなければならないこ
とを意味する。このため、三次元曲面体のい(つかの断
面、断面曲線を特定するデータとから所定の規則に従っ
て゛複数の中間断面を生成すると共に、該中間断面によ
る曲面体の断面曲線(中間断面曲線)を求め、該生成し
た複数の中間断面曲線により三次元曲面体の曲面を生成
する方法が開発されて、既に実用化されている(たとえ
ば、特開昭57−5109号明細書または昭和56年1
0月30日、日刊工業新聞社発行rNCプログラミング
入門」第156頁乃至162頁参照)。この方法によれ
ば断面データからなめらかな曲面を生成でき有効である
ところで、加工によっては2以上の三次元曲面を複合し
て成る複合曲面の加工、換言すれば複合曲面の生成が要
求される場合がある。しかし、従来は各三次元曲面デー
タを用いて簡単にこれら三次元曲面を複合してなる複合
曲面を生成することができなかった。このため、本願出
願人は特願昭60−39445号として新規な複合曲面
生成力?夫を提案している。
この提案された複合曲面生成方法は要約すれば予め、複
合曲面を構成する各三次元曲面を特定するためのデータ
を入力すると共に、所定平面(たとえばx−Y平面)上
の1つの交線を特定するデータと該交線を基に該X−Y
平面上の多数の交線を特定するための規則を入力し、 前記多数の交線のうち第1番目の交線をX−Y平面との
交線とする断面による複合曲面の断面曲線を求め、 以後同様に、各交線に対応する断面による断面曲線を求
め、該断面曲線の集合により複合曲面を生成するもので
ある。
〈発明が解決しようどしている問題点〉かかる複合曲面
を構成する各三次元曲面の境界部に半径Rのフィレット
面(丸味付は面)をつけたい場合がある。
しかし、従来は正確に、かつ簡単な方法で境界部に半径
Rの丸味付けを行うことができなかった。
以上から、本発明の目的は簡単な方法でかつ正確に複合
曲面を構成する三次元曲面の境界部に所望のフィレット
面を挿入できろ丸味付は方法を提供することである。
〈問題点を解゛決するための手段〉 第1図は本発明の概略説明図である。
cpsは複合曲面、 10a、10bは複合曲面CPSを構成する第1、第2
の曲面、 11.12はxY平面に垂直な断面により第1、第2曲
面を切断したときの第1、第2の切断曲線、Poは第1
、第2の切断臼$11,12の交点である。
→ ■1は交点P。における第1曲面10aの法線ベクI・
ル、ベクトルV2は交点Poにおける第2曲面IQbの
法線ベクトル、■は複合曲面CPSを切断するXY平面
に垂直な断面の法線ベクトルである。
く作用〉 複合曲面CPSを構成する第1、第2の曲面10 a、
 10 bの交差線CRLがXY平面に平行な面上に存
在する場合、該交差線に沿って半径Rの円柱を配置し、
XY平面に垂直でかつ交差線CRLに垂直の断面で該複
合曲面と円柱を切断すると円柱の切断面ば真円となる。
従って、かかる場合に交差部に半径Rの丸味を入れたい
場合には、(al工具を第1の曲線11に沿って円柱と
の第1接点迄移動させ、 Fblついで第1接点から半径Rの円弧に沿って円柱上
を第2接点迄移動させ、 (c)シかる後第2接点から第2の曲線12に沿って移
動させればよい。
又、交差線CRLがXY平面に平行でない場合には、X
Y平面に垂直な前記断面で切断すると円柱を斜めに切断
するため該円柱の切断面は真円にならず楕円になる。従
って、かがる場合に交線部に半径Rの丸味を入れたい場
合には、 (a+l工具第1の曲線11に治って円柱との第1接点
迄移動させ、 fblついで第1接点から楕円外形線に沿って第2接点
迄移動させ、 (C)シかろ後第2接点から第2の曲線12に沿って移
動させればよい。しかし、楕円外形線に沿って工具を移
動させる制御は難かしいから本発明では近似している。
すなわち、 本発明においては、 (1) X Y平面に垂直な断面で第1、第2の曲面1
0 a、  10 bを切断したときの第1、第2の切
断曲線11、】2の交点をPoとし、該交点P。に求め
る。
(2)ついて、■1×■2と前記断面の法線ベク)・ル
■とがなす角度θを演算し、半径Rの丸味付けが要求さ
れている場合には該θを用いて次式%式%) によりR′を演算し、交差部に半径R′の円弧を挿入す
る。
以上から、本発明によれば交差線CRLがXY平面に平
行の時には指令通り半径凡の円弧が交差部に挿入される
が、平行でない場合には楕円の長径(−R/1cosθ
1)と短径(=R)の平均値を半径とする円弧が挿入さ
れる。
〈実施例〉 第2図は本発明方法を実現する自動プログラミング装置
のブロック図である。図中、101はデータ入力用のキ
ーボード、102はプロセンサ、103は制御プログラ
ムを記憶するROM、104はRAM、105はワーキ
ングメモリ、106は生成された複合曲面の曲面データ
や曲面加工用のNCプログラムデータを記憶する曲面記
憶メモリ、107は生成された複合曲面の曲面データあ
るいは曲面加工用のNCプログラムデータを紙テープ、
磁気テープなどの外部記憶媒体108に出力する出力装
置、109はアドレスバス、110はデータバスである
以下、本発明の丸材は方法を説明する。尚、複合曲面を
構成する互いに隣接する三次元曲面の境界部にフィレッ
ト面を挿入するものとして本発明の丸味付は方法を説明
する。従って、最初は第3図乃至第6図に従って複合曲
面生成方法の概略を説明し、ついで丸味付は方法を説明
する。
(A)複合曲面生成処理 (alまず、キーボード101から複合曲面201(第
3図(A)参照)を構成する第1の三次元曲面201a
、第2の三次元曲面201b、第3の三次元曲面201
C・・・・を特定するデータをそれぞれ入力すると共に
、複合曲面生成に際して必要となるスタート曲面(第1
の三次元曲面とする)と曲面の複合順序(第1、第2、
第3曲面、・・・の順序とする)を指定する。これら入
力されたデータはRAM104(第2図)に格納される
。尚、各三次元曲面201a〜201Cばそれぞれ2本
の動作曲線DRCI、DRC2並びに2本の基準曲線B
5Cl、B5C2などにより特定されるから、これら曲
線データ等を入力することにより各三次元曲面は特定さ
れろ。
(blついで、キーボード101から複合曲面201を
切断するX−Y平面に垂直な多数の断面を特定するため
のデータを入力し、RAM104に格納する。すなわち
、X−Y平面上の1つの交線と該交線を基にX−Y平面
上の多数の交線を特定するための規則を入力する。
たとえば、各断面が互いに平行でかっX−Y平面に垂直
であり、しかも隣接する断面間の間隔が一定の場合には
、各断面とX−Y平面との交線CLi  (i=1,2
,3.  ・・・)は第4図(A)に示すようになる。
従って、かかる場合には第1番目の交線CLIを特定す
るデータと、互いに隣接する2本の交線間の距g!(X
方向距離あるいはY方向距離であってもよい)を入力す
る。
又、各断面がX−Y平面に垂直で互いに交叉し、しかも
隣接する断面間の角度が一定の場合には、各断面とX−
Y平面との交線CL i   (i = 1 。
2.3.・・・)は第4図(B、)に示すように1点P
において順次等角度で交叉する。従って、がかろ場合に
は第1番目の交線CLI及びポイントPを特定するデー
タと、互いに隣接する2本の交線がなす角度αを入力す
る。
更に、各断面がX−Y平面に垂直で互いに同心の円筒状
であり、しかも隣接する断面間の間隔が一定の場合には
、各断面とX−Y平面との交線CLi  (宜=1.2
,3.  ・・・)は第4図(C)に示すように同心状
の円弧になる。従って、かかる場合には第1番目の交線
CLIを特定するデータと、互いに隣接する2本の交線
間の距離dを入力する。尚、第4図(A)に示す交線と
規則が入力されたものとすれば、該交線と規則により特
定される所定の断面202(第3図CB)参照)により
各三次元曲面201a〜201Cは切断され、その断面
曲線はsc、9. sc 、、 sc 、、  ・・・
のようになる。
(c)各データが入力されればプロセッサ102は公知
の手法により各三次元曲面201a〜201C・・を生
成する。尚、第5図に示すように生成された三次元曲面
の基準曲線BSCl上の3番目の分割点を含む中間断面
曲線をし。(」)と表現し、各中間断面曲線L  (j
)N=1.2.3、・・・・n)の1番目の分割点を連
結してなる曲線をし、い)と表現するとき、曲線Lc(
J)、LC(j+1) 、L、(i) 、Lいい+1)
により囲まれる四辺形をパッチPT(1#J) という
。そして、パッチPT (i、j)の4つの頂点Q1、
C2、C3、C4はそれぞれ上記曲面生成処理により作
成されて曲面記憶メモリ106に記憶される。
以上のステップ(C1により各曲面の生成処理が終了す
れば以下の複合曲面生成処理を開始する。
(dlまず、1→lとする。
telついで、1−+Jとする。
(f)シかる後、プロセンサー02は、ステップtb+
で与又られている第1番目の交線データと交線間の間隔
とを用L)で第1番目のX−Y平面上の交線CL iを
求める。
fgl第1番目の交線CLiが求まれば、プロセッサ1
02は第1番目の三次元曲面の各パッチ(第5図参照)
をX−Y平面上に投影した投影パッチの辺と第1番目の
交線CLiとが交叉する交叉点の座標値を求める。
(hlいくつかの投影パッチの辺と第1番目の交線CL
iとの全交叉点の座標値が求まれば、各交叉点に対応す
る第j番目の三次元曲面上のポイントの座標値を演算す
る。すなわち、各交叉点をX−Y平面上の投影点とする
第1番目の曲面上の各ポイントの座標値を求める。第6
図は曲面上のポイントの座標値を演算する方法説明図で
ある。三次元曲面上の所定のパッチP (m、n)をX
−Y平面上に投影してなる四辺1 、4  l b p
  J 、 *  J l)のうち所定の2辺と第1番
目の交nCLiとの交叉点をP、、 、 R2,とし、
又その座標値を(x−、+ ? Y + : 1’  
(X2i ” 2+ )とし、更に交線CLiが交叉す
る辺1.の端点をC1′、2′、辺1bの端点をC3”
C4′ とし、点Q、’  (i=1〜4)に対応する
三次元曲面上のポイン)・をQ、(i=1〜4)、各ポ
イン1−Q、の座標値を(X、+ ’!、+ z、l 
とすれば、前記交叉点P1..P2.に対応する曲面上
のボイ:/ トP、、’ 、 R2,’ (7)Z軸座
標値Z0.。
Z2、;よ次式 %式%) により算出される。そして、(X、、p ’11.p 
”11)並びに(X2 : ” 2 i ’ z2 i
 )が曲面上のポイントの座標値となる。
以上の手法により、全交叉点に対応する第1番目の三次
元曲面上のポイントの座標値を求め、とれを曲面記憶メ
モリ106に記憶すれば、第1番目の交線CLiに対応
する断面により第】番目の三次元曲面を切断したときの
断面曲線S C,、が求まっなことになる。
(ilついで、プロセンサー02は全三次元曲面の断面
曲線が求まったかどうかをチェックする。
(i)全三次元曲面の断面曲線(SC,、、SC2,。
SC3,・・・第3図(B)、(C1)が求まッテいな
ければ」+1→Jとしてステップ(gl以降の処理を繰
り返す。
(kl一方、全三次元曲面の断面曲M4(sc、、。
sc2.、 sc、、、  ・・・)が求まっていれば
、以下の処理により複合曲面201の断面曲線sc。
(第3図(C)点線参照)を求める。すなわち、断面曲
線S C,、と断面曲線S C、、、、との交点R,(
j=1,2,3・・・・)を演算する。以上により、交
点J+ (J =1p 2p  ・・)が求まれば、交
点R91R1、間の断面曲線3C,、交点R,R2,間
の断面曲線S C,、、、交点R2,R3、間の断面曲
線S C3,、・・・により第1番目の交線CL if
こ対応する断面曲線sc、が特定されろことになる。
(m)断面曲線SC,が求まれば、全文線C’Liに対
応する断面曲線を求めたかどうかをチェックする。
(,1全交線に対応する断面曲、線が求まっていなけれ
ばi + 14 iとして、ステップ(e)以降の処理
を繰り返す。
(p)シかし、全文線に対応する断面曲線が求まってい
れば複合曲面生成処理は終了したことになる。
(B)丸味付は処理 半径Rのフィレット面の挿入が要求されている場合には
、以上の処理により断面曲線SC1が求まった後、ある
いは複合曲面生成処理が終了した後に、第7図に示す流
れ図に従った丸味付は処理を行う。尚、本発明の丸味付
は処理は大別すると、(1)交差部に挿入する円弧の半
径R′を決定するステップと、 (11)交差部に半径R′の円弧を挿入するステップか
らなっている。
(1)交点P。(第1図参照)における第1曲線】する
→ → (2)ついで、V、XV2と、複合曲面を切断するXY
平面に垂直な断面(第3図(B)の202参照)の法線
ベクトルVとがなす角度θを演算する。
(3)θが求まればプロセンサ102は、半径Rの丸味
付けが指令されているときには次式%式%(1 により交差部に挿入する円弧の半径R′を演算する。尚
、(1)式により円弧半径を決定する理由は以下の通り
である。
さて、第8図(A)の平面図に示すように複合曲面CP
Sを構成する第1、第2の曲面10a。
10bの交差線CRLがXY平面に平行な場合、該交差
線CRLに沿って半径Rの円柱を配置し、xy平面に垂
直でかつ交差線CRLに垂直の断面で該複合曲面CPS
と円柱を切断すると切断面は第8図(B)に示すように
なる。
すなわち、円柱CLの中心線は交差線CRLと平行であ
るため円柱CLの切断面は真円となり、ポイントT、、
 T、、で第1、第2の切断曲線11.1−2と接する
従って第1、第2の曲面10 a、  10 bの交差
部に半径Rの丸味付けを入れたい場合には、(al工具
を第1の曲線]1に沿って接点T、迄移動させ、 (b)ついで半径Rの円弧に沿って接点]゛、から接点
T2迄移動させ、 (C)シかる後接点T2から第2の曲線12に沿って移
動させればよい。
以上は、交差線CRI−がXY平面に平行の場合である
が第9図の正面図に示すように交差線CRLがXY平面
に平行でない場合には、xY平面に垂直な前記断面で切
断すると円柱CLを斜めに切断するため該円柱の切断面
は真円にならず楕円になる。
従って第11第2の曲面10 a、  10 bの交差
部に半径Rの丸味付けを入れたい場合には、ta+工具
を第1の曲線11に沿って接点T迄移動させ、 (blついで楕円外形線に沿って接点T1から接点T迄
移動させ、 (c)シ、かる後接点T2から第2の曲線12に沿って
移動させればよい。しかし、楕円外形線に沿って工具を
移動させる制御は難かしい。そこで、本発明においては
、(1)式で交差部に挿入する円弧の半径R′を求め、
(al交差線CRLがXY平面に平行の時には(θ=0
の時には)指令通り半径Rの円弧を交差部に挿入し、f
b)平行でない場合には楕円の長径(=R/1cosθ
1)と短径(−R)の平均値を半径とする円弧を挿入す
るようにしている。
・・・・以上交差部に押入する円弧半径の決定処理 以上により、交差部に挿入されろ円弧の半径が求まれば
プロセッサは以下の処理ににより円弧を挿入する。尚、
第1、第2曲線(切断曲線)11.12は第10図に示
すように直線近似され、交点P0からはじめて第1の曲
線1】の始点側に向けて順次存在する直線近似点をP、
 (i =0.−1゜−2、・弓、交点P0からはじめ
て第2の曲線12の終点側に向けて順次存在する直線近
似点をP  (j=0.1.2・・・)とする。
(4)まず、Q −a−l、  Q −+ jとする。
(5)ついで、p、−+p−,,Pニー+ 、p−、と
すると共にP、→p s、 p 、 4.−4P、とす
る。
(6)シかる後、ポイン1−P−、とポイン1−PS間
の距1mDを求め、Dと2・R′の大小を判別する。
(71D>2・R′であれば、半径R′の丸味付けは不
可能として丸味付けの処理を終了する。尚、以後別の交
差部に丸味付けするための処理を行うことになる。
(8)一方、D≦2・R′であれば、半径R′の円が直
線P−,P、−、と直線PsPI:の2M線に接する接
点P−T、PTを求める。尚、直線P−9P−,とはポ
イントP−9とポイントP−,を通る直線を意味し、以
後同様である。
(9)ついで、接点P−エがP−、〜Po間に存在する
かを判別する。すなわち、P−、点のH軸方向座標値を
(P−、l、、接点P−エのH軸方向座標値を(P−T
)Hとするとき、(P−E)、≦(P−TIHが成立す
るかどうかを判別する。
[+01接点P−エがP、〜P0間に存在すれば(第1
1図(A)または(B)参照)、接点PTがP。−26
間に存在するかどうか、換言すれば(P工)H≦(P、
)、かどうかを判別する。
(II)接点P工が10〜25間に存在する場合には(
第11図(C)または(D))、接点P−,がP−、〜
P−9間に存在するか(第11図(A))、及び接点P
TがPS−P、間に存在するか(第11図(C))をそ
れぞれチェックする。
(14接点PT、P−エがそれぞれ第11図(A)。
(C)に示す状態にあれば を丸味付けされた通路とする。一方、第11図(A)、
(D)の状態にあれば を丸味付けされた通路とし、又第11図(B)、(C)
の状態にあれば を丸味付けされた通路とし、更に第11図(B)。
(D)の状態においては を丸味付けされた通路とする。以上により、丸味付は処
理が終了し、ふ後火の交差部における丸味付は処理を行
うことになる。
(131ステツプ(lO)において、接点P工が20〜
P6間に存在しなければ、j+1→Jとしてステップ(
5)以降の処理を繰り返す。
(14)ステップ(9)において、接点P−□がP−、
〜P0間に存在しなければ、ステップ(101と同様に
接点PTが20〜26間に存在するかどうかをチェック
する。
(lIilPTが10〜25間に存在する場合にはi 
−1→lとして、ステップ(5)以降の処理を繰り返す
(圃ステップ(14)において、−P工がP0〜pH:
間に存在しなければ、j+1→j、  i −1−+ 
iとしてステ・ツブ(5)以降の処理を繰り返す。
・・・・以上交差部への円弧押入処理 (C)複合曲面データ処理 丸味付は処理された複合曲面の生成が終了すれば、プロ
セッサ102は必要に応じて該複合曲面データを出力装
置107をして外部記憶媒体108に出力し、あるいは
複合曲面データを用いて複合曲面加工用のNCプログラ
ムデデータ作成してメモリ106に記憶し、あるいは外
部記憶媒体108に出力する。
〈発明の効果〉 重上本発明によれば、XY平面に垂直な断面で前記第1
、第2の曲面を切断したときの第1、第→ XV  と前記断面の法線ベクトル■とがなす角度θを
演算し、半径Rの丸味付けが指令されているとき次式 %式%) によりR′を演算し、交差部に半径R′の円弧を挿入す
るように構成したから、2つの曲面の交差線CRLがX
Y平面に平行の時には指令通り半径Rの円弧が交差部に
挿入でき、平行でない場合には楕円の長径(=R/1c
osθ1)と短径(−R)の平均値を半径とする円弧が
挿入でき、丸味付けを簡単に、しかも精度よく行うこと
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の概略説明図、 第2図は本発明を実現する装置のブロック図、第3図乃
至第6図は複合曲面生成処理の説明図、第7図は本発明
にかかる丸味材は処理の流れ図、第8図及び第9図は本
発明にかかる挿入円弧の半径を決定するための説明図、 第10図及び第11図は円弧挿入処理の説明図である。 cps・・複合曲面、 10a、10b・・第1、第2の曲面、11.12・・
第1、第2の切断曲線、Po・・交点、CRL・・交差
線、 Vl、■2・・交点における法線ベクトル、■・・断面
の法線ベクトル 特許出願人        ファナック株式会社代理人
          弁理士  齋藤千幹第3 図(8
) 第す図(C) 第4区(A)       第4図(B)第4図(C) Cu CL3  CLn 第6図 第7図(A) 第7図(B) 5′ ごPJ 第1O図 ア l                        
                    バ第〃図 i−r

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第1、第2の2つの曲面の交差部に丸味付けを行う丸味
    付け方法において、 XY平面に垂直な断面で前記第1、第2の曲面を切断し
    たときの第1、第2の切断曲線の交点をP_oとし、該
    交点P_oにおける第1、第2曲面の法線ベクトル■_
    1、■_2を求め、 ■_1×■_2と前記断面の法線ベクトル■とがなす角
    度θを演算し、 半径Rの丸味付けが指令されているとき次式R′=(1
    +1/|cosθ|)・R/2 によりR′を演算し、 交差部に半径R′の円弧を挿入することを特徴とする丸
    味付け方法。
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