基于NX软件的坐标系应用研究

摘 要：随着模型设计要求不断提高，合理定义和利用工作坐标系，使模型设计工作更加顺畅。本文基于nx7.5软件的平台，介绍了工作坐标系的概念和定义方法，并通过实例详细说明了工作坐标系分别在模型设计、装配设计和二维工程图环境下的具体应用。

关键词：坐标系；定义方法；应用实例

中图分类号：TS803.6

坐标系是用来说明质点运动的快慢、方向，及定量地描述质点的位置及位置变化的参考系统。在NX中，坐标系采用的是笛卡尔坐标系统（Descartes Coordinates），遵守右手准则，分为绝对坐标系和工作坐标系。绝对坐标系（ACS：Absolute Coordinate System）只有一个，是在空间中设定的一个固定坐标系，是不可移动的；工作坐标系（WCS：Work Coordinate System）是由系统提供的，分别由红、绿、蓝三种不同颜色的轴来标识，用户可以根据需求建立工作坐标系，一个模型文件可以建立并保存多个工作坐标系位置，但工作状态的工作坐标系只有一个。通常，我们所说的定义坐标系都是指定义工作坐标系（如图1）。

1 WCS定义详解

（1）动态定义（Dynamics）

点击“Dynamics”定义命令，能显示当前活动的WCS所有的控制器。控制器有三种：①棕黄色圆球表示的是原点位置控制器，②轴向的黄色箭头表示移动方向控制器，③黄色小圆球是旋转控制器。使用鼠标选择相应控制器，通过移动或旋转得到一个新的工作坐标系。当选择黄色箭头时，会弹出“矢量构造器”的窗口，软件提供了多种矢量构造方式辅助得到新的轴向位置。其中“两点（Two Point）”和“与XC成一角度（At Angle to XC）”都是常用的方法。

（2）原点定义（Origin）

通过重新定义工作坐标系的原点位置来定义工作坐标系的位置。即工作坐标系移动到新的坐标原点，X、Y、Z三个轴方向不变，分别与原来的轴方向平行。“point”对话框弹出后，提示行会显示，“选择新的WCS原点”，使用点构造器提供的方法来选择新的原点位置，也可以设置原点的偏移参数生成新的坐标系。其中“圆弧中心（Arc Center）”和“终点（End Point）”是常用的点构造方法。

（3）旋转定义（Rotate）

旋转定义是指坐标系原点不动的基础上，通过坐标轴之间的角度转换，来实现新的工作坐标系的方法。定义坐标系的对话框提供六种轴之间旋转的方法，其中的角度可以任意指定。对话框中左侧罗列的是固定轴和旋转时轴的转换方式，右侧是旋转指定的角度。须先遵守右手准则，判断目标旋转的目的和转换方式，再指定旋转角度实现新坐标系的定义。

（4）定向定义（Orient）

2 坐标系的应用

2.1 坐标系在模型设计中的应用实例

通过变换、编辑坐标系，可以使模型设计过程更加快捷、准确。如设计特征的阵列命令、齿轮渐开线生成的平面、螺旋线的起点等等都与坐标系的应用紧密相关。

矩形阵列命令（如图2）是根据XC轴和YC轴方向驱动相关参数的，须保证阵列特征的附着面在XC-YC面上。如图3示例所示，如想实现矩形阵列实例图3（b）中的两个孔，需要把图3（a）中坐标系的X轴或Y轴其中的一个移到需要阵列的方向上。使用动态定义方法可实现，先确定移动X轴或Y轴中的任意一个，再从矢量构造器的下拉菜单中选择“两点”操作，选择图中坐标原点为起点，右上角圆中心为终点，即确定X轴的位置得到新的坐标。

模型的导入、导出操作是与坐标系有关联的，如模型以“部件（part）”格式导出时，模型是依据工作坐标系方位导出的，绝对坐标系的方位不影响导出模型的方位；而模型以“parasolid”格式导出时，模型是依据绝对坐标系的方位导出的，工作坐标系方位不影响导出模型的方位。

2.2 坐标系在装配设计中的应用实例

装配设计中，软件提供了四种“添加零组件”的定位方法：“绝对原点”、“选择原点”、“通过约束”、“移动”。其中选择“选择原点”方式就是对“坐标系定义”方式的选择，点击“应用”后，弹出的窗口可以通过“点”类型的多种方式来准确定位零组件坐标原点放置的位置，既可以设置原零组件中的坐标系与装配文件的绝对坐标系位置重合，也可以设置在任意一个指定的坐标系位置。

2.3 坐标系在二维制图中的应用实例

在使用非参数化的模型进行工程制图设计中，当模型的正视图投影方位与绝对坐标系方位有角度偏差时，在二维制图中投影视图无法得到正视图。解决方法中坐标系依然发挥重要作用。首先依据实体上的元素建立参考基准坐标系，然后把模型视图在二维制图中投影出三视图，测量出绝对坐标系与基准坐标系三个轴角度与距离的偏差值，之后将模型分别旋转和平移相应的角度与距离，最终使模型工作坐标系与绝对坐标系完全重合，投影得到正视图。

在二维制图标注时发现，模型二维轴测图进行标注的结果是投影尺寸（图5中“35.36”），而设计中必须对轴测图标注结果为真实尺寸（图5中“50”）。由于系统默认在XC-YC面上才能标注尺寸值，所以需要变换坐标系，将标注的平面设置为工作坐标系的XC-YC面。此实例标注操作为：进入二维轴测图的“EXPAND”状态，选择“定向定义”中常用的“原点、X点、Y点”类型，在模型边缘上重新选择新的原点、X轴、Y轴的位置，设置为图中所示的位置后，再使用标注尺寸工具进行尺寸标注就能得到如图中所示的值为“50”的真实尺寸标注效果。此处需要注意的是，一旦退出“EXPAND”状态后再重新进入，坐标系的位置需要重新调整。

3 结束语

本文通过介绍NX坐标系在不同设计模块中的应用实例，对工作坐标系在模型设计中不同的应用情况进行了总结，设计者需在模型设计中灵活地运用工作坐标系来达到设计意图。工作坐标系是NX软件进行工程设计的重要组成部分，熟练应用它，在帮助设计者开阔思路、提升设计水平、提高设计效率上有重要意义。

参考文献：

[1]洪如瑾编译，邓斌审校.UG NX6 CAD快速入门指导[M].北京：清华大学出版社，2009，1.

[2]张方瑞主编，于鹰宇，韩冰副主编.UG NX入门精解与实战技巧[M].北京：电子工业出版社，2003，9.

作者简介：苏霞（1982-），女，湖南株洲人，主管设计师，工程师，学士学位，研究方向：工程技术应用。

作者单位：中航工业航空动力机械研究所，湖南株洲 412002