全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机

本发明属于切割工具领域，涉及全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机。

背景技术：

双蔓叶线简称蔓叶线，在农业、通讯、制造等行业应用非常广泛，是人们最常用的曲线，是大学和中学生必须掌握的内容，极坐标方程为ρ＝2a(secθ-cosθ)，直角坐标方程为(x²+y²)x＝2ay²，由于它将定圆中弦割线在直径上切线的引导下合成的曲线，在动割线上表现为两点的变速追赶和反向分离，内在形成的因果关系缺少直观的想象过程，致使教师教学或学生学习都存在较大困难，严重影响教学效果。另外，工程设计人员绘制图纸、施工人员加工零件浇铸实体等都需要快速便利的专用工具提高效率和精度。

为了解决上述问题，近阶段只出现了少数的关于蔓叶线方面的装置，如，专利申请号为201410484818的文献中给出了“一种蔓叶线型低频超声三次雾化喷头”，是把圆锥形变幅杆、阶梯型变幅杆构造成蔓叶线型复合变幅杆，所用金属体积小，发热少，通过进风管道处风扇的风力作用，使雾滴在金属薄片的右端面发生第三次雾化，突破了低频超声雾化难以生成超细雾滴的缺点，可用于雾化栽培及超声喷涂等领域。此技术只是应用而不能直接绘制蔓叶线。专利申请号为201610230017.5的文献中给出了“一体化绘图仪”，包括包括两个基座、第一光杆轴和第二光杆轴，第二光杆轴的一端通过滑块与第一光杆轴铰接在一起，利用滑动槽下方的m杆及n杆通过轴套铰接，在n杆的一端设有粉笔支撑架。此绘图仪只能完成一些简单曲线的描绘，不能用于绘制蔓叶线。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机，以解决现有技术缺乏一种多用途工具以根据需要形成不同参数的双蔓叶线的的技术问题。

所述的全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机，包括框架结构的支架，所述支架后侧安装有竖直设置的切线滑道和位于所述切线滑道之后的托板，所述支架前侧安装有横向水平设置的基点定位杆，所述支架内通过横向滑动结构滑动连接有竖直设置的纵杆一和纵杆二，所述支架内的顶部和底部对称安装有横向水平设置的齿带轮传动机构，所述纵杆二和所述纵杆一之间设有矩形框架结构的径向框架，所述基点定位杆上滑动连接有能够转动的基圆径杆和驱动所述基圆径杆转动的直角摇把，所述基点定位杆还滑动连接有可转动连接结构一，所述可转动连接结构一与所述径向框架的前侧转动连接，所述基圆径杆上滑动连接有可转动连接结构二，所述可转动连接结构二还同时滑动连接到所述径向框架的前侧和所述纵杆二，所述纵杆一上滑动连接有可转动连接结构三，所述可转动连接结构三与所述径向框架后侧滑动连接，所述切线滑道上滑动连接有可转动连接结构四，所述可转动连接结构四与所述径向框架后侧滑动连接，所述齿带轮传动机构的齿带轮分别设置于所述支架内的左右两侧，所述齿带轮传动机构的前后两侧的齿带分别连接到所述纵杆二和纵杆一，所述可转动连接结构三上安装有朝向所述托板的执行工具。

优选的，所述基圆径杆一端连接有可转动连接结构五，可转动连接结构五滑动连接到所述基点定位杆，所述可转动连接结构一、所述可转动连接结构二、所述可转动连接结构三、所述可转动连接结构四和所述可转动连接结构五的结构均包括滑动连接在相应部件上的滑块和转动连接在所述滑块上的管件，所述管件上安装有射灯，所述射灯通过所述管件同时朝前后两侧射出光，每根所述管件依据与之滑动连接的部件数量转动连接有一至三个滑块，每个滑块上均设有锁紧结构。

优选的，所述径向框架包括位于前侧的径向主杆、位于后侧的径向辅杆和设于所述径向主杆左右两端的端部板件，所述径向主杆平行于所述径向辅杆，所述端部板件的两端分别固定在所述径向主杆和所述径向辅杆上。

优选的，所述横向滑动结构包括横向滑槽和滑动连接在所述横向滑槽上的滑板，所述滑板上设有锁紧结构，所述滑板与所述纵杆一或所述纵杆二固定连接。

优选的，所述基圆径杆、所述基点定位杆、所述切线滑道和所述径向框架的后侧均设有与自身同向延伸的刻度。

优选的，所述支架的底部安装有调节地脚。

优选的，所述托板的后侧安装有带杆吸盘。

优选的，所述支架包括支架底板、支架顶板和四个支架立杆，所述支架立杆分别设于所述支架底板的四个角上面，所述支架立杆两端分别垂直连接到所述支架底板和所述支架顶板上。

优选的，所述执行工具为刮板、喷嘴、注料口或画笔。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

1、本发明的全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机，操作简单，只要摇转直角摇把就能完成任意参数的蔓叶线绘制、围域图形喷涂或实物表面无划线凹槽切割等的工作。

2、全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机结构紧凑，组装简单，成本低廉且装置轻巧，而且能在多种场合使用，适用于教学、设计、制造、建筑等多种领域。

附图说明

图1为本发明全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机的结构示意图。

图2为图1所示结构中支架、切线滑道和基点定位杆的结构示意图。

图3为图1所示结构中连接有齿带轮传动机构的纵杆一和纵杆二的结构示意图。

图4为图1所示结构中基圆径杆的结构示意图。

图5为图1所示结构中径向框架的结构示意图。

图6为图1所示结构在坐标系下的正视图。

附图中的标记为：1、支架，11、支架顶板，12、支架底板，13、横向滑动结构，14、调节地脚，15、支架立杆，16、带杆吸盘，17、托板，2、基点定位杆，21、定位杆基板，22、可转动连接结构一，23、可转动连接结构五，24、第一刻度，25、第一沟槽，3、基圆径杆，31、直角摇把，32、可转动连接结构二，33、第二刻度，34、第二沟槽，4、径向框架，41、径向主杆，42、径向辅杆，43、端部板件，44、第三刻度，45、第七沟槽，46、第四沟槽，47、可转动连接结构三，48、可转动连接结构四，5、切线滑道，51、第四刻度，52、第八沟槽，6、纵杆一，61、第六沟槽，7、纵杆二，71、第三沟槽，8、齿带轮传动机构，81、齿带轮，82、齿带。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-6所示，本发明提供了全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机，包括框架结构的支架1，所述支架1后侧安装有竖直设置的切线滑道5和位于所述切线滑道5之后的托板17，所述支架1前侧安装有横向水平设置的基点定位杆2，所述支架1内通过横向滑动结构13滑动连接有竖直设置的纵杆一6和纵杆二7，所述支架1内的顶部和底部对称安装有横向水平设置的齿带轮传动机构8，所述纵杆二7和所述纵杆一6之间设有矩形框架结构的径向框架4，所述基点定位杆2上滑动连接有能够转动的基圆径杆3和驱动所述基圆径杆3转动的直角摇把31，所述基圆径杆3还滑动连接有可转动连接结构一22，所述可转动连接结构一22与所述径向框架4的前侧转动连接，所述基圆径杆3上滑动连接有可转动连接结构二32，所述可转动连接结构二32还同时滑动连接到所述径向框架4的前侧和所述纵杆二7，所述纵杆一6上滑动连接有可转动连接结构三47，所述可转动连接结构三47与所述径向框架4后侧滑动连接，所述切线滑道5上滑动连接有可转动连接结构四48，所述可转动连接结构四48与所述径向框架4后侧滑动连接，所述齿带轮传动机构8的齿带轮81分别设置于所述支架1内的左右两侧，所述齿带轮传动机构8的前后两侧的齿带82分别连接到所述纵杆二7和纵杆一6，所述可转动连接结构三47上安装有朝向所述托板17的执行工具。所述纵杆一6和所述纵杆二7相对所述基点定位杆2上刻度的零点对称设置。

其中支架1包括支架底板12、支架顶板11和四个支架立杆15，所述支架立杆15分别设于所述支架底板12的四个角上面，所述支架立杆15两端分别垂直连接到所述支架底板12和所述支架顶板11上。托板17安装固定在后侧的两个支架立杆15后面，所述托板17的后侧安装有带杆吸盘16，所述支架1的底部安装有调节地脚14。切线滑道5竖直设置且两端分别安装在所述支架底板12和所述支架顶板11的后侧位置，所述支架底板12和所述支架顶板11上均设有横向滑动结构13且横向滑动结构13上下相对。所述横向滑动结构13包括横向滑槽和滑动连接在所述横向滑槽上的滑板，所述滑板上设有锁紧结构。横向滑动结构13分前后设置，且分别对应固定连接所述纵杆二7和所述纵杆一6。

所述径向框架4包括位于前侧的径向主杆41、位于后侧的径向辅杆42和设于所述径向主杆41左右两端的端部板件43，所述径向主杆41平行于所述径向辅杆42，所述端部板件43的两端分别固定在所述径向主杆41和所述径向辅杆42上，所述端部板件43也垂直于托板17。

基点定位杆2上设有与自身同向延伸的第一沟槽25和第一刻度24，所述第一沟槽25上滑动连接有第一滑块和第五滑块，可转动连接结构一22包括第一滑块、第一管件和第一射灯，所述第一管件同时与第一滑块和径向主杆41的端部转动连接，第一射灯设于所述第一管件中能同时朝前后两个方向发光。可转动连接结构五23包括第五滑块、第五管件和第五射灯，所述第五管件同时与第五滑块和基圆径杆3的端部转动连接，第五射灯设于所述第五管件中能同时朝前后两个方向发光。

所述基圆径杆3上设有与自身同向延伸的第二沟槽34和第二刻度33，第二沟槽34上滑动连接有第二滑块，所述纵杆二7上设有与自身同向延伸的第三沟槽71，第三沟槽71上滑动连接有第三滑块，所述径向主杆41上设有与自身同向延伸的第四沟槽46，所述第四沟槽46上滑动连接有第四滑块，所述可转动连接结构二32包括第二滑块、第三滑块和第四滑块，以及第二管件和第二射灯，第二管件同时与第二滑块、第三滑块和第四滑块转动连接。第二射灯设于所述第二管件中能同时朝前后两个方向发光。

所述纵杆一6上设有与自身同向延伸的第六沟槽61，第六沟槽61上滑动连接有第六滑块，所述径向辅杆42上设有与自身同向延伸的第七沟槽45和第三刻度44，第七沟槽45上滑动连接有第七滑块。所述可转动连接结构三47包括第六滑块和第七滑块，以及第三管件和第三射灯，第三管件同时与第六滑块、第七滑块转动连接。第三射灯设于所述第三管件中能同时朝前后两个方向发光。

第七沟槽45上还滑动连接有第八滑块、所述切线滑道5设有与自身同向延伸的第八沟槽52和第四刻度51，所述第八沟槽52中滑动连接有第九滑块，可转动连接结构四48包括第八滑块、第九滑块，以及第四管件和第四射灯，所述第四管件同时与所述第八滑块和所述第九滑块转动连接。第四射灯设于所述第四管件中能同时朝前后两个方向发光。

执行工具由刮擦切类工具、喷洒类工具、填补类工具和画笔等不同系列的工具，是根据加工对象不同而确定，能完成不同的功能。如画图，主要是摩擦着色；切割，去掉加工对象上的部分；喷洒，从外部向加工对象需要处增加材料。

托板17内侧用于贴附上图纸或者待加工的板材、布料等基材。各个滑块上均设有锁紧螺钉，用于锁紧自身。

本发明的全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机的工作原理是：根据定圆直径两端点的动割线和定切线围成的多重相似直角三角形，斜边上多个点的运动等效为割线上弦的变化和切线上正反向变化，将框结构的割线分化为圆周上的点和切线上的点，利用闭合齿带82对向间反向快速拉长和相向的快速缩短完成三角形的全等，表现轨迹曲线真实准确，利用滑块的连续移动能达到任意参数的要求。其特点是：操作简单，只要推转直角摇把31就能完成所有功能。能绘制任意参数的蔓叶线图形，参数调整简便快速，适用性强等。

本发明的全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机，具有演示蔓叶线轨迹的功能，操作步骤是：

一、仪器组装：1]将支架1置于平台上转动调节地脚14使其处于平稳状态。2]将切线滑道5置于支架1上。3]将纵杆一6置于支架1上。4]将纵杆二7置于支架1上。5]将齿带82置于支架1上。6]将托板17置于支架1上。7]将径向辅杆42置于纵杆一6和切线滑道5上，用锁紧螺钉定位。8]将径向主杆41与径向辅杆42固定连接成矩形框架结构的径向框架4，与纵杆二7连接并用锁紧螺钉定位。9]将基圆径杆3置于纵杆二7上。10]将基点定位杆2置于支架1上，并与基圆径杆3和径向主杆41连接好。11]关闭第一射灯、第二射灯、第三射灯、第四射灯、第五射灯。

二、符号设置：1]蔓叶线：极坐标方程为ρ＝2a(secθ-cosθ)，直角坐标方程为(x²+y²)x＝2ay²。2]轨迹特征，对于过原点o方程为(x-a)²+y²＝a²的圆c1及其方程为x＝2a的切线c2，经过o的直线l分别相交c1和c2于p和q，在l上的点m使得pq＝om的轨迹就是一条蔓叶线，点o是结点，切线c2是渐近线。3]第一射灯光束中心点在托板17上的投影表示点o。4]第五射灯光束中心点在托板17上的投影表示圆c1的圆心，第二射灯光束中心点在托板17上的投影表示圆c1上点p。5]切线滑道5上第八槽沟的中心线投影表示切线c2。6]径向主杆41上的第四沟槽46与径向辅杆42上的第七沟槽45的中心线上下一致，投影表示直线l，第四射灯光束中心点在托板17上的投影表示点q。7]第三射灯光束中心点在托板17上投影表示蔓叶线上的点m。8]坐标系为oxy。9]第一刻度24与坐标系oxy的横轴一致。10]第四刻度51与坐标系oxy的纵轴oy一致。11]全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机用字母v代表。

三、初始位置调整：1]确定圆c1的半径a的值。2]将可转动连接结构一22移至第一管件中心位于第一刻度24的a值处，用锁紧螺钉把第一滑块固定在基点定位杆2的定位杆基板21上，打开第五射灯。3]将可转动连接结构五23移至第五管件中心位于第一刻度24的2a值处，用锁紧螺钉把第一滑块固定在定位杆基板21上，打开第一射灯。4]松开锁紧螺钉，将可转动连接结构四48移至管件中心位于第四刻度51的a值处，用锁紧螺钉把第三滑块固定在基圆径杆3上，打开第二射灯。5]松开纵杆一6上的锁紧螺钉，打开第四射灯，摇转直角摇把31使基圆径杆3与定位杆基板21重合后用锁紧螺钉固定，即第四射灯和第二射灯前后重叠且位于第四刻度51的零点。6]打开第三射灯将可转动连接结构三47移至管件中心位于第三刻度44的值处，即第一射灯和第三射灯前后重叠。7]将齿带82固定在纵杆一6和纵杆二7上。8]将画有坐标系oxy，方程为(x-a)²+y²＝a²的圆c1及其方程为x＝2a的切线c2，原点o(0，0)、圆c1的圆心q1(a，0)、c2与c1的切点q2(2a，0)的纸张s固定在托板17内侧上，第三射灯射向原点o，第五射灯射向圆心q1，第四射灯射向切点q2。9]关闭所有射灯。

四、运动轨迹演示：1]打开所有射灯，看到第三射灯、第五射灯、第四射灯三个射灯的光点依次在纸张s上的点o、q1、q2处。2]松开第九滑块上的锁紧螺钉。3]一手逆时针摇转直角摇把31，另一手逆时针轻推端部板件43转动后松手。4]运动显示，随定位杆基板21的逆时针转动，s上点q1处的光点不动，点o、q2处的光点各自分离为两个，点q2处的光点变成两个p和q分别沿圆c1和切线c2运动，点o处的光点不动从中分离出一个光点m在圆c1内向上半圆弧运动，似乎在割线l上追赶点q。5]当定位杆基板21转至垂直时，光点m和光点p重合于圆c1的上顶点。6]继续摇转直角摇把31，光点m在圆c1外运动。6]当点m到达极限位置或需要的位置时，光点q位于第四刻度51正向的b处，停止摇转直角摇把31，并用第九滑块上的锁紧螺钉固定。7]关闭第三射灯、第二射灯、第四射灯。8]松开第九滑块上的锁紧螺钉，顺时针摇转直角摇把31使系统回到初始位置。9]打开第三射灯、第二射灯、第四射灯它们分别在点o和q2处，继续摇转直角摇把31，光点p、q、m在下方运动。10]当点m到达极限位置或需要的位置时，光点q位于第四刻度51负向的b处，停止摇转直角摇把31，并用第九滑块上的锁紧螺钉固定。

五、演示结束：将装置恢复到初始状态。

本发明的全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机，具有绘制蔓叶线的功能，操作步骤是：

一、仪器组装：1]-11]与演示蔓叶线轨迹的相同。

二、符号设置：1]-11]与演示蔓叶线轨迹的相同。

三、初始位置调整：1]-7]，9]与演示蔓叶线轨迹的相同。8]将画有坐标系oxy，方程为(x-a)²+y²＝a²的圆c1及其方程为x＝2a的切线c2，原点o(0，0)、圆c1的圆心q1(a，0)、c2与c1的切点q2(2a，0)的切割物s固定在托板17上，第三射灯射向原点o，第五射灯射向圆心q1，第四射灯射向切点q2。

四、绘制曲线：1]打开所有射灯，看到第三射灯、第五射灯、第四射灯三个射灯的光点依次在纸张s上的点o、q1、q2处。2]取画笔固定在可转动连接结构三47的管件后端，伸出笔尖并对准s上的点o。3]松开第九滑块上的锁紧螺钉，一手逆时针摇转直角摇把31，另一手逆时针轻推端部板件43转动后松手。4]随定位杆基板21的逆时针转动，s上点q1处的光点不动，点q2处的光点变成两个p和q分别沿圆c1和切线c2运动，点o处的光点不动，笔尖m在圆c1内向上运动绘制一条曲线。5]当定位杆基板21转至垂直时，笔尖m和光点p重合于圆c1的上顶点。6]继续摇转直角摇把31，笔尖m在圆c1外运动。6]当笔尖m到达极限位置或需要的位置时，光点q位于第四刻度51正向的b处，停止摇转直角摇把31，并用第九滑块上的锁紧螺钉固定。7]关闭第三射灯、第二射灯、第四射灯，将笔尖m脱离纸张s。8]松开第九滑块上的锁紧螺钉，顺时针摇转直角摇把31使系统回到初始位置。9]打开第三射灯、第二射灯、第四射灯，它们分别在点o和q2处，再将笔尖m伸出对准纸张s点o，继续摇转直角摇把31，光点p、q和笔尖m在下方运动。10]当笔尖m到达极限位置或需要的位置时，光点q位于第四刻度51负向的b处，停止摇转直角摇把31，并用第九滑块上的锁紧螺钉固定。11]将笔尖m脱离纸张s，关闭所有射灯。12]在纸张s上绘制对称的双蔓叶线。

五、绘图结束：取下纸张s，将装置恢复到初始状态。

本发明的全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机，具有直接切割蔓叶线沟槽的功能，操作步骤是：

一、仪器组装：1]-11]与绘制蔓叶线的相同。

二、符号设置：1]-11]与绘制蔓叶线的相同。

三、初始位置调整：1]-7]，9]与绘制蔓叶线的相同。8]将画有坐标系oxy，方程为(x-a)²+y²＝a²的圆c1及其方程为x＝2a的切线c2，原点o(0，0)、圆c1的圆心q1(a，0)、c2与c1的切点q2(2a，0)的切割物s固定在托板17上，第三射灯射向原点o，第五射灯射向圆心q1，第四射灯射向切点q2。

四、切割曲线沟槽：1]，3]-11]与绘制蔓叶线的相同。2]取刮板一类刮擦切类工具固定在可转动连接结构三47的管件后端，伸出刮板的刀尖并对准s上的点o。

五、切割结束：取下切割件s，将装置恢复到初始状态。

本发明的全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机，具有喷洒蔓叶线图案的功能，操作步骤中只要选择喷涂装置的喷嘴安装在可转动连接结构三47的后端，其他与绘制蔓叶线的相同。

本发明的全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机，具有用速凝剂浇筑蔓叶线柱面的功能，操作步骤中只要选择设有浇注口的填补类工具固定在可转动连接结构三47后端，其他与切割蔓叶线沟槽的相同。

本发明的全自动双蔓叶线演示绘图切割多用机，具有直接在固定物上进行绘图喷洒切割浇筑等的功能，操作中只是在仪器组装时不要安装托板17，把带杆吸盘16固定在工作面上即可。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。