教學(xué)應(yīng)用型可轉(zhuǎn)位數(shù)控車床的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種用于課堂教學(xué)的教學(xué)儀器，尤其適用于數(shù)控技術(shù)及單片機(jī)技術(shù)等課程的教學(xué)使用。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)成為一種成熟的技術(shù)，越來越多的用于現(xiàn)代工業(yè)化制造中，越來越多的人也參與到數(shù)控技術(shù)的學(xué)習(xí)中。對于數(shù)控車床的初學(xué)者來說目前的數(shù)控車床都是比較高端的設(shè)備，他們很難想象的出數(shù)控車床究竟是怎樣實(shí)現(xiàn)數(shù)字化加工的，這對他們的學(xué)習(xí)帶來了難度。在數(shù)控技術(shù)的學(xué)習(xí)上，一些基本且重要的算法，如直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)算法，只能理解其含義，但很難讓學(xué)習(xí)者通過實(shí)驗(yàn)的方法來驗(yàn)證算法的實(shí)現(xiàn)原理及正確性，不能讓學(xué)習(xí)者在主觀上認(rèn)識這些算法的正確性和實(shí)用性。數(shù)控車床上運(yùn)用的一些典型的結(jié)構(gòu)和控制原理在課堂上無法準(zhǔn)確描述也不能即時的給學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐訓(xùn)練，造成學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量不高，效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]教學(xué)應(yīng)用型數(shù)控車床為解決教學(xué)上存在的一些問題而設(shè)計(jì)的，該設(shè)備是用單片機(jī)控制數(shù)控車床運(yùn)動，旨在提高相關(guān)課程課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。機(jī)床主體由透明、質(zhì)輕的有機(jī)玻璃制成，學(xué)習(xí)者能夠觀察車床的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及傳動原理。在機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)上引入傾斜工作臺的模型，機(jī)床上的工作臺可以繞主軸中心線做一定角度的旋轉(zhuǎn)，可體現(xiàn)出當(dāng)今主流數(shù)控車床傾斜工作臺的結(jié)構(gòu)原型；加長了中滑板導(dǎo)軌的長度，刀架在中滑板上有足夠的移動空間使前置刀架和后置刀架的結(jié)構(gòu)原型能夠在機(jī)床上體現(xiàn)出來；引入了繞平行于主軸軸線的中心線的可旋轉(zhuǎn)刀架，刀架可以繞著中心線旋轉(zhuǎn)出現(xiàn)多個刀位。在控制方面運(yùn)用教學(xué)中常用的AT89S52單片機(jī)作為主控制器，通過一些輔助器件(例如步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、按鈕開關(guān)、電源、限位開關(guān))的連接，構(gòu)建單片機(jī)控制系統(tǒng)，各電子元器件的連接方法可參照附圖3 ;單片機(jī)控制系統(tǒng)可以通過ISP數(shù)據(jù)線與電腦相連，在Keil uvis1n2環(huán)境下運(yùn)用C語言根據(jù)機(jī)床的運(yùn)動需求編程并調(diào)試，轉(zhuǎn)化為.Hex格式文件，利用progisp.exe軟件把.hex格式的文件燒錄到單片機(jī)里，最后運(yùn)用操作板上的按鈕對數(shù)控機(jī)床模型進(jìn)行操做。學(xué)習(xí)者可以根據(jù)所學(xué)知識和自己的需要，編制出對應(yīng)的程序，然后進(jìn)行調(diào)試、編譯、燒錄最后實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的運(yùn)動。
[0004]本發(fā)明通過機(jī)床主體使數(shù)控車床的一些特殊結(jié)構(gòu)直觀的展現(xiàn)出來、通過把單片機(jī)和普通機(jī)床結(jié)合可以使數(shù)控技術(shù)中的直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)運(yùn)算算法具體的體現(xiàn)在工作臺的運(yùn)動中。
[0005]此過程可提高數(shù)控技術(shù)及單片機(jī)課程相關(guān)章節(jié)課堂教學(xué)的質(zhì)量和效率。
[0006]【附圖說明】:
[0007]圖1是教學(xué)應(yīng)用型可轉(zhuǎn)位數(shù)控車床裝配圖軸側(cè)圖；
[0008]圖2是教學(xué)應(yīng)用型可轉(zhuǎn)位數(shù)控車床裝配圖俯視圖；
[0009]圖3是控制部分元器件電路連接圖
[0010]附圖標(biāo)記和部件的對應(yīng)關(guān)系如下:
[0011]床頭11
[0012]旋轉(zhuǎn)工作臺前支架12
[0013]主軸13
[0014]旋轉(zhuǎn)工作臺14
[0015]Z軸絲杠15
[0016]加長型中滑板 16
[0017]X軸絲杠17
[0018]刀架18
[0019]小滑板19
[0020]旋轉(zhuǎn)工作臺后支架110
[0021]床尾111
[0022]床身112
[0023]銷孔113
[0024]24V直流電源 31
[0025]Z軸步進(jìn)電機(jī)32
[0026]Z軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器33
[0027]X軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器34
[0028]X軸步進(jìn)電機(jī) 35
[0029]電腦36
[0030]ISP 下載線37
[0031]ISP 接口 38
[0032]AT89S52 單片機(jī) 39
[0033]單片機(jī)最小系統(tǒng)310
[0034]發(fā)光二極管311
[0035]微動開關(guān)312
[0036]按鈕開關(guān) 313
[0037]可自鎖按鈕開關(guān) 314
[0038]【具體實(shí)施方式】:
[0039]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0040]圖1和圖2分別為本實(shí)用新型的機(jī)械部分的軸測圖和俯視圖，圖3為控制部分的接線圖。
[0041 ]由圖1可知，本實(shí)用新型的機(jī)械部分主要由，床頭11、床身12、主軸13、旋轉(zhuǎn)工作臺14、Z軸絲杠15、加長型中滑板16、X軸絲杠17、刀架18、小滑板19組成；其中主軸13安裝在床頭11上，旋轉(zhuǎn)工作臺前支架12、旋轉(zhuǎn)工作臺后14、旋轉(zhuǎn)工作臺后支架110構(gòu)成旋轉(zhuǎn)工作臺部件，旋轉(zhuǎn)工作臺部件通過旋轉(zhuǎn)工作臺前支架12、旋轉(zhuǎn)工作臺后支架110分別通過滾動軸承與床頭和床尾進(jìn)行連接，并與主軸保持同心，可以手動扳動整個旋轉(zhuǎn)工作臺繞主軸中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，利用圓柱銷插入銷孔113對旋轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行定位(床頭11和旋轉(zhuǎn)工作臺后支架110上對應(yīng)也有銷孔);旋轉(zhuǎn)工作臺部件上的Z軸絲杠15轉(zhuǎn)動通過固連在中滑板16上的滾珠螺旋裝置可實(shí)現(xiàn)中滑板16的移動，中滑板16上的X軸絲杠17的轉(zhuǎn)動通過固連在小滑板19上的滾珠螺旋裝置可實(shí)現(xiàn)小滑板19的移動。
[0042]由圖3可知，本實(shí)用新型的控制部分主要由，24V直流電源31、Z軸步進(jìn)電機(jī)32、Z軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器33、X軸步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器34、X軸步進(jìn)電機(jī)35、電腦36、ISP下載線37、ISP接口 38、AT89S52單片機(jī)39、單片機(jī)最小系統(tǒng)310、發(fā)光二極管311、微動開關(guān)312、按鈕開關(guān)313、可自鎖按鈕開關(guān)314、若干導(dǎo)線組成；Z軸步進(jìn)電機(jī)33安裝在Z軸絲杠15的軸端，X軸步進(jìn)電機(jī)35安裝在X軸絲杠17的軸端，四個微動開關(guān)312分別安裝在X軸，Z軸的兩端以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的限位功能。
[0043]整個數(shù)控系統(tǒng)的連接方法如圖3所示，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)器由24V電源31直接提供24V電源；由AT89S52單片機(jī)提供脈沖信號和方向信號；由單片機(jī)最小系統(tǒng)310經(jīng)過兩條途徑提供5V公共端電壓給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，途徑1是通過四個串聯(lián)的微動開關(guān)312 (默認(rèn)為NC狀態(tài))提供5V公共端電壓給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，一個綠色發(fā)光二極管311-A (正常情況下發(fā)光)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器并聯(lián)接入單片機(jī)最小系統(tǒng)310負(fù)極，途徑2是在在微動開關(guān)312的N0接口接入可自鎖按鈕開關(guān)314 (此開關(guān)正常情況下為斷開的)給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器提供5V公共端電壓給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，一個紅色發(fā)光二極管311-1 (觸發(fā)微動開關(guān)時發(fā)光)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器并聯(lián)接入單片機(jī)最小系統(tǒng)310負(fù)極，當(dāng)任何一個微動開關(guān)312被觸發(fā)，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，綠色發(fā)光二極管熄滅，紅色發(fā)光二極管發(fā)光；B、Η兩個按鈕開關(guān)分別作為控制X軸正反方向移動的控制按鈕，D、F兩個按鈕開關(guān)分別作為控制Z軸正反方向移動的控制按鈕，C、G兩個按鈕開關(guān)作為XZ軸聯(lián)動時的觸發(fā)按鈕，可實(shí)現(xiàn)圓弧插補(bǔ)功能，當(dāng)單獨(dú)按下B、H、D、F四個按鈕時機(jī)床工作臺會發(fā)生相應(yīng)的直線插補(bǔ)運(yùn)動，當(dāng)兩個或兩個以上按下時工作臺不會移動，此時綠色發(fā)光二極管A亮，紅色發(fā)光二極管I熄滅，當(dāng)工作臺觸發(fā)到微動開關(guān)312時，機(jī)床停止運(yùn)動，處于限位狀態(tài)，此時綠色發(fā)光二極管A熄滅，紅色發(fā)光二極管I發(fā)光，當(dāng)按下可自鎖按鈕開關(guān)314時，可以按下對應(yīng)按鈕開關(guān)，使工作臺遠(yuǎn)離碰觸的微動開關(guān)，實(shí)現(xiàn)手動解除限位，此時綠色發(fā)光二極管A亮，紅色發(fā)光二極管I熄滅整個數(shù)控系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。
[0044]PWM調(diào)速器由24V電源31提供電源，并與主軸13軸端的直流電機(jī)相連，PWM調(diào)速器有按鈕開關(guān)和旋鈕，按鈕開關(guān)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)向，旋鈕控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0045]AT89S52單片機(jī)通過ISP下載線與電腦相連，電腦上安裝Keil uvis1n2軟件，在此軟件的環(huán)境下用C語言編制不同的程序，通過編譯，燒錄以實(shí)現(xiàn)整個控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種教學(xué)應(yīng)用型可轉(zhuǎn)位數(shù)控車床，包括機(jī)械和控制兩個部分，所述機(jī)械部分用有機(jī)玻璃制成，包括床頭、床身、旋轉(zhuǎn)工作臺、刀架、主軸、加長型中滑板導(dǎo)軌，其中床頭上有主軸，旋轉(zhuǎn)工作臺放置于床頭與床身之間，旋轉(zhuǎn)中心與主軸旋轉(zhuǎn)中心重合；控制部分的操作面板安裝在機(jī)床床頭上，整個控制系統(tǒng)包括AT89S52單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、限位開關(guān)、PWM調(diào)速器、24V電源，步進(jìn)電機(jī)、限位開關(guān)分別安置在機(jī)械部分傳動軸的尾端，通過電路連接、程序控制、操作面板上的按鈕可實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床的控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)應(yīng)用型可轉(zhuǎn)位數(shù)控車床，其特征在于:機(jī)械部分有加長型中滑板，使刀架在中滑板上有足夠的移動空間以保證前置刀架和后置刀架在機(jī)械部分結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)出來。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的教學(xué)應(yīng)用型可轉(zhuǎn)位數(shù)控車床，其特征在于:機(jī)械部分有可繞主軸軸線Z進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的工作臺，進(jìn)而可以展示傾斜工作臺的結(jié)構(gòu)類型。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種教學(xué)應(yīng)用型可轉(zhuǎn)位數(shù)控車床，主要由機(jī)械和控制兩部分組成。機(jī)械部分主體用有機(jī)玻璃制成，其包括床頭、床身、旋轉(zhuǎn)工作臺、刀架、主軸、加長型中滑板導(dǎo)軌；其中床頭上有主軸，旋轉(zhuǎn)工作臺放置于床頭和床身之間，旋轉(zhuǎn)工作臺上有加長型中滑板導(dǎo)軌，中滑板導(dǎo)軌上有刀架?？刂撇糠值牟僮髅姘灏惭b在機(jī)床床頭上，其包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、限位開關(guān)、PWM調(diào)速器、24V電源；操作面板上有ISP接口可與電腦相連，通過keil？uvision2軟件可實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與電腦的數(shù)據(jù)傳輸。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床的直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、點(diǎn)動、限位、手動解除限位等功能，可用來提高數(shù)控學(xué)習(xí)的教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效率。
【IPC分類】G09B25/02
【公開號】CN204990976
【申請?zhí)枴緾N201520316692
【發(fā)明人】王寬, 趙巍
【申請人】天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年5月18日