加农炮模型制作与改进

摘要：文章分析了加农炮的结构特点，进行了加工工艺分析，给出了典型零件的加工工序步骤参考方案，提出了加农炮的结构及零件尺寸的改进之处，指出加工注意事项。

关键词：加农炮 结构特点 工艺分析 加工要点

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（b）-00-02

加农炮模型是国家一体化教学改革实验教材中数控加工一个典型工作任务，这是一个件数多（33件），零件尺寸小，结构复杂，要求精度高的组合件，通常是在数控车床和数控铣床上加工的可观赏性强的工艺品。现尝试用普通车床和钳加工方法加工，成功加工出了做工精良，独一无二的手工工艺产品（见图1）。

1 图样分析

在制作之前，必须先把图样看清楚，分析其装配关系和装配要求。

(1）由图可知，这个加农炮由炮筒、支架、轮子、转动轴四大部分，共33个零件组成。炮筒部件由，1个炮筒和炮筒座、2个炮耳（用来支撑炮筒）4个零件构成；2个车轮，每一个轮子由外圈、内圈、8根辐条、轮毂共11个零件构成，装配时将2个组装好的轮子装在传动轴上，两侧用固定螺母紧固；2个支架用于支撑炮筒同时与传动轴配合起到推动炮体运动的作用。

(2）装配后，要求炮管配合端直径与炮管座配合精度在0.029?mm以内，轮缘外圈内孔与轮缘内圈外圆配合公差在0.029?mm以内，轮毂内孔与轴径间隙配合以保证运动精度。2个连接杆与支撑板对应的φ4孔过渡配合精度在0.026?mm以内。

2 工艺分析

(1）由于加农炮的炮管与炮管座配合精度要求较高，则2个零件合用一根棒料毛坯，一次装夹将两个零件共同的外径按需要一次车出，共同的内孔也一次粗车，然后切断，并对每个零件的长度尺寸留精加工余量，精加工时严格控制炮管座与炮管配合尺寸。

(2）炮的两个轮子的轮缘的内圈和外圈要求较高的精度配合，则应该共用一根棒料毛坯，一次装夹，车削共同的φ56内孔，并按图纸要求严格控制内圈的外圆，和外圈阶梯内孔的尺寸精度。

(3）为了保证两块支架的尺寸精度，各面的平行度、垂直度、平面度和对称度等要求，需要选用一块板料进行初加工，初加工后留有适当的精加工余量，在中间锯成块成对精加工至尺寸精度要求。

(4）两块支架通过两个连接杆组成炮架体，连接杆的轴颈与支架的孔配合精度影响到炮架的稳定性，要求紧配合，加工时要严格控制尺寸精度。

5）轴颈与轮毂内径配合精度影响炮的运动精度，加工时要控制尺寸精度达到图纸要求。

(6）要在轴向尺寸4?mm，壁厚3?mm的轮缘内圈圆周上钻出8个均匀分布的3?mm小孔，这是加农炮加工的难点之一。加工时划线后一定要小心试钻每一个小孔，稍不注意就会把加工好的内圈钻废。

为了防止松动固定螺母与轴的螺纹有效旋和足够长。

3 加工过程

(1）车削炮筒

①装夹工件，伸出卡盘爪长度大于85?mm。

②车棒料端面并打中心孔。

③车削阶梯台长度为7?mm，Φ25?mm长度为82?mm

④向左移动小溜板1.2?°。

⑤手动小溜板手柄车削长度为72.5?mm的锥面，最大直径为Φ24?mm。

⑥用三角螺纹车刀划出图纸要求R1.5圆弧的距离。

⑦手动小溜板手柄，用切断车刀车削长度为72.5?mm的锥面，留出长度1.5?mm的阶台，车至最小直径为Φ19?mm。

⑧用R1.5的样板刀，在长度1.5?mm的阶台上车削出R1.5?mm的圆弧。

⑨用Φ14?mm的钻头钻孔长度为80?mm左右，再用Φ15?mm的铰刀精车内孔至尺寸要求。

⑩用切断刀在长度为78?mm处切断工件。

(2）车削炮底座

①装夹工件，伸出卡盘爪长度42?m左右。

②平端面，车削外径Φ27?mm长度为30?mm，外径Φ22?mm长度为28?mm的阶台。

③用R1.5?mm的样板刀，在长度Φ27的阶台上车削出1.5?mm的圆弧。

④用Φ16?mm的钻头钻孔长度为8?mm，在车削内孔使内孔为Φ18?mm上偏差 0.018下偏差0。

⑤调头装夹工件，平端面使总长为41?mm。

⑥车削外径Φ24?mm长度11?mm，外径Φ9?mm长度3?mm，外径Φ2?mm长度1?mm的阶梯台。

⑦用R12?mm的样板刀，在外径Φ24?mm上车削12的圆弧。

⑧用R1?mm的样板刀，分别在外径Φ9?mm、Φ2?mm上车削1?mm的圆弧。

4 材料选用

考虑到可长期保留，有较好的可观赏性，没有用通常学生练习用的钢料，而选用了性能比较稳定的铝合金材料。铝合金按生产工艺分为变形铝合金和铸造铝合金（或称铸铝合金）两大类。前者主要包括防锈铝合金、硬铝合金和超硬铝合金、锻铝合金等，后者主要包括硅铝合金、铝铜合金、铝镁合金和铝锌合金等。我学校现有的铝合金材质是前者。

5 刀具材料及几何参数选用

(1）刀具材料

不同的铝合金材料选择不同的刀具材质，变形铝合金，其强度和硬度都不高，切削加工的难度在于有较高的塑性，切削时易形成积屑瘤，难以获得良好的表面质量，用高速钢车刀加工，光洁度要比使用硬质合金车刀加工的光洁度高。如果需要更高要求的，就用金刚石刀具能做镜面切削效果很亮（刀具成本就有所上升了），铸铝合金据其硅含量的不同，选用的刀具材料也不尽相同。

学生实习常用的刀具材料有高速钢和硬质合金两种，如果是普车用普通白钢刀即可，光洁度主要依靠刀具的型角即可，冷却液的效果不大，冷却液只有在光洁度0.8左右的时候稍微有点作用。想要无毛刺高效率，一般是用金刚石PCD刀具，寿命是合金刀具的50～80倍，粗糙度一般在0.5?u左右。

2）刀具的几何参数

车削加工小型铝合金零件时，可采用小尺寸的钎焊硬质合金刀具，经整体刃磨后使用。切削刃参数应选择：加工塑性材料取较大的前角；加工脆性材料取较小的前角，加工铝合金前角γ＝30?°左右，同样工件材料强度和硬度高时易取较小后角；工件材料硬度低塑性较大时，主后刀面的摩擦对已加工表面质量和刀具磨损影响较大，此时应取较大的后角，加工铝合金后角＝11?°～20?°，刃倾角=0～10?°，主偏角Ｋr＝75～90?°，刀尖角εr＜90?°，刀尖圆弧半径r＝0.3～1?mm。

6 改进之处

在加工制作时发现，按教材中的图纸尺寸加工出来的辐条装不上，经过研究计算，辐条的长度应该由原来的40?mm改为25?mm长；连接杆与支架的装配质量直接影响炮的结构稳定性，原图纸连接杆是一根光轴，没有和支架的配合精度，现将连接杆改为轴颈为的台阶轴，支架配合尺寸；考虑到外观造型好看，炮体装饰带的圆弧半径应与炮筒座的圆弧半径相协调，由原来的R2.5?mm改成R1.5?mm。

7 加工注意事项

(1）铝合金加工时容易产生变形。解决铝合金加工变形的冷处理方法主要有振动时效和人工冷校形。振动时效是利用机械方法使零件振动，在振动过程中应力得以松弛或重新分布达到稳定尺寸的目的。与热处理相比，振动时效有节能、生产周期短、生产费用底等优点。对于单件小批量生产，一般采用人工冷校形方法，该方法是指零件加工变形后，由人工对变形零件进行校形。一方面通过施加外力对零件校形，另一方面，通过不断的施加外力达到内应力释放的目的。

(2）铝合金加工切记不能打砂纸，以免影响美观。

(3）轮子装配时一定成对装配，注意轮缘的反正，轮缘的大端朝外，插辐条的一侧朝里，否则不小心装反拆卸困难。

参考文献

[1] 吴宗泽.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2] 江门技师学院.组合件加工与装配[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2011.

[3] 雷午生.车工[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2011.