UG空間角度求解方法應(yīng)用研究

楊傳勇

（中航工業(yè)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司工裝制造廠，遼寧 沈陽(yáng) 110043）

空間角度計(jì)算是指三維空間里與角度相關(guān)的各種計(jì)算，航空發(fā)動(dòng)機(jī)工裝制造中很多實(shí)際問(wèn)題都與空間角度有關(guān)，近年來(lái)在工裝制造中出現(xiàn)了大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零部件設(shè)計(jì)，與空間角度計(jì)算相關(guān)的零件設(shè)計(jì)與工藝參數(shù)的制定占有很大的比重，這都對(duì)快、準(zhǔn)確的計(jì)算提出了很高的要求，隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，大量功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)，使得三維設(shè)計(jì)手段取代二維設(shè)計(jì)方法成為現(xiàn)實(shí)，為空間角度計(jì)算提供了新的解決方向，也是以后的發(fā)展趨勢(shì)。

傳統(tǒng)空間角度計(jì)算方法包括：解析法是利用畫(huà)法幾何理論，通過(guò)投影變換作圖，把空間角度轉(zhuǎn)化為平面幾何，并建立數(shù)學(xué)表達(dá)式，此方法簡(jiǎn)單直觀，但過(guò)程比較繁瑣；圖解法是用作圖代替計(jì)算，以量度的方法獲得空間角度值，求解速度快但計(jì)算圖解精度較差；球面三角法是在球面上由大圓弧構(gòu)成的球面三角形的邊和角的關(guān)系，仍要靠逐個(gè)建立數(shù)學(xué)關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算，未能明顯提高效率。三維建模軟件中的“投影”、“坐標(biāo)系”、“基準(zhǔn)面”，以及測(cè)量功能，避免了傳統(tǒng)圖解法的誤差，保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，目前被廣泛應(yīng)用的三維設(shè)計(jì)軟件種類繁多，建模各有特點(diǎn)，其建模原理大同小異，本文就以三維建模軟件UG為例，探索三維建模軟件UG在鏜孔和平磨中的應(yīng)用。

1 鏜斜孔的角度和尺寸計(jì)算

在加工鉆模板類零件部件時(shí)，常會(huì)遇到鏜斜孔的空間角度求解問(wèn)題，圖1所示為帶斜孔的鉆模板簡(jiǎn)圖，為使待加工斜孔φ16H7的軸線與鏜床主軸同向，零件裝夾于萬(wàn)向轉(zhuǎn)臺(tái)上經(jīng)過(guò)兩次旋轉(zhuǎn)：

①繞Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)β角，使得斜孔軸線平行于V面。

②繞Y軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α角（軸線與模板平面的夾角θ的余角），使斜孔軸線呈鉛垂位置，而達(dá)到加工方向。

圖1

圖2

該問(wèn)題可以簡(jiǎn)化為斜孔與鉆模板平面的夾角問(wèn)題，即直線與平面的空間夾角問(wèn)題，需求解的問(wèn)題是軸線與鉆模板平面的夾角α、角β及角θ。首先根據(jù)已知條件建立鉆模板的幾何模型，圖2所示。利用UG的“直線”功能找到斜孔的軸線L1，利用”投影”功能在鉆模板底面投影出投影線L2，利用“測(cè)量”功能測(cè)出直線L2與X軸的夾角即為β=15.4203°；L1與L2的夾角為θ=62.1412°，α=90°-62.1412°=27.8588°。

零件經(jīng)過(guò)兩次旋轉(zhuǎn)不能直接找零件的基準(zhǔn)面竄數(shù)加工，在萬(wàn)向轉(zhuǎn)臺(tái)上裝夾工藝球頭，測(cè)出球頭中心相對(duì)于基準(zhǔn)中心在X，Y，Z方向上實(shí)際尺寸，兩次旋轉(zhuǎn)后找正球頭圓器竄數(shù)加工斜孔φ16H7。根據(jù)球頭圓器球心相對(duì)于A點(diǎn)（斜孔軸線與鉆模板上端面交點(diǎn)）實(shí)際值（例如：X=85mm，Y=-175mm，Z=0mm），在鉆模板幾何模型對(duì)應(yīng)位置建立B點(diǎn)（球心），利用UG的 “基準(zhǔn)面”功能建立一個(gè)L1和L2的基準(zhǔn)平面M1，“基準(zhǔn)面”功能建立一個(gè)過(guò)軸線L1垂直于平面M1的平面M2，利用“測(cè)量”功能B點(diǎn)垂直到基準(zhǔn)平面M1、M2距離146.0989和113.5825，即為鏜孔找正球頭中心加工斜孔的尺寸，保證60±0.02和 25±0.02。

2 磨削雙斜面的角度和尺寸計(jì)算

在平磨磨削定位塊類零部件時(shí)，常會(huì)遇到面與面的空間角度問(wèn)題，圖3所示為帶雙斜面和斜孔孔的定位塊。為使得待加工平面P與平磨平臺(tái)平行，需要借助正弦規(guī)和彎板兩次旋轉(zhuǎn)：

①繞Y軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)β角（主視圖32°），使得主視圖度線平行于水平面；

②繞X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)α角（平面P與基準(zhǔn)B平面的夾角θ的余角），使得P面與水平面平行，此時(shí)零件P面就處于平磨加工狀態(tài)。

該問(wèn)題可以簡(jiǎn)化為基準(zhǔn)A、B平面與雙斜面P的夾角問(wèn)題，即平面與平面的空間角度問(wèn)題，如何保證尺寸30±0.02，可以簡(jiǎn)化為空間點(diǎn)到平面的距離。首先根據(jù)已知條件建立定位塊的幾何模型，利用UG的 “測(cè)量角度”功能測(cè)出平面P與基準(zhǔn)B面的真實(shí)夾角即為β=83.025°，即為平磨磨削加工第二步繞X軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度的余角6.975°。

根據(jù)平磨加工過(guò)程中測(cè)量球所放位置建立測(cè)量球球心點(diǎn)M，利用UG的“測(cè)量距離”中的測(cè)量投影距離，矢量方向選擇P面，測(cè)量球心點(diǎn)M到平面P的投影距離H=23.0671mm。即為平磨磨削過(guò)程中測(cè)量球到P面所有要保證的尺寸，間接保證尺寸30±0.02。鏜φ16斜孔參照“鏜斜孔的角度和尺寸計(jì)算”。

傳統(tǒng)的空間角度求解法中的解析法、圖解法和球面三角法，求解過(guò)程一般繁瑣或求解精度不夠高；計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展。而三維設(shè)計(jì)軟件如UG的出現(xiàn)使建模更容易和快捷，使得空間角度問(wèn)題的求解更直接和方便且測(cè)量精度非常高，不易出錯(cuò)。對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工裝生產(chǎn)過(guò)程中普遍存在的空間角度問(wèn)題，可采用類似的方法進(jìn)行分析，是當(dāng)前求解空間角度問(wèn)題的一個(gè)比較方便的手段。

[1]唐家鵬，齊偉，等.精通UG NX7.0中文版磨具設(shè)計(jì)[M].