数控车铣复合机床教学辅助装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开数控车铣复合机床教学辅助装置。该辅助装置包括X轴导轨安装架、X轴驱动装置、X轴滑块、X轴导轨、齿条固定块、Y轴齿条、Y轴导轨、Y轴驱动装置、Z轴驱动装置、Z轴导轨支架、Z轴导轨、Z轴滑块、顶端设置有工件电机的第一支架和顶端设置有顶尖的第二支架。由于本实用新型X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨呈三维坐标系分布且由X轴驱动装置驱动X轴滑块沿着X轴导轨运动、由Y轴驱动装置驱动Y轴滑块沿着Y轴导轨运动以及Z轴驱动装置驱动Z轴滑块沿着Z轴导轨运动，这样，通过三者之间的配合可以实现数控机床功能的演示，提供了教学用具，而且，使得数控机床教学存在的教学直观和真实性。
【专利说明】数控车铣复合机床教学辅助装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及教学辅助装置，尤其涉及数控车铣复合机床教学辅助装置。
【背景技术】
[0002] 目前，公知的《机械制造技术》、《数控技术》等领域的教学方法是通过多媒体技术、 金工实习等途径，通过三维动画演示或操作机床加工，让学生从课堂理论学习、生产实践两 方面掌握基本知识。但这两种方面同样存在一些不足之处。在理论学习方面，多媒体教学 中虽然视频动画演示教学具有一定的直观性，但缺乏真实性。同样，生产实习过程中只有单 纯的加工设备供学生操作，没有相应的装置用来专门讲解插补、刀具补偿和加减速控制的 具体演示讲解。这一情况使得同学们在理解制造技术或数控技术相应知识时存在困难。
【发明内容】
[0003] 本实用新型解决的问题是现有数控机床教学存在的教学方法直观性、真实性不 足，教学用具缺乏的问题。
[0004] 为解决上述问题，本实用新型提供一种数控车铣复合机床教学辅助装置，该辅助 装置包括X轴导轨安装架、X轴驱动装置、X轴滑块、X轴导轨、齿条固定块、Y轴齿条、Y轴 导轨、Y轴驱动装置、Z轴驱动装置、Z轴导轨支架、Z轴导轨、Z轴滑块、顶端设置有工件电 机的第一支架和顶端设置有顶尖的第二支架，其中，所述X轴导轨、所述Y轴导轨和Z轴导 轨呈三维坐标系分布，该X轴导轨安装于X轴导轨安装架且相对两端部设置有所述第一支 架和第二支架，所述X轴滑块连接于X轴导轨和X轴驱动装置，由X轴驱动装置驱动沿着X 轴导轨运动；所述齿条固定块安装于X轴滑块且该齿条固定块上安装有所述Y轴齿条，所述 Y轴导轨安装于齿条固定块且垂直于所述X轴导轨，所述Y轴驱动装置与所述Y轴齿条啮合 而沿着Y轴导轨运动；所述Z轴导轨安装于Z轴导轨支架上，所述Z轴滑块连接于Z轴导轨 和Z轴驱动装置，由Z轴驱动装置驱动沿着Z轴导轨运动。
[0005] 在进一步方案中，所述辅助设备还包括涡轮、涡轮电机减速器和涡轮电机，其中， 所述X轴导轨安装架安装于该涡轮，涡轮电机减速器连接于涡轮和涡轮电机，该涡轮电机 转动而带动涡轮电机减速器转动，涡轮电机减速器转动带动涡轮转动而使得所述X轴导轨 和Y轴导轨转动。
[0006] 在进一步方案中，所述辅助设备还包括Z轴支架驱动装置、X轴平行导轨和移动 块，其中，所述X轴平行导轨与所述X轴导轨平行，所述移动块上固定有所述Z轴导轨支架， 所述Z轴支架驱动装置驱动所述移动块沿着X轴平行导轨运动。
[0007] 在进一步方案中，所述辅助设备还包括齿条安装块、Y轴平行齿条、Y轴平行导轨、 滑动架和滑动架驱动装置，其中，所述齿条安装块安装于Z轴滑块且安装有所述Y轴平行齿 条和所述Y轴平行导轨，Y轴平行齿条与所述Y轴齿条平行，所述滑动架连接于所述Y轴平 行导轨且安装有滑动架驱动装置，所述滑动架驱动装置与Y轴平行齿条啮合而带动所述滑 动架沿着Y轴平行导轨运动。
[0008] 在进一步方案中，所述X轴驱动装置包括X轴电机、X轴电机减速器和X轴丝杠， 其中，所述X轴丝杠安装于X轴导轨安装架且与所述X轴滑块和X轴电机减速器连接，X轴 电机减速器与X轴电机连接，X轴电机转动而带动X轴电机减速器转动，X轴电机减速器 转动带动X轴丝杠转动而使得X轴滑块沿着导轨运动；所述Y轴驱动装置包括Y轴电机支 架、Y轴电机和由齿轮组合成的Y轴电机减速器，其中，所述Y轴电机支架具有穿孔，所述Y 轴导轨穿过该穿孔与Y轴电机支架连接，Y轴电机安装于Y轴电机支架，Y轴电机转动而带 动Y轴减速器转动而由Y轴减速器与Y轴齿条啮合带动Y轴电机支架沿着所述Y轴导轨运 动；所述Z轴驱动装置包括Z轴电机、Z轴电机减速器和Z轴丝杠，其中，所述Z轴丝杠安装 于Z轴导轨支架且与所述Z轴滑块和Z轴电机减速器连接，Z轴电机减速器与Z轴电机连 接，Z轴电机转动而带动Z轴电机减速器转动，Z轴电机减速器转动带动Z轴丝杠转动而使 得Z轴滑块沿着Z轴导轨运动。
[0009] 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
[0010] 1、由于本实用新型X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨呈三维坐标系分布且由X轴驱 动装置驱动X轴滑块沿着X轴导轨运动、由Y轴驱动装置驱动Y轴滑块沿着Y轴导轨运动 以及Z轴驱动装置驱动Z轴滑块沿着Z轴导轨运动，这样，通过三者之间的配合可以实现数 控机床功能的演示，提供了教学用具，而且，使得数控机床教学存在的教学直观和真实性。
[0011] 2、由于所述X轴导轨和X轴滑轨安装于通过支撑件安装于该涡轮，减速器连接于 涡轮和涡轮电机，该涡轮电机转动而带动减速器转动，减速器转动而带动所述X轴导轨和Y 轴导轨转动，这样，将使得固定于第一支架和第二支架之间的工件与X轴不平行，从而，可 以演示导轨误差对加工精度的影响。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1是本实用新型数控车铣复合机床教学辅助装置一个角度的结构示意图；
[0013] 图2是本实用新型另一角度的结构示意图。
【具体实施方式】
[0014] 为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实 施例并配合附图予以详细说明。
[0015] 请参阅图1和图2,本实用新型数控车铣复合机床教学辅助装置包括X轴导轨安装 架1、X轴驱动装置2、X轴滑块3、X轴导轨4、齿条固定块5、Y轴齿条6、Y轴导轨7、Y轴驱 动装置8、Z轴驱动装置9、Z轴导轨支架10、Z轴导轨11、Z轴滑块12、顶端设置有工件电机 131的第一支架13、顶端设置有顶尖141的第二支架14、Z轴支架驱动装置15、X轴平行导 轨16、移动块17、齿条安装块18、Y轴平行齿条19、Y轴平行导轨20、滑动架21和滑动架驱 动装置22。
[0016] 请继续参阅图1和图2,所述X轴导轨4、所述Υ轴导轨7和Ζ轴导轨11呈三维坐 标系分布。X轴导轨4安装于X轴导轨安装架1上且相对两端部设置有所述第一支架13和 第二支架14。所述X轴滑块3连接于X轴导轨4和X轴驱动装置2,由X轴驱动装置2驱 动沿着X轴导轨4运动。所述X轴驱动装置可以采用任何一种驱动装置，只要能够使得X 轴滑块3沿着X轴导轨4运动即可。在本实施方式中，所述X轴滑块3上设置有通孔，X轴 导轨4穿过该通孔而与X轴滑块3连接；所述X轴驱动装置2包括X轴电机2A、X轴电机减 速器2B和X轴丝杠2C，其中，所述X轴电机减速器2B是齿轮组，所述X轴丝杠2C安装于 X轴导轨安装架1且与所述X轴滑块3和X轴电机减速器2B连接，X轴电机减速器2B与X 轴电机2A连接，X轴电机2A转动而带动X轴电机减速器2B转动，X轴电机减速器2B转动 带动X轴丝杠2C转动而使得X轴滑块3沿着导轨运动。
[0017] 请继续参阅图1和图2,所述齿条固定块5安装于X轴滑块3且该齿条固定块5上 安装有所述Y轴齿条6。所述Y轴导轨7安装于齿条固定块5且垂直于所述X轴导轨4,所 述Y轴驱动装置8与所述Y轴齿条7啮合而沿着Y轴导轨7运动。所述Y轴驱动装置8可 以是任何能与Y轴齿条7啮合而沿着Y轴导轨7运动而装置，在本实施方式中，所述Y轴驱 动装置8包括Y轴电机支架81、Y轴电机82和由齿轮组合成的Y轴电机减速器83,其中， 所述Y轴电机支架81具有穿孔，所述Y轴导轨7穿过该穿孔与Y轴电机支架81连接，Y轴 电机82安装于Y轴电机支架81，Y轴电机81转动而带动Y轴减速器83转动而由Y轴减速 器83与Y轴齿条6啮合带动Y轴电机支架81沿着所述Y轴导轨7运动，由于Y轴电机支 架81、Y轴电机82和Y轴减速器83相互组装在一起，Y轴电机支架81运动也就是Y轴驱 动装置8沿着Y轴导轨7运动。
[0018] 请继续参阅图1和图2,所述Z轴导轨11安装于Z轴导轨支架10上，所述Z轴滑 块12连接于Z轴导轨11和Z轴驱动装置9,由Z轴驱动装置9驱动沿着Z轴导轨11运动。 在本实施方式中，所述Z轴驱动装置9的结构与X轴驱动装置2的结构相同，包括Z轴电机 91、Z轴电机减速器92和Z轴丝杠93,其中，所述Z轴丝杠93安装于Z轴导轨支架10且与 所述Z轴滑块12和Z轴电机减速器92连接，Z轴电机减速器92与Z轴电机91连接，Z轴 电机91转动而带动Z轴电机减速器92转动，Z轴电机减速器92转动带动Z轴丝杠93转 动而使得Z轴滑块12沿着Z轴导轨11运动。
[0019] 请继续参阅图1和图2,所述辅助设备进一步包括涡轮24、涡轮电机减速器25和 涡轮电机26,其中，所述X轴导轨安装架1安装于该涡轮24,涡轮电机减速器25连接于涡 轮24和涡轮电机26,该涡轮电机26转动而带动涡轮电机减速器25转动，涡轮电机减速器 25转动而带动涡轮24转动，涡轮24转动而杀跌所述X轴导轨4和Y轴导轨7转动，最终使 得X轴导轨4与两端安装于第一支架13和第二支架14的零件在空间上不平行，从而，进行 导轨误差对加工精度的影响演示。
[0020] 请继续参阅图2并结合图1，所述X轴平行导轨16与所述X轴导轨4平行，所述移 动块17上固定有所述Z轴导轨支架10,所述Z轴支架驱动装置15驱动所述移动块17沿着 X轴平行导轨16运动。
[0021] 请继续参阅图1和图2,所述齿条安装块18安装于Z轴滑块12且安装有所述Y轴 平行齿条19和所述Y轴平行导轨20, Y轴平行齿条19与所述Y轴齿条6平行，所述滑动架 21连接于Y轴平行导轨20且安装有滑动架驱动装置22,所述滑动架驱动装置22与Y轴平 行齿条19啮合而带动所述滑动架21沿着Y轴平行导轨20运动。
[0022] 请继续参阅图1和图2,本实用新型至少能实现如下教学方法的演示：
[0023] 1)、车铣基本功能演示
[0024] 1.1)、铣功能演示：
[0025] 1. 1. 1)、准备工作：将熔融的蜡烛装入铣加工容具中，并将铣加工容具通过螺栓安 装在Y轴电机支架81上，铣刀安装在Z轴滑块12上，在设置齿条安装块18、Y轴平行齿条 19、Υ轴平行导轨20、滑动架21和滑动架驱动装置22的情况下，铣刀安装在滑动架21上；
[0026] 1. 1. 2)、Χ方向的运动：Χ轴驱动装置2的X轴电机2Α转动而使得X轴电机减速器 2Β转动，X轴电机减速器2Β转动而带动X轴丝杠2C转动，由于X轴丝杠2C与X轴滑轨3 连接，X轴丝杠2C转动将使得X轴滑块3沿着X轴导轨4运动；
[0027] 1. 1. 3)、Υ方向的运动：在X轴驱动装置2驱动Υ轴电机支架81运动到预定位置 后，Υ轴驱动装置8的Υ轴电机82转动而带动Υ轴电机减速器83转动，Υ轴电机减速器83 与Υ轴齿轮齿条6啮合而使得Υ轴电机支架81沿着Υ轴导轨7运动，Υ轴电机支架在X方 向和Υ方向的位置可以通过位置传感器进行控制；
[0028] 1. 1. 4)、Ζ方向的运动：Ζ轴驱动装置9的Ζ轴电机91驱动Ζ轴电机减速器92转 动而带动Ζ轴丝杠93转动，Ζ轴丝杠93转动而使得Ζ轴滑块12沿着Ζ轴导轨11运动，当 然，本领域的技术人员可以理解，控制Ζ轴电机91的转动方向可以使得Ζ轴滑块12向上运 动或者向下运动；由于齿条安装块18等安装于Ζ轴滑块12上，所以，将与Ζ轴滑块12同步 运动，进而，完成Ζ方向运动；
[0029] 通过上述Χ、Υ、Ζ三个方向的联动，可以调整铣刀至预设位置，进而，实现了铣床的 基本X、Υ、Ζ三轴联动加工功能。
[0030] 1. 2)车功能演示：实现该功能时，首先，将熔融的蜡烛均匀的待车零件轴上，将该 零件轴的两端固定于第一支架13的工件电机131和第二支架14的顶尖141之间，车刀刀 架安装于Υ轴驱动装置8的Υ轴电机支架81并在该车刀刀架上安装车刀。然后，用与上述 X方向和Υ方向的运动方式控制Υ轴电机支架81运动至预设位置后控制车刀进行车功能， 还通过第一支架13的工件电机131旋转待测零件轴而可以更换加工面。
[0031] 2)、插补原理演示
[0032] 本实用新型的插补原理演示功能基于铣床的基本功能之上。在演示该功能时，通 过加工简谐曲线来讲解插补原理中的逐点比较法。加工前，先将熔融的蜡烛装入铣加工容 具中，并将装有熔融蜡烛的铣加工容具安装于所述Υ轴电机支架81上；在同样大小的纸片 上画出简谐运动的曲线加工路径，并标示出刀具的微观行刀路径，如图3所示。加工时，通 过Ζ轴支架驱动装置15驱动移动块17沿着X轴平行导轨16运动而使得固定于Ζ轴支架 10上的所有部件沿着与X方向平行的方向运动，再通过铣刀对零件进行加工，此种情况下， 铣刀的运动路径如图3水平方向的箭头所示；然后，通过滑动架驱动装置22与Υ轴平行齿 条19而使得滑动架21沿着Υ轴平行导轨20运动，此种情况下，铣刀的运动轨迹如图3的 Υ方向的箭头所示。
[0033] 3)、刀具补偿原理演示
[0034] 本实用新型的刀具半径原理演示功能基于铣床的基本功能之上。在演示该功能 时，先将熔融的蜡烛装入铣加工容具中，并将铣加工容具固定于Υ轴电机支架81上。本实 用新型主要通过加工同样大小的方形零件。加工前，先在同样大小的纸片上画出建立补偿 与未建立补偿两种加工方式的加工路径，如图4a和图4b所示。加工后，将纸片图案与实际 加工结果对照讲解，通过对比加工时立建刀具半径补偿与未建立刀具补偿时的加工效果， 清晰明朗的让学生理解刀具半径补偿的必要性及其原理。如何控制铣刀的运动参见"插补 原理演示"的叙述，在此不再赘述。
[0035] 4)、导轨误差对加工精度的影响演示
[0036] 通过涡轮电机26驱动涡轮电机减速器25转动，涡轮电机减速器25转动而使得涡 轮24转动，涡轮24转动而使得X轴导轨4与水平方向呈一定角度，Y轴导轨7与Y方向呈 一定角度，也就是说，通过涡轮电机26、涡轮电机减速器25和涡轮24的共同作用，将X轴 导轨4和Y轴导轨7构成的坐标系旋转一角度，这样，使得坐标系的X轴和Y轴与第一支架 13和第二支架14之间的联系不平行，然后，参见前述方式控制铣刀或车刀的运动而可以演 示导轨误差对加工精度的影响。
[0037] 综上所述，由于本实用新型X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨呈三维坐标系分布且由 X轴驱动装置驱动X轴滑块沿着X轴导轨运动、由Y轴驱动装置驱动Y轴滑块沿着Y轴导轨 运动以及Z轴驱动装置驱动Z轴滑块沿着Z轴导轨运动，这样，通过三者之间的配合可以实 现数控机床功能的演示，提供了教学用具，而且，使得数控机床教学存在的教学直观和真实 性，可以演示车铣基本功能、刀具补偿原理、插补原理以及导轨误差对加工精度的影响。
【权利要求】
1. 数控车铣复合机床教学辅助装置，其特征是：该辅助装置包括X轴导轨安装架、X轴 驱动装置、X轴滑块、X轴导轨、齿条固定块、Y轴齿条、Y轴导轨、Y轴驱动装置、Z轴驱动装 置、Z轴导轨支架、Z轴导轨、Z轴滑块、顶端设置有工件电机的第一支架和顶端设置有顶尖 的第二支架，其中， 所述X轴导轨、所述Y轴导轨和Z轴导轨呈三维坐标系分布，该X轴导轨安装于X轴导 轨安装架且相对两端部设置有所述第一支架和第二支架，所述X轴滑块连接于X轴导轨和 X轴驱动装置，由X轴驱动装置驱动沿着X轴导轨运动； 所述齿条固定块安装于X轴滑块且该齿条固定块上安装有所述Y轴齿条，所述Y轴导 轨安装于齿条固定块且垂直于所述X轴导轨，所述Y轴驱动装置与所述Y轴齿条啮合而沿 着Y轴导轨运动； 所述Z轴导轨安装于Z轴导轨支架上，所述Z轴滑块连接于Z轴导轨和Z轴驱动装置， 由Z轴驱动装置驱动沿着Z轴导轨运动。
2. 如权利要求1所述数控车铣复合机床教学辅助装置，其特征是：所述辅助设备还包 括涡轮、涡轮电机减速器和涡轮电机，其中，所述X轴导轨安装架安装于该涡轮，涡轮电机 减速器连接于涡轮和涡轮电机，该涡轮电机转动而带动涡轮电机减速器转动，涡轮电机减 速器转动带动涡轮转动而使得所述X轴导轨和Y轴导轨转动。
3. 如权利要求1或2所述数控车铣复合机床教学辅助装置，其特征是：所述辅助设备 还包括Z轴支架驱动装置、X轴平行导轨和移动块，其中，所述X轴平行导轨与所述X轴导 轨平行，所述移动块上固定有所述Z轴导轨支架，所述Z轴支架驱动装置驱动所述移动块沿 着X轴平行导轨运动。
4. 如权利要求1或2所述数控车铣复合机床教学辅助装置，其特征是：所述辅助设备 还包括齿条安装块、Y轴平行齿条、Y轴平行导轨、滑动架和滑动架驱动装置，其中，所述齿 条安装块安装于Z轴滑块且该齿条安装块安装有所述Y轴平行齿条和所述Y轴平行导轨，Y 轴平行齿条与所述Y轴齿条平行，所述滑动架连接于所述Y轴平行导轨且安装有滑动架驱 动装置，所述滑动架驱动装置与Y轴平行齿条啮合而带动所述滑动架沿着Y轴平行导轨运 动。
5. 如权利要求1所述数控车铣复合机床教学辅助装置，其特征是：所述X轴驱动装置 包括X轴电机、X轴电机减速器和X轴丝杠，其中，所述X轴丝杠安装于X轴导轨安装架且 与所述X轴滑块和X轴电机减速器连接，X轴电机减速器与X轴电机连接，X轴电机转动而 带动X轴电机减速器转动，X轴电机减速器转动带动X轴丝杠转动而使得X轴滑块沿着导 轨运动； 所述Y轴驱动装置包括Y轴电机支架、Y轴电机和由齿轮组合成的Y轴电机减速器，其 中，所述Y轴电机支架具有穿孔，所述Y轴导轨穿过该穿孔与Y轴电机支架连接，Y轴电机 安装于Y轴电机支架，Y轴电机转动而带动Y轴减速器转动而由Y轴减速器与Y轴齿条啮 合带动Y轴电机支架沿着所述Y轴导轨运动； 所述Z轴驱动装置包括Z轴电机、Z轴电机减速器和Z轴丝杠，其中，所述Z轴丝杠安 装于Z轴导轨支架且与所述Z轴滑块和Z轴电机减速器连接，Z轴电机减速器与Z轴电机 连接，z轴电机转动而带动Z轴电机减速器转动，Z轴电机减速器转动带动Z轴丝杠转动而 使得Z轴滑块沿着Z轴导轨运动。
【文档编号】G09B25/02GK203910147SQ201420093262
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】胡红生, 李文宇, 陈晟 申请人:嘉兴学院