自动坦克模型专业课程设计指导书

三一工学院课程设计指导书题目自动坦克模型设计和加工学院湖南三一工业职业技术学院专业数控技术目录第一章概述 11.1课程设计目标 11.2课程设计步骤 11.3课程设计步骤 21.4课程设计过程中应注意事项 3第二章机械部分设计和制作 42.1坦克模型设计图 42.2零件加工工艺分析 62.2.1毛坯选择 62.2.2零件图样工艺分析及设备选择： 62.2.3刀具选择及装夹 62.2.4确定装夹方案 92.3确定加工工艺卡 92.3.1数控加工工艺卡以下表： 92.4编写加工程序 112.4.1零件加工程序编制方法 112.4.2数控编程方法 112.4.3数控车参考程序以下: 122.4.4数控铣加工程序以下： 14第三章电气控制部分设计和制作 173.1稳压电源模块 173.1.1稳压电源制作原理 173.1.2三端稳压器7805芯片原理 173.2 无线收发模块： 193.3电机驱动模块 22附件编写设计说明书 25参考文件 26前言数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制技术，数控装备是以数控技术为代表关键技术对传统制造产业和新兴制造业渗透形成机电一体化产品，即所谓数字化装备。本课程设计中首先介绍了数控技术发展趋势及本专业研究意义、背景并对课题内容和要求进行了综合叙述；接着叙述了复杂零件加工工艺，其中进行了零件图分析，说明了工件定位、工序确实定、刀具设计和选择和工艺路线制订方法等；然后编写加工程序，并对程序进行模拟仿真，数控加工和对加工结果检验，利用数控铣或数控车对自动坦克模型进行加工，车身加工关键包含绘制零件图、利用数控软件对零件进行造型、分析并生成G代码、对G代码进行校验编辑、进行数控加工等等，再加入电气控制部分，最终针对全部内容进行总结。第一章概述1.1课程设计目标1、课程设计应达成目标；1）课程设计是巩固所学理论知识、提升机械结构设计、电气设计、工艺分析、数控加工等综合能力关键实践步骤。2）坦克模型项目课程设计目标是，深入了解机械结构、电气原理、数控工艺基础理论，掌握对多种复杂结构设计方法，增强对基础知识和基础方法综合利用能力，增强对加工工艺了解能力，提升编程能力，在实践中培养独立分析问题和处理问题作风和能力。2、课程设计题目及要求；综合利用机械原理基础知识和电气控制基础标准，分组设计一个含有中等规模、一定难度、有一定参考价值项目；经过项目选题、机械部分零件图设计、数控加工工艺分析、编制程序、模型制作、电气控制部分设计、装配调试、编写课程设计说明书等步骤完成课程设计全过程。3、题目说明：这是考查我们机械设计、数控加工等方面知识了解，另外还有电气方面，我们要在了解这多个知识点基础上才能完成这个课程设计。4、设计特点：自动坦克模型设计综合了机械设计、材料、电气控制、工艺分析、数控加工等多方面知识，是一个经典机电一体化项目。1.2课程设计步骤课程设计是学生在学习阶段一次较全方面机械设计训练，学生应在老师指导下分组或独立完成整个设计过程。通常课程设计步骤以下：1、设计准备阶段：在老师指导下，依据学习情况合理分组，认真研究选择课题，明确设计要求，了解设计内容，经过去图书馆和上网查阅资料，确定设计计划。2、总体设计：确定总体尺寸，重量，材料，确定加工方案，确定控制方法，整理出本项目所需参考资料及各项数据表。3、机械部分设计和制作：分析和确定坦克结构方案，确定各部分尺寸，设计和绘制零件图和装配图，加工工艺分析，数控加工。4、电气控制部分设计和制作：设计和确定电源模块，确定驱动方案，设计和确定控制模块，安装调试。5、编写设计说明书。6、进行设计总结。1.3课程设计步骤·课程设计准备课程设计准备坦克模型总体方案设计电气控制部分设计和制作设计总结机械部分设计和制作编写设计说明书1.4课程设计过程中应注意事项1、进行课程设计第一步是先选择一个课程项目，在项目建立时，应先考虑项目制作可行性，项目名称最好选择有意义名称。2、选择项目时不可过于简单，不能只是单一方向课程，应综合所学进行考虑。3、要熟悉多种编程软件使用方法，掌握指令使用合理性，不然会造成加工程序篇幅过大。4、课程设计说明书应简练明了，需要相关图片插入到WORD文档中，请注意要插入图片扩展名应该是JPG，不要是BMP，不然将引发文档容量极其庞大。

第二章机械部分设计和制作2.1坦克模型设计图1、坦克车身零件图1：图1车身2、坦克炮塔零件图2：图2炮塔3、坦克车轮零件图3：图3车轮4、坦克炮管零件图4：图4炮管2.2零件加工工艺分析2.2.1毛坯选择依据图样可知该零件为组合件，分别由车身、炮塔、轮子、炮管组成，其中车身、炮塔由数铣加工，轮子、炮管由数车加工，车身毛坯为130X120X45,炮管毛坯为Ø18，炮塔毛坯为Ø75，轮子毛坯为Ø40。2.2.2零件图样工艺分析及设备选择：1、零件图样分析此零件图比较复杂。需加工内容很多，除基础外形轮廓之外，还有曲面加工，而且还有薄壁加工，工件材料是铝材，装夹时很轻易变形，本课题完成需要数车、数铣还有电气控制三个工种共同协作。2、零件图分析由本课题零件图样分析，要从三部分下手：数铣，加工内容最多，装夹工艺复杂，尤其是铣内外螺纹时，对操作者提出了更高要求，同时车身部分曲面加工部位较多；数车，轮子加工较轻易，关键是炮管加工，关键是考查细长轴加工和工艺；电气控制，要求对坦克自动运行前进、后退、转弯控制进行程序设置于调试。3、设备选择在数控机床上加工零件时，通常有两种情况，一是被加工零件要选择适宜加工设备，二是有数控机床选择适合加工零件。是用一般机床加工，还是数控机床加工，或是选择专用机床加工，到底怎样选择，概括起来要考虑以下多个原因。要确保被加工零件技术要求，加工出合格产品。有利于提升生产效率。尽可能降低生产成本。总而言之，依据学校设备条件，本课题可选择数控车、数控铣床完成；因为零件还需要加工曲面，故可选择数控机床进行曲面切削至达成尺寸和精度要求。2.2.3刀具选择及装夹1、刀具选择由图1可知所要加工件材料为铝材，同时，考虑到被加工件尺寸精度、表面质量要求和切削载荷大小、切削过程中有没有冲击和振动等原因，选择对应刀具材料为硬质合金刀片或高速钢到全部能够；刀具类型为机械夹固式不重磨可转位车刀，这是目前数控车床上使用最广泛一个车刀，这种车刀刀片为多边形，有多条切削刃，当某条切削刃磨损钝化后，只需松开夹固元件，将刀片转一个位置便可继续使用，其最大有点是车刀几何角度完全由刀片确保，切削性能稳定，刀杆和刀片已标准化，加工质量好。故选择机夹硬质合金刀具，数铣可选择高数刚刀。2、刀具安装车刀安装得正确是否，将直接影响切削能否顺利进行和工件加工质量。在这里，我们将重申安装车刀时应注意事项：1）车刀安装在刀架上，伸出量通常为刀杆高度1~1.5倍。伸出过长会使刀杆刚度变差，切削时轻易产生振动，影响工件表面粗糙度。车刀垫铁要平整，数量要少，垫铁应和刀架对齐。3）车刀刀尖应和工件轴线等高，不然会因基面和切削平面位置发生改变，而改变车刀工作时前角和后脚数值。4）车刀刀杆中心线应和进给方向垂直，不然会使主偏角和副偏角数值发生改变。3、刀具及切削用量选择：依据零件加工要求，车削和铣削刀具材料均为硬质合金。刀具规格及切削用量确定如表1，2所列表1综合零件刀具卡设计课题综合零件序号刀具号刀具名称及规格刀具半径数量加工表面备注1T010145º粗外圆车刀0.21外表面、端面2T010145º精外圆车刀0.21外表面、端面3T0202宽为3毫米切槽刀01切断4T030360º螺纹车刀1铣螺纹5T0404Ø16键槽铣刀81铣内腔6T0505Ø12键槽铣刀61铣内腔7T0707Ø10键槽铣刀51铣Ø6轮轴8T0606Ø6键槽铣刀31铣“工字”9T0808中心钻31雕刻三一LOGO 确定加工参数：主轴转速：硬只合金刀具材料在车削不锈钢件时主轴转度：式中：V—切削速度D—刀具直径进给速度:式中：——刀具每齿进给量mm/rZ——刀具齿数N——主轴转数r/min经查切削速度表、计算，切削参数表如表2所表示表2切削参数刀具号加工内容刀具规格主轴转速（r/min）进给速度（mm/r)类型材料T0101粗加工外轮廓合金刀片硬质合金600150T0202精加工外轮廓1000200T0303车槽宽3mm车槽刀高速钢3500.1T0404车M26X2螺纹60°外螺纹车刀硬质合金7202T0606铣“工”字槽Ø6键槽铣刀硬质合金800150mm/minT0707铣曲面Ø12键槽铣刀硬质合金1500400mm/min2.2.4确定装夹方案机床夹具是指安装在机床上，用以装夹工件，是工件和刀具含有正确相互位置关系。数控车床所使用通用夹具就是三爪自定心卡盘，这种夹具装夹简单,夹持范围大，装夹速度快，能满足常见通常加工要求。所以，它关键用于数控车床装夹部分回转体轴类零件和套筒类零件。而该零件图就是轴类零件，且图纸对零件同轴度要求能够用三爪自定心卡盘和打中心孔装夹来达成要去，所以在车床上选择三爪自定心卡盘来进行装夹。而在铣床上多数采取平口虎钳进行装夹工件就能够达成要求。2.3确定加工工艺卡2.3.1数控加工工艺卡以下表3：

表3工序内容（走刀路线）工序号工序名称工序内容（走刀路线）切削用量设备T刀具转速r/min进给速度mm/r背吃刀量mm1粗车夹25外圆，粗车轮子长，留余量0.5mmT01016000.151.5数控车床2精车精车轮子确保尺寸精度T01016000.21.5数控车床3切断切断轮子T03034000.251.5数控车床5粗铣车身粗铣履带、“工”字槽T06068004006数控铣床粗铣车身曲面T07078004000.1粗铣螺纹底孔T070780015056精铣车身履带、曲面、螺纹底孔、“工”字槽T060612002601数铣7粗铣车身侧面粗铣轮子部位T07078001205数铣8粗铣车身底部粗铣车身底部内腔T0707800150mm/min2数铣9精铣精铣床车身底部内腔T07079002005数铣10三一标志雕刻三一LOGO中心钻15003000.1数铣2.4编写加工程序2.4.1零件加工程序编制方法现代数控机床是综合了多个高技术机床，是完全新型自动化机床。数控车床关键用于加工轴类、套筒类、盘状类等精度要求高、表面质量要求高、表面形状复杂、带特殊螺纹零件，在加工前，操作者应先制订加工工艺，选好要加工所需刀具，安全规范加工出所需产品。数控机床和一般机床不一样，整个加工过程中不需要人工操作，而由程序来进行控制。在数控机床上加工零件时，首先要分析零件图样要求、确定合理加工路线及工艺参数、计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；其次把全部工艺过程和其它辅助功效（主轴正转和反转、切削液开和关、变速、换刀等）按运动次序，用要求指令代码及程序格式编制成数控加工程序，经过调试后统计在控制介质（或称程序载体）上；最终输入到数控机床数控装置中，以此控制数控机床完成工件全部加工过程。所以，把从分析零件图样开始到取得正确程序载体为止全过程称为零件加工程序编制。2.4.2数控编程方法数控编程通常分为手工编程和自动编程两种。1、手工编程。手工编程是指程序编制整个步骤全部是由人工来完成。于几何形状不太复杂零件，所需要加工程序不长，计算也比较简单，犯错机会较少，这时用手工编程计立即又经济，所以手工编程仍被广泛地应用于形状简单点位加工及平面轮廓加工中。不过工件轮廓复杂，尤其是加工非圆弧曲线、曲面等表面，或工件加工程序较长时，使用手工编程将十分烦琐、费时，而且轻易犯错，常会出现手工编程工作跟不上数控机床加工情况，影响数控机床开动率。此时必需用自动编程方法编制程序。2、自动编程。自动编程有俩种：APT软件编程和CAM软件编程。APT软件是利用计算机和对应处理程序、后置处理程序对零件源程序进行处理，以得到加工程序编程方法。在具体编程过程中，除确定工艺方案仍关键依靠人工进行外（有些自动编程系统能自动确定最好加工工艺参数），其它工作，包含数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序检验等各项工作均由计算机自动完成。编程人员只需依据图样要求，使用数控语言编写出零件加工源程序，送入计算机，由计算机自动地进行数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，并在屏幕模拟显示加工过程，立即修改，直至自动穿出数控加工纸带，或将加工程序经过直接通信方法送入数控机床，指挥机床工作。CAM软件是将加工零件以图形形式输入计算机，由计算机自动进行数值计算、前置处理，在屏幕上形成加工轨迹，立即修改，再经过后置处理形成加工程序输入数控机床进行加工。自动编程出现使得部分计算烦琐、手工编程困难或手工无法编出程序全部能够实现。本设计依据零件具体加工部位和零件结构工艺特点，在本课题中所需加工是一件轴类零件，属于二维工件，因为该工件由几部分焊接而成，又对同轴度要求较高，故要分次装夹，以达成精度要求。该工件无曲面，可采取手工编写程序，这么既立即又经济，同时能达成预期效果。另外，为了检验手工编程实际效果在这里还采取了数控仿真技术来立即校验整个程序加工效果。2.4.3数控车参考程序以下:%O1000(轮子）M03S1T0101G00X100Z100X40Z2G73U3R3G73P10Q20U0.5F0.3N10G0X34G1Z0F0.1X35Z-0.5Z-2.3G2X31Z-2R2G1W-1.4G2X35W-2R2G1Z-9.5X34W-0.5N20G1X40M05M00M3S3T0101G0X40Z2G70P10Q20G0X100Z100M30%O(炮杆左端）M3S1T0101G0X100Z100X12Z2G71U1R1G71P10Q20U0.5F0.3N10G0X7G1Z0F0.1X8Z-0.5Z-67N20G1X12M05M00M3S1T0101G0X12Z2G70P10Q20G0X100Z100M30%%O3000炮杆右端M3S1T0101G0X12Z2G71U1R1G71P10Q20U0.5F0.1N10G0X6G1Z0F0.1X7.9Z-1Z-15N20G0X12M05M00M3S3T0101G0X12Z2G70P10Q20G0X100Z100M30%O4000螺纹M3S1T0202G0X100Z100X12Z2G92X7Z-15F1.25X6.5X6.4X6.25G0X10Z100M30%2.4.4数控铣加工程序以下：铣两边履带%O1200N12G90G54G0X-53.5Y-3.1S3000M03N14G43Z30.M08N16Z-11.N18G1Z-13.F400N20G17G3X-55.5Y-1.1I-2.J0.F1000N22G1X-57.5N24G2X-62.6Y4.I0.J5.1N26X-49.5Y17.1I13.1J0.N28G1X49.5N30G2X62.6Y4.I0.J-13.1N32X57.5Y-1.1I-5.1J0.N34G1X55.5N36G2X50.4Y4.I0.J5.1N38G3X49.5Y4.9I-0.9J0.N40G1X-49.5N42G3X-50.4Y4.I0.J-0.9N44G2X-55.5Y-1.1I-5.1J0.N46G3X-57.5Y-3.1I0.J-2.N48G1Z-11.N50G0Z30.N52M05N54M30%“工”字型凹槽%O1200N12G90G54G0X-26.553Y6.869M03N14G43Z31.M08N16Z20.N18G1Z0.F400N20Y1.869Z-2.N22Y6.869F1000N24Y-11.131N26G17G2X-31.653Y-16.231I-5.1J0.N28G1X-33.653N30G3Y-18.031I0.J-0.9N32G1X-17.653N34G3Y-16.231I0.J0.9N36G1X-19.653N38G2X-24.753Y-11.131I0.J5.1N40G1Y6.869N42G2X-19.653Y11.969I5.1J0.N44G1X-17.653N46G3Y13.769I0.J0.9N48G1X-33.653N50G3Y11.969I0.J-0.9N52G1X-31.653N54G2X-26.553Y6.869I0.J-5.1N56G1Z0.N58G0Z31.N60M05N62M30%第三章电气控制部分设计和制作坦克电气控制部分关键分为电源模块、遥控射频信号模块、电机驱动模块三大部分。3.1稳压电源模块此模块为坦克动力系统及控制系统提供能源。3.1.1稳压电源制作原理直流稳压电源，是将交流220V、50Hz电压，经电源变压器降压，再经整流、滤波和集成稳压器稳压后，取得平稳直流电压输出。直流稳压电源大致上分为整流滤波电路和稳压电路两部分。整流滤波部分通常采取单相桥式整流、电容滤波电路;稳压部分采取集成稳压器7805完成。3.1.2三端稳压器7805芯片原理78XX系列集成稳压器经典应用电路以下图5所表示，这是一个输出正5V直流电压稳压电源电路。IC采取集成稳压器7805，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电容，RL为负载电阻。当输出电较大时，7805应配上散热板。图5电源模块电路原理图图6为提升输出电压应用电路。稳压二极管VD1串接在78XX稳压器2脚和地之间，可使输出电压Uo得到一定提升，输出电压Uo为78XX稳压器输出电压和稳压二极管VC1稳压值之和。VD2是输出保护二极管，一旦输出电压低于VD1稳压值时，VD2导通，将输出电流旁路，保护7800稳压器输出级不被损坏。图6稳压电路因为R1、RP电阻网络作用，使得输出电压被提升，提升幅度取决于RP和R1比值。调整电位器RP，即可一定范围内调整输出电压。当RP=0时，输出电压Uo等于78XX稳压器输出电压；当RP逐步增大时，Uo也随之逐步提升。

表47805电气参数参数符号测试条件最小值经典值最大值单位输出电压VoTj=25℃4.85.05.2V5.0mA<1o<1.0A,Po<15WVi=7.5vto20v4.755.005.25V线性调整率△VoTj=25℃,Vi=7.5Vto25V4.0100mVTj=25℃,Vi=8Vto12V1.650mV负载调整率△VoTj=25℃,lo=5.0mAto1.5A9100mVTj=25℃,lo=250mAto750mA450mV静态电流IQTj=25℃5.08mA静态电流改变率△IQlo=5mAto1.0A0.030.5mAVi=8Vto25V0.30.8mA输出电压温漂△Vo/△Tlo=5mA0.8mV/

℃输出噪音电压VNf=10Hzto100KHz,Ta=25℃42μV纹波抑制比RRf=120Hz,Vi=8Vto18V6273dB输入输出电压差Volo=1.0A,Tj=25℃2V输出阻抗Rof=1KHz15mΩ短路电流1SCVi=35V,Ta=25℃230mA峰值电流1PKTj=25℃2.2A无线收发模块：本模块完成对坦克无线遥控控制遥控信号采取台湾普城企业生产一个CMOS工艺制造低功耗低价位通用编解码电路PT2262/PT2272，编码芯片PT2262发出编码信号由：地址码、数据码、同时码组成一个完整码字，解码芯片PT2272接收到信号后，其地址码经过两次比较查对后，VT脚才输出高电平，和此同时对应数据脚也输出高电平，假如发送端一直按住按键，编码芯片也会连续发射。当发射机没有按键按下时，PT2262不接通电源，其17脚为低电平，所以315MHz高频发射电路不工作，当有按键按下时，PT2262得电工作，其第17脚输出经调制串行数据信号，当17脚为高电平期间315MHz高频发射电路起振并发射等幅高频信号，当17脚为低平期间315MHz高频发射电路停止振荡，所以高频发射电路完全收控于PT226217脚输出数字信号，从而对高频电路完成幅度键控（ASK调制）相当于调制度为100％调幅。图4所表示PT2262管脚说明：图7PT2262PT2272管脚图

表5芯片管脚说明名称管脚说明A0-A111-8、10-13地址管脚,用于进行地址编码,可置为“0”,“1”,“f”(悬空),D0-D57-8、10-13数据输入端，有一个为“1”即有编码发出，内部下拉Vcc18电源正端（＋）Vss9电源负端（－）TE14编码开启端，用于多数据编码发射，低电平有效；OSC116振荡电阻输入端，和OSC2所接电阻决定振荡频率；OSC215振荡电阻振荡器输出端；Dout17编码输出端（正常时为低电平）图7芯片硬件接线图3.3电机驱动模块电机驱动采取SGS企业生产L298N芯片。本芯片内部包含4通道逻辑驱动电路，是一个二相和四相电机专用驱动器，即内含二个H桥高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46V、2A以下电机。其引脚排列图2中U4所表示，1脚和15脚可单独引出连接电流采样电阻器，形成电流传感信号。L298可驱动2个电机，OUTl、OUT2和OUT3、OUT4之间分别接2个电动机。5、7、10、12脚接输入控制电平，控制电机正反转，ENA，ENB接控制使能端，控制电机停转。1298逻辑功效如表2所列。Intel8253输出二组PWM波，每一组PWM波用来控制一个电机速度。另外二个I／O口能够控制电机正反转．控制方法和控制电路全部比较简单。即P10、P11控制第一个电机方向，输入：PWMl控制第一个电机速度；P12、P13控制第二个电机方向，输入PWM2控制第二个电机速度。因为电机在正常工作时对电源干扰很大，只用一组电源时会影响单片机正常工作。所以选择双电源供电。一组5V电源给单片机和控制电路供电，另外一组5V、9V电源给L298N+VSS、+VS供电。以下图8示L298管脚图图8L298管脚图表6L298逻辑功效图图9L298内部结构图表7L298引脚功效引脚PowerSONameFunction功效说明1;152;19SenseA;SenseB电流监测端,1、15和PowerSO2、19使用方法一样，SEN1、SEN2分别为两个H桥电流反馈脚，不用时能够直接接地2;34;5Out1;Out21Y1、1Y2输出端46VS功率电源电压,此引脚和地必需连接100nF电容器5;77;9Input1;Input21A1、1A2输入端，TTL电平兼容6;118;14EnableA;EnableBTTL电平兼容输入1EN、2EN使能端，低电平严禁输出81,10,11,20GNDGND地912VSS逻辑电源电压。此引脚和地必需连接100nF电容器10;1213;15Input3;Input42A1、2A2输入端，TTL电平兼容13;1416;17Out