一種三維空間角從圖紙基準(zhǔn)到加工基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換方法

譚健祥　魏森　張觀福

摘 要：公司新型發(fā)動機(jī)缸蓋火花塞孔使用了三維空間角的設(shè)計，車間五軸機(jī)床加工基準(zhǔn)和圖紙基準(zhǔn)不一致，本文將提供一種三維空間角從圖紙基準(zhǔn)到加工基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換方法，這種方法使用Unigraphics NX實現(xiàn)，直觀便捷，省去繁瑣的計算過程，能解決復(fù)雜產(chǎn)品中不同基準(zhǔn)下尺寸轉(zhuǎn)換的問題。

關(guān)鍵詞：三維空間角 尺寸轉(zhuǎn)換 Unigraphics NX

為應(yīng)對市場需求，提高產(chǎn)品競爭力，公司設(shè)計開發(fā)了新型發(fā)動機(jī)產(chǎn)品，其中在缸蓋設(shè)計上將直角火花塞孔更改為在空間上分別有兩個角度的孔，而由于圖紙基準(zhǔn)的兩個角度和五軸加工中心旋轉(zhuǎn)軸不一致，對于確定主軸上刀具的走刀路徑，通過傳統(tǒng)的計算方法，是一件非常困難的事情，而本文，將介紹一種簡單可行，通俗易懂的方式，將三維空間角的圖紙平面尺寸，轉(zhuǎn)換成加工中心的加工基準(zhǔn);這種方法可適用于任何三維空間角不同基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)化。

1 基準(zhǔn)概述

確定一個工件的幾何形狀，首先確定其坐標(biāo)系原點的位置，而后通過坐標(biāo)系原點建立起坐標(biāo)系，再通過坐標(biāo)系確定工件的點、線、面在空間中的位置。但在圖紙上，采用的是設(shè)計基準(zhǔn)，而在加工過程中，采用的是工藝基準(zhǔn);設(shè)計基準(zhǔn)是基于三維模型而標(biāo)注出來的，工藝基準(zhǔn)是根據(jù)實際工件的形狀、機(jī)床夾具的運動過程所確定的，兩者并不一致。

如圖1所示，主軸只負(fù)責(zé)XY平面內(nèi)移動，夾具負(fù)責(zé)Z方向和AB旋轉(zhuǎn)軸的移動;而圖紙標(biāo)注如圖2所示，以基準(zhǔn)原點的X、Y方向標(biāo)注兩方向尺寸，由于火花塞孔是三維空間角，圖紙先標(biāo)注兩方向尺寸，而后標(biāo)注其角度進(jìn)行剖切，但在機(jī)床上是先旋轉(zhuǎn)機(jī)床AB軸的角度，使得火花塞孔與機(jī)床主軸平行，而后機(jī)床主軸再走XY方向距離，所以使所以圖紙XY方向上的尺寸并不是機(jī)床上XY方向的尺寸。

2 圖紙基準(zhǔn)

如圖2所示，圖紙以圖1剖視圖角度剖開模型，并在模型上標(biāo)注到基準(zhǔn)面的Z方向距離和角度，也給出了圖1中XY方向尺寸在火花塞孔上的點在Z方向的距離和角度，再標(biāo)注出對應(yīng)的幾何公差和尺寸公差要求，以此，確定了火花塞孔的空間位置和火花塞孔的空間形狀要求。

其中B基準(zhǔn)為基準(zhǔn)面，是缸蓋的底面，如圖4所示;C基準(zhǔn)和D基準(zhǔn)是缸蓋底面上的兩個銷孔的軸線，其中C基準(zhǔn)與B基準(zhǔn)面的交點為坐標(biāo)系原點，XY方向分布為在B基準(zhǔn)面內(nèi)，與后端面垂直、平行的方向。圖2、圖3中使用的原點和方向即是如此?；鸹ㄈ坠灿?個，本文中以2001火花塞孔作為介紹，其余一概如此，不作闡述。圖4中的左圖是在右圖上旋轉(zhuǎn)90°所得到的視圖。

3 加工基準(zhǔn)

如圖5所示，在機(jī)床上，機(jī)床調(diào)用G54.1P6加工基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)以圖4中C基準(zhǔn)與B基準(zhǔn)面的交點為坐標(biāo)系原點，以圖1中的XYZ方向為坐標(biāo)系的XYZ方向，此三個方向均是在機(jī)床上的工件A軸和B軸分別旋轉(zhuǎn)了角度后，采用的XYZ方向的距離，才能是火花塞孔在機(jī)床內(nèi)部空間上所在的位置，也是產(chǎn)品圖紙上要求的位置。方位和原點示意圖如圖6所示。

4 UG使用概述

在UG中有基準(zhǔn)坐標(biāo)系功能，如圖7所示，按照工件的加工姿態(tài)，即機(jī)床主軸必須與火花塞孔平行，和機(jī)床上的XYZ軸所處的方位，以及設(shè)定的機(jī)床坐標(biāo)系原點位置，可以在UG中構(gòu)建出與機(jī)床坐標(biāo)系相一致的UG模型坐標(biāo)系，因此，使用UG測量出火花塞孔相對于模型坐標(biāo)系XYZ方向上的距離和XY軸的角度，即可以得到機(jī)床上該坐標(biāo)系下的距離和角度。

模型坐標(biāo)系的構(gòu)建應(yīng)與機(jī)床坐標(biāo)系的構(gòu)建成相同的思路，即火花塞孔軸線分別與圖紙基準(zhǔn)圖4中所闡述的XY軸存在一定的角度，而目的是，使得火花塞孔軸線與圖紙基準(zhǔn)中所闡述的XY軸相垂直，這里需要特別說明，模型坐標(biāo)系的建立必須在圖紙基準(zhǔn)的基礎(chǔ)上按照機(jī)床坐標(biāo)系可以旋轉(zhuǎn)的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。得到模型坐標(biāo)系后，測量模型坐標(biāo)系Z軸和火花塞孔軸線的角度，用以檢驗?zāi)Ｐ妥鴺?biāo)系正確與否。

在建立并檢驗?zāi)Ｐ妥鴺?biāo)系后，使用測量距離和測量角度對工件數(shù)模進(jìn)行測量，如圖8所示，即可得到加工基準(zhǔn)下需要的位置尺寸和角度。

5 小結(jié)

本文介紹了一種三維空間角尺寸由圖紙基準(zhǔn)到加工基準(zhǔn)的方法，其流程圖如圖9所示，重點在于搭建基準(zhǔn)模型，而基準(zhǔn)模型的搭建正確與否，在于了解圖紙基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)，而后根據(jù)基準(zhǔn)在UG中建立模型坐標(biāo)系，直接測量得出結(jié)果。

這種方法靈活易行，適用于所有復(fù)雜模型的尺寸轉(zhuǎn)換，避免繁瑣的計算過程。

參考文獻(xiàn)：

[1]焦永和.機(jī)械制圖手冊[M]，北京，機(jī)械工藝出版社，2012年07月.