教学应用型可转位数控车床的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种用于课堂教学的教学仪器，尤其适用于数控技术及单片机技术等课程的教学使用。
【背景技术】
[0002]数控技术经过多年的发展已经成为一种成熟的技术，越来越多的用于现代工业化制造中，越来越多的人也参与到数控技术的学习中。对于数控车床的初学者来说目前的数控车床都是比较高端的设备，他们很难想象的出数控车床究竟是怎样实现数字化加工的，这对他们的学习带来了难度。在数控技术的学习上，一些基本且重要的算法，如直线插补、圆弧插补算法，只能理解其含义，但很难让学习者通过实验的方法来验证算法的实现原理及正确性，不能让学习者在主观上认识这些算法的正确性和实用性。数控车床上运用的一些典型的结构和控制原理在课堂上无法准确描述也不能即时的给学生进行实践训练，造成学生的学习质量不高，效率低下。
【发明内容】
[0003]教学应用型数控车床为解决教学上存在的一些问题而设计的，该设备是用单片机控制数控车床运动，旨在提高相关课程课堂教学质量和教学效率。机床主体由透明、质轻的有机玻璃制成，学习者能够观察车床的内部结构及传动原理。在机械部分的结构上引入倾斜工作台的模型，机床上的工作台可以绕主轴中心线做一定角度的旋转，可体现出当今主流数控车床倾斜工作台的结构原型；加长了中滑板导轨的长度，刀架在中滑板上有足够的移动空间使前置刀架和后置刀架的结构原型能够在机床上体现出来；引入了绕平行于主轴轴线的中心线的可旋转刀架，刀架可以绕着中心线旋转出现多个刀位。在控制方面运用教学中常用的AT89S52单片机作为主控制器，通过一些辅助器件(例如步进电机、步进电机驱动器、按钮开关、电源、限位开关)的连接，构建单片机控制系统，各电子元器件的连接方法可参照附图3 ;单片机控制系统可以通过ISP数据线与电脑相连，在Keil uvis1n2环境下运用C语言根据机床的运动需求编程并调试，转化为.Hex格式文件，利用progisp.exe软件把.hex格式的文件烧录到单片机里，最后运用操作板上的按钮对数控机床模型进行操做。学习者可以根据所学知识和自己的需要，编制出对应的程序，然后进行调试、编译、烧录最后实现数控车床的运动。
[0004]本发明通过机床主体使数控车床的一些特殊结构直观的展现出来、通过把单片机和普通机床结合可以使数控技术中的直线插补和圆弧插补运算算法具体的体现在工作台的运动中。
[0005]此过程可提高数控技术及单片机课程相关章节课堂教学的质量和效率。
[0006]【附图说明】:
[0007]图1是教学应用型可转位数控车床装配图轴侧图；
[0008]图2是教学应用型可转位数控车床装配图俯视图；
[0009]图3是控制部分元器件电路连接图
[0010]附图标记和部件的对应关系如下:
[0011]床头11
[0012]旋转工作台前支架12
[0013]主轴13
[0014]旋转工作台14
[0015]Z轴丝杠15
[0016]加长型中滑板 16
[0017]X轴丝杠17
[0018]刀架18
[0019]小滑板19
[0020]旋转工作台后支架110
[0021]床尾111
[0022]床身112
[0023]销孔113
[0024]24V直流电源 31
[0025]Z轴步进电机32
[0026]Z轴步进电机驱动器33
[0027]X轴步进电机驱动器34
[0028]X轴步进电机 35
[0029]电脑36
[0030]ISP 下载线37
[0031]ISP 接口 38
[0032]AT89S52 单片机 39
[0033]单片机最小系统310
[0034]发光二极管311
[0035]微动开关312
[0036]按钮开关 313
[0037]可自锁按钮开关 314
[0038]【具体实施方式】:
[0039]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步详细说明。
[0040]图1和图2分别为本实用新型的机械部分的轴测图和俯视图，图3为控制部分的接线图。
[0041 ]由图1可知，本实用新型的机械部分主要由，床头11、床身12、主轴13、旋转工作台14、Z轴丝杠15、加长型中滑板16、X轴丝杠17、刀架18、小滑板19组成；其中主轴13安装在床头11上，旋转工作台前支架12、旋转工作台后14、旋转工作台后支架110构成旋转工作台部件，旋转工作台部件通过旋转工作台前支架12、旋转工作台后支架110分别通过滚动轴承与床头和床尾进行连接，并与主轴保持同心，可以手动扳动整个旋转工作台绕主轴中心进行旋转，利用圆柱销插入销孔113对旋转工作台进行定位(床头11和旋转工作台后支架110上对应也有销孔);旋转工作台部件上的Z轴丝杠15转动通过固连在中滑板16上的滚珠螺旋装置可实现中滑板16的移动，中滑板16上的X轴丝杠17的转动通过固连在小滑板19上的滚珠螺旋装置可实现小滑板19的移动。
[0042]由图3可知，本实用新型的控制部分主要由，24V直流电源31、Z轴步进电机32、Z轴步进电机驱动器33、X轴步进电机驱动器34、X轴步进电机35、电脑36、ISP下载线37、ISP接口 38、AT89S52单片机39、单片机最小系统310、发光二极管311、微动开关312、按钮开关313、可自锁按钮开关314、若干导线组成；Z轴步进电机33安装在Z轴丝杠15的轴端，X轴步进电机35安装在X轴丝杠17的轴端，四个微动开关312分别安装在X轴，Z轴的两端以实现数控机床的限位功能。
[0043]整个数控系统的连接方法如图3所示，步进电机驱器由24V电源31直接提供24V电源；由AT89S52单片机提供脉冲信号和方向信号；由单片机最小系统310经过两条途径提供5V公共端电压给步进电机驱动器，途径1是通过四个串联的微动开关312 (默认为NC状态)提供5V公共端电压给步进电机驱动器，一个绿色发光二极管311-A (正常情况下发光)与步进电机驱动器并联接入单片机最小系统310负极，途径2是在在微动开关312的N0接口接入可自锁按钮开关314 (此开关正常情况下为断开的)给步进电机驱动器提供5V公共端电压给步进电机驱动器，一个红色发光二极管311-1 (触发微动开关时发光)与步进电机驱动器并联接入单片机最小系统310负极，当任何一个微动开关312被触发，步进电机停止转动，绿色发光二极管熄灭，红色发光二极管发光；B、Η两个按钮开关分别作为控制X轴正反方向移动的控制按钮，D、F两个按钮开关分别作为控制Z轴正反方向移动的控制按钮，C、G两个按钮开关作为XZ轴联动时的触发按钮，可实现圆弧插补功能，当单独按下B、H、D、F四个按钮时机床工作台会发生相应的直线插补运动，当两个或两个以上按下时工作台不会移动，此时绿色发光二极管A亮，红色发光二极管I熄灭，当工作台触发到微动开关312时，机床停止运动，处于限位状态，此时绿色发光二极管A熄灭，红色发光二极管I发光，当按下可自锁按钮开关314时，可以按下对应按钮开关，使工作台远离碰触的微动开关，实现手动解除限位，此时绿色发光二极管A亮，红色发光二极管I熄灭整个数控系统处于正常工作状态。
[0044]PWM调速器由24V电源31提供电源，并与主轴13轴端的直流电机相连，PWM调速器有按钮开关和旋钮，按钮开关控制直流电机的转向，旋钮控制直流电机的转速。
[0045]AT89S52单片机通过ISP下载线与电脑相连，电脑上安装Keil uvis1n2软件，在此软件的环境下用C语言编制不同的程序，通过编译，烧录以实现整个控制系统需要实现的功能。
【主权项】
1.一种教学应用型可转位数控车床，包括机械和控制两个部分，所述机械部分用有机玻璃制成，包括床头、床身、旋转工作台、刀架、主轴、加长型中滑板导轨，其中床头上有主轴，旋转工作台放置于床头与床身之间，旋转中心与主轴旋转中心重合；控制部分的操作面板安装在机床床头上，整个控制系统包括AT89S52单片机、步进电机、步进电机驱动器、限位开关、PWM调速器、24V电源，步进电机、限位开关分别安置在机械部分传动轴的尾端，通过电路连接、程序控制、操作面板上的按钮可实现对数控机床的控制。2.根据权利要求1所述的教学应用型可转位数控车床，其特征在于:机械部分有加长型中滑板，使刀架在中滑板上有足够的移动空间以保证前置刀架和后置刀架在机械部分结构上体现出来。3.根据权利要求1所述的教学应用型可转位数控车床，其特征在于:机械部分有可绕主轴轴线Z进行旋转的工作台，进而可以展示倾斜工作台的结构类型。
【专利摘要】本实用新型提供了一种教学应用型可转位数控车床，主要由机械和控制两部分组成。机械部分主体用有机玻璃制成，其包括床头、床身、旋转工作台、刀架、主轴、加长型中滑板导轨；其中床头上有主轴，旋转工作台放置于床头和床身之间，旋转工作台上有加长型中滑板导轨，中滑板导轨上有刀架。控制部分的操作面板安装在机床床头上，其包括单片机最小系统、步进电机、步进电机驱动器、限位开关、PWM调速器、24V电源；操作面板上有ISP接口可与电脑相连，通过keil？uvision2软件可实现单片机与电脑的数据传输。本实用新型可实现数控车床的直线插补、圆弧插补、点动、限位、手动解除限位等功能，可用来提高数控学习的教学质量和教学效率。
【IPC分类】G09B25/02
【公开号】CN204990976
【申请号】CN201520316692
【发明人】王宽, 赵巍
【申请人】天津职业技术师范大学
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2015年5月18日