加农炮模型的改进设计与加工

摘要：加农炮金属模型具有结构复杂、零件尺寸小、要求精度高的特点，其通常以数控加工为主，现用钳加工为主的方法来进行加工。文章分析了加农炮的结构特点，提出了加农炮的结构方面和零件尺寸的设计方案，分析了加工工艺，给出了典型零件的加工准备和加工过程的参考方案，并总结了该设计制作的创新亮点。

关键词：加农炮模型；典型零件；改进设计；工艺分析；加工过程

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）31-0033-02

加农炮金属模型结构复杂，零件尺寸小，要求精度高，通常是以数控加工为主，现用钳加工为主的方法来进行加工，也加工出了美观精致的工艺品模型。

1 结构分析和改进思路

1.1 结构分析

加农炮模型通常由支架、车轮、炮筒、车轴几部分组成。其中2个车轮，每个车轮由内圈、外圈、轮毂和8根辐条共11个零件组成，装配时将2个车轮装在车轴上，用螺母紧固，2个支架用来作为车体与车轴配合并支撑炮筒，炮筒由炮管、炮筒座和炮耳构成。

1.2 改进设计思路

加农炮模型由原来一般以数控为主的加工，现在改为以钳工为主的制作，所以要将一部分零件设计成由钳工制作，达到功能不变但更加美观简单的目的。

2 改进设计方案

加农炮模型是一个炮车，车轴是固定心轴，车轮转动，而车轴与支架不转动，车轴与车轮设计成间隙配合，车轴与支架为过渡配合，设计方案如下。

2.1 车轮部分

车轮设计为整体并加工成腹板式，采用CAD绘图，边设计边调整边绘图，设计方法是把圆周12等分，在车轮的半径方向钻一大一小两个孔，做这两个圆的外切线，设计成让相邻两条切线平行，作为12个间距3mm的腹板，见装配好的加农炮模型。车轮与轴为间隙配合，车轮里孔尺寸公差带为Φ8H8，由钳工制作，图纸略。

2.2 炮筒部分

因为查阅了资料，加农炮的特点是炮筒比较长，所以为了使模型更加形象，加长了炮筒尺寸，增大到125mm，由数控加工，图纸略。

2.3 支架部分

为了与炮筒的加长协调，加长了支架的尾部长度，为了使支架与车轴稳定地装配，支架的轴孔不用半圆而设计为整个圆Φ10，支架与车轴过渡配合尺寸公差带为Φ10H8，由钳工制作。

2.4 车轴部分

因为支架改为整个圆Φ10，为了便于装配，轴结构设计为阶梯轴，与支架配合处尺寸公差带为Φ10k7，与车轮配合处尺寸公差带为Φ8f9，由数控加工，图

纸略。

2.5 连接轴部分

支架与连接轴原为过渡配合，现在改进为支架与连接轴铆接。

2.6 增加尾轮

原有支架直接与地面接触，不便于运动，也影响美观，改进为在尾部加装轮子，这样炮车靠两个车轮和一个尾轮支撑实现运动。

3 钳加工工艺分析

（1）车轮孔与车轴之间的配合为间隙配合，车轮里孔Φ8H8需要铰孔来加工，才能保证精度；（2）车轴与支架为过渡配合，支架与车轴配合的孔φ10H8需要铰孔来加工，才能保证精度；（3）两个支架为了保证尺寸精度和各面的平行度要求，需要分别对两个板料进行粗加工，粗加工后留适当的精加工余量，然后将两件成对精锉至尺寸精度要求；（4）两个支架通过连接轴组成炮架体，支架与连接轴铆接，为了增加稳定性，加工时要严格保证铆接质量。

4 钳加工的准备

4.1 备料

要按照设计和工艺要求备料，各种原料圆钢、钢板等，其材质和规格尺寸等都要符合要求。准备好制作车轮的Φ70mm、厚度为6mm的圆钢2个，制作支架的长125mm、宽70mm、厚6mm钢板2块，制作尾轮的Φ20mm圆钢等。

4.2 准备工具

按照制作工艺需要准备工具，主要用到以下工具：分度头、游标高度尺、钢板尺、划规、划针、手锤、样冲、游标卡尺、刀口形直角尺、桌虎钳、锉刀、钢锯、钻床、什锦锉、丝锥、手用铰刀、铰杠、麻花钻头等。

自制改进工具：为了加工出车轮细长的腹板，需要把锯条和锉刀用砂轮机磨窄。

5 钳加工过程

5.1 车轮的加工过程

（1）检查毛坯尺寸Φ70mm；（2）锉削外圆，达到一定的圆度；（3）划线。在万能分度头上划线，将毛坯装夹在卡盘上，刻度对准0，先划圆心，然后划腹板的间距3mm的两条平行线，12等分，每转动手柄30°，划一条线。在正反面划出全部加工线，并用样冲在孔的中心线打上冲眼，检查无误后，再开始加工；（4）钻孔。钻Φ8H8的底孔Φ7.8mm，并钻12个Φ10mm孔和12个Φ4mm的孔；（5）锯削。先将锯条在砂轮机上磨窄到5mm左右，在Φ10mm孔处开始锯削，锯削3mm宽的两平行平面，一共12对，留有加工余量0.3mm左右；（6）粗锉，先将锉刀在砂轮机上磨窄到6mm左右，锉削使各表面到接近尺寸线，留有精锉余量；（7）精锉，用什锦锉锉削使各面达到平面度、垂直度要求；（8）铰孔。用手铰刀铰削孔达到Φ8H8，保证垂直度；（9）全部锐边倒棱，去毛刺，清屑，复检。

5.2 支架的加工过程

（1）检查毛坯尺寸70×125mm；（2）锉削基准面。锉削70×6mm和125×6mm两个互相垂直的基准面，作为划线基准；（3）划线。在正反面划出全部加工线，并用样冲在孔的中心线打上冲眼，检查无误后，再开始加工；（4）钻孔。钻4个Φ4mm小孔和Φ10H8的底孔Φ9.8mm；（5）钻排孔。用钻头钻出排孔，并用锯削来去掉多余的料，注意留有加工余量；（6）粗锉，使各表面到接近尺寸线，留有精锉余量；（7）精锉，使各面达到形位公差要求；（8）铰孔。用手铰刀铰削孔达到Φ10H8，保证垂直度；（9）全部锐边倒棱，去毛刺，清屑，复检。其他零件制作过程略。

5.3 模型的组装

图2为装配后的加农炮模型。安装支架与车轴，保证两个支架的端面平行。安装车轮与车轴，保证车轮转动灵活。铆接连接轴与支架，保证牢固可靠。安装炮筒与连接轴，保证紧固。

为了防止金属模型的生锈和提高产品的美观程度，先用细砂纸打磨，达到一定的表面粗糙度，然后涂抹机油，必要时可以用油纸包裹。

6 创新亮点

加农炮模型虽然小，但也汇集了机械设计与制造的精髓。在设计加工上该加农炮模型有五个创新之处：（1）车轮的设计改造，构思巧妙，既简化了钳工的制作难度，同时又不失整体的美观；（2）尾轮的增加，使炮车更具有观赏性；（3）支架的设计更具有流线型；（4）连接轴的铆接解决了装配后车体不稳定的问题；（5）自制改进锯削锉削工具的应用。以上五点创新使加农炮模型达到了外形与功能的完美统一。

参考文献

[1] 机械工程师手册编委会.机械工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2007.

[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] 范增福，等.钳工工艺与技能训练[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2010.

作者简介：邹丽杰（1964-），女，辽宁人，鞍山技师学院冶金分院高级教师，研究方向：机械设计与制造。endprint

摘要：加农炮金属模型具有结构复杂、零件尺寸小、要求精度高的特点，其通常以数控加工为主，现用钳加工为主的方法来进行加工。文章分析了加农炮的结构特点，提出了加农炮的结构方面和零件尺寸的设计方案，分析了加工工艺，给出了典型零件的加工准备和加工过程的参考方案，并总结了该设计制作的创新亮点。

关键词：加农炮模型；典型零件；改进设计；工艺分析；加工过程

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）31-0033-02

加农炮金属模型结构复杂，零件尺寸小，要求精度高，通常是以数控加工为主，现用钳加工为主的方法来进行加工，也加工出了美观精致的工艺品模型。

1 结构分析和改进思路

1.1 结构分析

加农炮模型通常由支架、车轮、炮筒、车轴几部分组成。其中2个车轮，每个车轮由内圈、外圈、轮毂和8根辐条共11个零件组成，装配时将2个车轮装在车轴上，用螺母紧固，2个支架用来作为车体与车轴配合并支撑炮筒，炮筒由炮管、炮筒座和炮耳构成。

1.2 改进设计思路

加农炮模型由原来一般以数控为主的加工，现在改为以钳工为主的制作，所以要将一部分零件设计成由钳工制作，达到功能不变但更加美观简单的目的。

2 改进设计方案

加农炮模型是一个炮车，车轴是固定心轴，车轮转动，而车轴与支架不转动，车轴与车轮设计成间隙配合，车轴与支架为过渡配合，设计方案如下。

2.1 车轮部分

车轮设计为整体并加工成腹板式，采用CAD绘图，边设计边调整边绘图，设计方法是把圆周12等分，在车轮的半径方向钻一大一小两个孔，做这两个圆的外切线，设计成让相邻两条切线平行，作为12个间距3mm的腹板，见装配好的加农炮模型。车轮与轴为间隙配合，车轮里孔尺寸公差带为Φ8H8，由钳工制作，图纸略。

2.2 炮筒部分

因为查阅了资料，加农炮的特点是炮筒比较长，所以为了使模型更加形象，加长了炮筒尺寸，增大到125mm，由数控加工，图纸略。

2.3 支架部分

为了与炮筒的加长协调，加长了支架的尾部长度，为了使支架与车轴稳定地装配，支架的轴孔不用半圆而设计为整个圆Φ10，支架与车轴过渡配合尺寸公差带为Φ10H8，由钳工制作。

2.4 车轴部分

因为支架改为整个圆Φ10，为了便于装配，轴结构设计为阶梯轴，与支架配合处尺寸公差带为Φ10k7，与车轮配合处尺寸公差带为Φ8f9，由数控加工，图

纸略。

2.5 连接轴部分

支架与连接轴原为过渡配合，现在改进为支架与连接轴铆接。

2.6 增加尾轮

原有支架直接与地面接触，不便于运动，也影响美观，改进为在尾部加装轮子，这样炮车靠两个车轮和一个尾轮支撑实现运动。

3 钳加工工艺分析

（1）车轮孔与车轴之间的配合为间隙配合，车轮里孔Φ8H8需要铰孔来加工，才能保证精度；（2）车轴与支架为过渡配合，支架与车轴配合的孔φ10H8需要铰孔来加工，才能保证精度；（3）两个支架为了保证尺寸精度和各面的平行度要求，需要分别对两个板料进行粗加工，粗加工后留适当的精加工余量，然后将两件成对精锉至尺寸精度要求；（4）两个支架通过连接轴组成炮架体，支架与连接轴铆接，为了增加稳定性，加工时要严格保证铆接质量。

4 钳加工的准备

4.1 备料

要按照设计和工艺要求备料，各种原料圆钢、钢板等，其材质和规格尺寸等都要符合要求。准备好制作车轮的Φ70mm、厚度为6mm的圆钢2个，制作支架的长125mm、宽70mm、厚6mm钢板2块，制作尾轮的Φ20mm圆钢等。

4.2 准备工具

按照制作工艺需要准备工具，主要用到以下工具：分度头、游标高度尺、钢板尺、划规、划针、手锤、样冲、游标卡尺、刀口形直角尺、桌虎钳、锉刀、钢锯、钻床、什锦锉、丝锥、手用铰刀、铰杠、麻花钻头等。

自制改进工具：为了加工出车轮细长的腹板，需要把锯条和锉刀用砂轮机磨窄。

5 钳加工过程

5.1 车轮的加工过程

（1）检查毛坯尺寸Φ70mm；（2）锉削外圆，达到一定的圆度；（3）划线。在万能分度头上划线，将毛坯装夹在卡盘上，刻度对准0，先划圆心，然后划腹板的间距3mm的两条平行线，12等分，每转动手柄30°，划一条线。在正反面划出全部加工线，并用样冲在孔的中心线打上冲眼，检查无误后，再开始加工；（4）钻孔。钻Φ8H8的底孔Φ7.8mm，并钻12个Φ10mm孔和12个Φ4mm的孔；（5）锯削。先将锯条在砂轮机上磨窄到5mm左右，在Φ10mm孔处开始锯削，锯削3mm宽的两平行平面，一共12对，留有加工余量0.3mm左右；（6）粗锉，先将锉刀在砂轮机上磨窄到6mm左右，锉削使各表面到接近尺寸线，留有精锉余量；（7）精锉，用什锦锉锉削使各面达到平面度、垂直度要求；（8）铰孔。用手铰刀铰削孔达到Φ8H8，保证垂直度；（9）全部锐边倒棱，去毛刺，清屑，复检。

5.2 支架的加工过程

（1）检查毛坯尺寸70×125mm；（2）锉削基准面。锉削70×6mm和125×6mm两个互相垂直的基准面，作为划线基准；（3）划线。在正反面划出全部加工线，并用样冲在孔的中心线打上冲眼，检查无误后，再开始加工；（4）钻孔。钻4个Φ4mm小孔和Φ10H8的底孔Φ9.8mm；（5）钻排孔。用钻头钻出排孔，并用锯削来去掉多余的料，注意留有加工余量；（6）粗锉，使各表面到接近尺寸线，留有精锉余量；（7）精锉，使各面达到形位公差要求；（8）铰孔。用手铰刀铰削孔达到Φ10H8，保证垂直度；（9）全部锐边倒棱，去毛刺，清屑，复检。其他零件制作过程略。

5.3 模型的组装

图2为装配后的加农炮模型。安装支架与车轴，保证两个支架的端面平行。安装车轮与车轴，保证车轮转动灵活。铆接连接轴与支架，保证牢固可靠。安装炮筒与连接轴，保证紧固。

为了防止金属模型的生锈和提高产品的美观程度，先用细砂纸打磨，达到一定的表面粗糙度，然后涂抹机油，必要时可以用油纸包裹。

6 创新亮点

加农炮模型虽然小，但也汇集了机械设计与制造的精髓。在设计加工上该加农炮模型有五个创新之处：（1）车轮的设计改造，构思巧妙，既简化了钳工的制作难度，同时又不失整体的美观；（2）尾轮的增加，使炮车更具有观赏性；（3）支架的设计更具有流线型；（4）连接轴的铆接解决了装配后车体不稳定的问题；（5）自制改进锯削锉削工具的应用。以上五点创新使加农炮模型达到了外形与功能的完美统一。

参考文献

[1] 机械工程师手册编委会.机械工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2007.

[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] 范增福，等.钳工工艺与技能训练[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2010.

作者简介：邹丽杰（1964-），女，辽宁人，鞍山技师学院冶金分院高级教师，研究方向：机械设计与制造。endprint

摘要：加农炮金属模型具有结构复杂、零件尺寸小、要求精度高的特点，其通常以数控加工为主，现用钳加工为主的方法来进行加工。文章分析了加农炮的结构特点，提出了加农炮的结构方面和零件尺寸的设计方案，分析了加工工艺，给出了典型零件的加工准备和加工过程的参考方案，并总结了该设计制作的创新亮点。

关键词：加农炮模型；典型零件；改进设计；工艺分析；加工过程

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）31-0033-02

加农炮金属模型结构复杂，零件尺寸小，要求精度高，通常是以数控加工为主，现用钳加工为主的方法来进行加工，也加工出了美观精致的工艺品模型。

1 结构分析和改进思路

1.1 结构分析

加农炮模型通常由支架、车轮、炮筒、车轴几部分组成。其中2个车轮，每个车轮由内圈、外圈、轮毂和8根辐条共11个零件组成，装配时将2个车轮装在车轴上，用螺母紧固，2个支架用来作为车体与车轴配合并支撑炮筒，炮筒由炮管、炮筒座和炮耳构成。

1.2 改进设计思路

加农炮模型由原来一般以数控为主的加工，现在改为以钳工为主的制作，所以要将一部分零件设计成由钳工制作，达到功能不变但更加美观简单的目的。

2 改进设计方案

加农炮模型是一个炮车，车轴是固定心轴，车轮转动，而车轴与支架不转动，车轴与车轮设计成间隙配合，车轴与支架为过渡配合，设计方案如下。

2.1 车轮部分

车轮设计为整体并加工成腹板式，采用CAD绘图，边设计边调整边绘图，设计方法是把圆周12等分，在车轮的半径方向钻一大一小两个孔，做这两个圆的外切线，设计成让相邻两条切线平行，作为12个间距3mm的腹板，见装配好的加农炮模型。车轮与轴为间隙配合，车轮里孔尺寸公差带为Φ8H8，由钳工制作，图纸略。

2.2 炮筒部分

因为查阅了资料，加农炮的特点是炮筒比较长，所以为了使模型更加形象，加长了炮筒尺寸，增大到125mm，由数控加工，图纸略。

2.3 支架部分

为了与炮筒的加长协调，加长了支架的尾部长度，为了使支架与车轴稳定地装配，支架的轴孔不用半圆而设计为整个圆Φ10，支架与车轴过渡配合尺寸公差带为Φ10H8，由钳工制作。

2.4 车轴部分

因为支架改为整个圆Φ10，为了便于装配，轴结构设计为阶梯轴，与支架配合处尺寸公差带为Φ10k7，与车轮配合处尺寸公差带为Φ8f9，由数控加工，图

纸略。

2.5 连接轴部分

支架与连接轴原为过渡配合，现在改进为支架与连接轴铆接。

2.6 增加尾轮

原有支架直接与地面接触，不便于运动，也影响美观，改进为在尾部加装轮子，这样炮车靠两个车轮和一个尾轮支撑实现运动。

3 钳加工工艺分析

（1）车轮孔与车轴之间的配合为间隙配合，车轮里孔Φ8H8需要铰孔来加工，才能保证精度；（2）车轴与支架为过渡配合，支架与车轴配合的孔φ10H8需要铰孔来加工，才能保证精度；（3）两个支架为了保证尺寸精度和各面的平行度要求，需要分别对两个板料进行粗加工，粗加工后留适当的精加工余量，然后将两件成对精锉至尺寸精度要求；（4）两个支架通过连接轴组成炮架体，支架与连接轴铆接，为了增加稳定性，加工时要严格保证铆接质量。

4 钳加工的准备

4.1 备料

要按照设计和工艺要求备料，各种原料圆钢、钢板等，其材质和规格尺寸等都要符合要求。准备好制作车轮的Φ70mm、厚度为6mm的圆钢2个，制作支架的长125mm、宽70mm、厚6mm钢板2块，制作尾轮的Φ20mm圆钢等。

4.2 准备工具

按照制作工艺需要准备工具，主要用到以下工具：分度头、游标高度尺、钢板尺、划规、划针、手锤、样冲、游标卡尺、刀口形直角尺、桌虎钳、锉刀、钢锯、钻床、什锦锉、丝锥、手用铰刀、铰杠、麻花钻头等。

自制改进工具：为了加工出车轮细长的腹板，需要把锯条和锉刀用砂轮机磨窄。

5 钳加工过程

5.1 车轮的加工过程

（1）检查毛坯尺寸Φ70mm；（2）锉削外圆，达到一定的圆度；（3）划线。在万能分度头上划线，将毛坯装夹在卡盘上，刻度对准0，先划圆心，然后划腹板的间距3mm的两条平行线，12等分，每转动手柄30°，划一条线。在正反面划出全部加工线，并用样冲在孔的中心线打上冲眼，检查无误后，再开始加工；（4）钻孔。钻Φ8H8的底孔Φ7.8mm，并钻12个Φ10mm孔和12个Φ4mm的孔；（5）锯削。先将锯条在砂轮机上磨窄到5mm左右，在Φ10mm孔处开始锯削，锯削3mm宽的两平行平面，一共12对，留有加工余量0.3mm左右；（6）粗锉，先将锉刀在砂轮机上磨窄到6mm左右，锉削使各表面到接近尺寸线，留有精锉余量；（7）精锉，用什锦锉锉削使各面达到平面度、垂直度要求；（8）铰孔。用手铰刀铰削孔达到Φ8H8，保证垂直度；（9）全部锐边倒棱，去毛刺，清屑，复检。

5.2 支架的加工过程

（1）检查毛坯尺寸70×125mm；（2）锉削基准面。锉削70×6mm和125×6mm两个互相垂直的基准面，作为划线基准；（3）划线。在正反面划出全部加工线，并用样冲在孔的中心线打上冲眼，检查无误后，再开始加工；（4）钻孔。钻4个Φ4mm小孔和Φ10H8的底孔Φ9.8mm；（5）钻排孔。用钻头钻出排孔，并用锯削来去掉多余的料，注意留有加工余量；（6）粗锉，使各表面到接近尺寸线，留有精锉余量；（7）精锉，使各面达到形位公差要求；（8）铰孔。用手铰刀铰削孔达到Φ10H8，保证垂直度；（9）全部锐边倒棱，去毛刺，清屑，复检。其他零件制作过程略。

5.3 模型的组装

图2为装配后的加农炮模型。安装支架与车轴，保证两个支架的端面平行。安装车轮与车轴，保证车轮转动灵活。铆接连接轴与支架，保证牢固可靠。安装炮筒与连接轴，保证紧固。

为了防止金属模型的生锈和提高产品的美观程度，先用细砂纸打磨，达到一定的表面粗糙度，然后涂抹机油，必要时可以用油纸包裹。

6 创新亮点

加农炮模型虽然小，但也汇集了机械设计与制造的精髓。在设计加工上该加农炮模型有五个创新之处：（1）车轮的设计改造，构思巧妙，既简化了钳工的制作难度，同时又不失整体的美观；（2）尾轮的增加，使炮车更具有观赏性；（3）支架的设计更具有流线型；（4）连接轴的铆接解决了装配后车体不稳定的问题；（5）自制改进锯削锉削工具的应用。以上五点创新使加农炮模型达到了外形与功能的完美统一。

参考文献

[1] 机械工程师手册编委会.机械工程师手册[M].北京：机械工业出版社，2007.

[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] 范增福，等.钳工工艺与技能训练[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2010.

作者简介：邹丽杰（1964-），女，辽宁人，鞍山技师学院冶金分院高级教师，研究方向：机械设计与制造。endprint