一种三维空间角从图纸基准到加工基准的转换方法

谭健祥　魏森　张观福

摘 要：公司新型发动机缸盖火花塞孔使用了三维空间角的设计，车间五轴机床加工基准和图纸基准不一致，本文将提供一种三维空间角从图纸基准到加工基准的转换方法，这种方法使用Unigraphics NX实现，直观便捷，省去繁琐的计算过程，能解决复杂产品中不同基准下尺寸转换的问题。

关键词：三维空间角 尺寸转换 Unigraphics NX

为应对市场需求，提高产品竞争力，公司设计开发了新型发动机产品，其中在缸盖设计上将直角火花塞孔更改为在空间上分别有两个角度的孔，而由于图纸基准的两个角度和五轴加工中心旋转轴不一致，对于确定主轴上刀具的走刀路径，通过传统的计算方法，是一件非常困难的事情，而本文，将介绍一种简单可行，通俗易懂的方式，将三维空间角的图纸平面尺寸，转换成加工中心的加工基准;这种方法可适用于任何三维空间角不同基准之间的转化。

1 基准概述

确定一个工件的几何形状，首先确定其坐标系原点的位置，而后通过坐标系原点建立起坐标系，再通过坐标系确定工件的点、线、面在空间中的位置。但在图纸上，采用的是设计基准，而在加工过程中，采用的是工艺基准;设计基准是基于三维模型而标注出来的，工艺基准是根据实际工件的形状、机床夹具的运动过程所确定的，两者并不一致。

如图1所示，主轴只负责XY平面内移动，夹具负责Z方向和AB旋转轴的移动;而图纸标注如图2所示，以基准原点的X、Y方向标注两方向尺寸，由于火花塞孔是三维空间角，图纸先标注两方向尺寸，而后标注其角度进行剖切，但在机床上是先旋转机床AB轴的角度，使得火花塞孔与机床主轴平行，而后机床主轴再走XY方向距离，所以使所以图纸XY方向上的尺寸并不是机床上XY方向的尺寸。

2 图纸基准

如图2所示，图纸以图1剖视图角度剖开模型，并在模型上标注到基准面的Z方向距离和角度，也给出了图1中XY方向尺寸在火花塞孔上的点在Z方向的距离和角度，再标注出对应的几何公差和尺寸公差要求，以此，确定了火花塞孔的空间位置和火花塞孔的空间形状要求。

其中B基准为基准面，是缸盖的底面，如图4所示;C基准和D基准是缸盖底面上的两个销孔的轴线，其中C基准与B基准面的交点为坐标系原点，XY方向分布为在B基准面内，与后端面垂直、平行的方向。图2、图3中使用的原点和方向即是如此。火花塞孔共有4个，本文中以2001火花塞孔作为介绍，其余一概如此，不作阐述。图4中的左图是在右图上旋转90°所得到的视图。

3 加工基准

如图5所示，在机床上，机床调用G54.1P6加工基准，该基准以图4中C基准与B基准面的交点为坐标系原點，以图1中的XYZ方向为坐标系的XYZ方向，此三个方向均是在机床上的工件A轴和B轴分别旋转了角度后，采用的XYZ方向的距离，才能是火花塞孔在机床内部空间上所在的位置，也是产品图纸上要求的位置。方位和原点示意图如图6所示。

4 UG使用概述

在UG中有基准坐标系功能，如图7所示，按照工件的加工姿态，即机床主轴必须与火花塞孔平行，和机床上的XYZ轴所处的方位，以及设定的机床坐标系原点位置，可以在UG中构建出与机床坐标系相一致的UG模型坐标系，因此，使用UG测量出火花塞孔相对于模型坐标系XYZ方向上的距离和XY轴的角度，即可以得到机床上该坐标系下的距离和角度。

模型坐标系的构建应与机床坐标系的构建成相同的思路，即火花塞孔轴线分别与图纸基准图4中所阐述的XY轴存在一定的角度，而目的是，使得火花塞孔轴线与图纸基准中所阐述的XY轴相垂直，这里需要特别说明，模型坐标系的建立必须在图纸基准的基础上按照机床坐标系可以旋转的方向进行旋转。得到模型坐标系后，测量模型坐标系Z轴和火花塞孔轴线的角度，用以检验模型坐标系正确与否。

在建立并检验模型坐标系后，使用测量距离和测量角度对工件数模进行测量，如图8所示，即可得到加工基准下需要的位置尺寸和角度。

5 小结

本文介绍了一种三维空间角尺寸由图纸基准到加工基准的方法，其流程图如图9所示，重点在于搭建基准模型，而基准模型的搭建正确与否，在于了解图纸基准和加工基准，而后根据基准在UG中建立模型坐标系，直接测量得出结果。

这种方法灵活易行，适用于所有复杂模型的尺寸转换，避免繁琐的计算过程。

参考文献：

[1]焦永和.机械制图手册[M]，北京，机械工艺出版社，2012年07月.