专利名称：数控机床仿真机的制作方法
技术领域：
本实用新型属数控机床仿真机。
目前，在数控机床系统的教学中，由于经济上的原因，很少采用昂贵的数控机床，为减少投入，多采用数控教学软件，这类型软件的特点是其操作与一般通用计算机软件相似，与真正的数控机床的操作相差较远，培训效果不佳。本实用新型的目的在于避免上述现有技术的不足而提供的一种利用新的数控技术，采用软、硬件结合的方法研制成的数控机床仿真机，可以与普通机床组合，改造为数控机床，既能用来切削工件，又能进行教学；也可以不带机床，独立为专用教学型系统，它可以提供数控机床的所有功能操作，会使用该设备的人员，也可以操作数控机床，培训效果较好。
本实用新型可通过下列措施来达到由面板，前、后、左、右侧面板及底板组成机箱底座，由电子元件组成的电路设置于电路板上，电路板固定在机箱底板上，机箱后侧面板上安装交流电源插座、DB25插座及散热风扇。DB25插座通过打印机电缆与计算机并行口相联；通过电缆与机床相联。电子开关及指示灯(发光二极管)安装在面板上，连接好所有的接插件，然后将面板固定在机箱底座上。
本实用新型的电路结构是市电与电源插座相联接，插座输出线通过面板上的电源开关与开关电源的交流输入端L、N、相接。开关电源为系统提供+5V、24V电源。由面板上的状态开关及输入输出板上的光电耦合器TLP521-4U11至U18组成状态信号转换电路，将模拟状态信号转换为TTL电平信号，8总线驱动/接收器74HC244 U4-U7接收到这些状态信号；单片机AT89C51(U33)通过8总线收发器74HC245 U3依次读取这些状态信号，通过计算机并行口传递给计算机处理，计算机通过软件的处理，在屏幕上显示出各种状态及各轴的运动轨迹。同时，将处理结果通过并行口传送给NC板中的单片机AT89C51(U33)，单片机U33将这些数据处理后，根据其结果①通过8总线收发器(74HC245)U3，将数据传送给锁存器74HC273 U8-U10，经反相输出的8总线驱动/接收器74HC240 U19-U21反相后，通过光电耦合器TLP521-4 U22-U28进行光电隔离转换，去驱动7反相驱动器MC1413(或UN2003A)U29-U32，驱动器U29-U32通过后面板的DB25接头，去驱动机床中相应的控制继电器线圈(带机床时)，执行相应的动作；同时，驱动面板上的指示灯，指示执行情况。
②将结果传递给单片机AT89C2051 U44-U49，经单片机处理后，通过RS-422驱动器MC3487 U50-U51，输出接线排J4、J5及后面板的DB25接线头发送信号给机床的驱动单元(带机床时)驱动电源，带动X、Z轴运动。
本实用新型的技术优点目前仍末发现有同类数控机床仿真机，本实用新型软、硬件相结合，提供数控机床的所有功能操作，而又不象实际数控机床操作时那样会发生事故。只要掌握了该设备的使用，即可熟练操作数控机床及编程，培训效果较好。当系统带上驱动单元及普通机床时，经过适当改造，即成为数控机床，可进行工件的切削。
如下图1本实用新型的俯视图图2本实用新型无面板俯视图图3本实用新型的后视图图4本实用新型的前视图图5本实用新型的左视图图6、图7、图8、图9、图10、图11本实用新型的电路结构图本实用新型
以下结合附图(实施例)作进一步详述参照图1、2、3、4、5，由前面板，左、右侧面板，后面板及底板组成机箱底座由电子元件组成的电路设置在电路板上，电路板固定在底板上。电源插座，风扇及DB25插头固定在后面板上各种开关及指示灯固定在面板上，面板固定在底座上。
开关电源的5V，24V接线柱与NC板，IO板的5V，24V电源端相连，GND与二块板中的地相连，为系统提供24V、5V电源。面板上所有状态开关的公共触点与地相连。
参照图6、图10，接线排X0的3、4脚分别与刀架选择开关的第一层1、3号位及光电耦合器U11第8脚，第二层的1、2号位及光电耦合器U11的6脚相联；6、7、8、9脚分别与进给修调开关的第一层1、3、5、7、9、11号位，第二层1、2、5、6、9、10号位，第三层1、2、3、4、9、10、11、12号位，第四层1、2、3、4、5、6、7、8号位及光耦U11的2脚，U12的8、6、4脚相连。10脚与坐标选择开关常开触点及光耦U12的2脚相连。
接线排X1的4、5、6、7脚分别与急停、循环启动、进给保持、刀架启动开关的常开触点及光耦U13的6、4、2脚，光耦U14的8脚相连；8、9、10号脚与机床锁住、程序单段、程序跳段开关的常闭触点及光耦U14的6、4、2脚相连。
接线排X2的3-8脚与主轴正转、主轴停止、主轴反转，+JOG快进、-JOG开关的常开触点及光耦U15的8、6、4、2脚，U16的8、6脚相连。
光耦U11-U18的9、11、13、15脚接地；1、3、5、7脚分别与电阻排RP7-RP14的8、6、4、2脚相连；光耦U11、U13、U15、U17的10、12、14、16脚分别与电阻排RP3-RP6的2-5脚及8总线驱动/接收器74HC244 U4、U5、U6、U7的2、17、4、15脚相连；光耦U17、U14、U16、U18的10、12、14、16脚分别与电阻排RP3-RP6的6-9脚及8总线驱动/接收器74HC244 U4、U5、U6、U7的6、13、8、11脚相连。电阻排RP7-RP14的1脚接24V电源。
8总线驱动/接收器74HC244 U4-U7的18、3、16、5、14、7、12、9脚与8总线收发器74HC245U3的16、18、12、14、15、7、13脚，锁存器74HC273 U8、U9、U10的4、3、8、7、17、18、13、14、脚相连；74HC244 U4、U5、U6、U7的1脚与自身的19脚相连后再分别与译码器74HC139的9、10、11、12脚相连。
译码器U274HC139的5、6、7脚分别与锁存器74HC273U8、U9、U10的11脚相连；15、1脚分别与可编程门阵列GAL16V8U1的14、15脚相连；2、14脚与门阵列U1的16脚相连；3、13脚与门阵列U1的17脚相连。
可编程门阵列GAL16V8 U1的18脚与锁存器U8、U9、U10的1脚相连；19脚与8总线收发器U3的1脚相连；2-9脚分别与电阻排RP1的3-10脚及接线排J的8-1脚相连；1脚与电阻排RP1的2脚及接线排J的17脚相连。
接线排J的9-16脚与8总线收发器U3及电阻排RP2的4、2、8、6、5、3、9、7、脚，接线排IOD的9-16脚相连；接线排J的18、19、20脚与地相连；21、22脚与+5V电源相连。
参照图7、图11，锁存器U874HC273的输出端2、9、12、6、5、16、19脚分别与光耦U23的8、6、4、2脚及光耦U22的6、4、2脚相连；15脚与光耦U24的6脚相连。
锁存器U9的5、2、6、19、9、16、12、15、脚分别与光耦U25的8、6、4、2脚，光耦U24的4、2脚，光耦U26的6、4脚相连。
锁存器U10的5、9、6、2、16、19、12、15脚分别与光耦U27的8、4、2脚，光耦U26的2脚及光耦U28的8、6、4、2脚相连。
电阻排RP20、RP24的3、5、7、2、4、6、8脚分别与光耦U22U24的12、14、16脚，光耦U23、U25的10、12、14、16脚相连。
电阻排RP28的3、5、7、2、6、8脚分别与光耦U26的12、14、16脚，光耦U27的10、14、16脚相连。
电阻排RP31的2、4、6、8脚与光耦U28的10、12、14、16脚相连。
光耦U22-U28的1、3、5、7脚与电阻排RP18、RP19、RP22、RP23、RP26、RP27、RP30的2、4、6、8脚相连。
电阻排RP21的3、5、7、2、4、6、8脚，分别与光耦U22的11、13、15脚，光耦U23的9、11、13、15脚及7反相驱动器MC1413 U29的6、4、2、7、5、3、1脚相连。
电阻排RP25的3、5、7、2、4、6、8脚分别与光耦U24的11、13、15，光耦U25的9、11、13、15脚及7反相驱动器U30的6、4、2、7、5、3、1脚相连。
电阻排RP29的3、5、7、2、6、8脚分别与光耦U26的11、13、15，光耦U27的9、13、15脚及7反相驱动器U31的6、4、2、7、3、1脚相连。
电阻排RP32的2、4、6、8脚分别与光耦U28的11、13、15、17脚及7反相驱动器U31的7、5、3、1脚相连。
7反相驱动器U29的10-16脚，分别与接线排Y0的9、10、8、6、4、5、7脚，面板上的进给保持、循环启动、刀架启动、机床锁住、程序单段、程序跳段、主轴正转指示灯的＂-＂端相连。
7反相驱动器U30的10-16脚分别与接线排Y1的10脚，接线排Y0的3脚，接线排Y1的9、8、7、6、5脚，面板上的主轴反转、主轴停止+JOG、快进、-JOG、NC电源、NC报警、超程报警指示灯的＂-＂端相连。
7反相驱动器U31的10、14、15、16脚分别与接线排Y2的10、8、9、7脚，面板上伺服允许、主轴反转、主轴正转、刀架正转的控制继电器线圈相连；线圈另一端与+24V端相连；11、13脚与接线排Y1的4、3脚及面板上的NC报警、超程报警指示灯的＂-＂端相连。
7反相驱动器U32的10、12、14、16脚分别与接线排Y2的6、5、4、3脚相连；10脚与刀架反转控制继电器线圈相连。
参照图8，单片机AT89C51 U33的1-8脚分别与电阻排RP33、RP34的9-2脚，接线排RPN的3、5、7、9、11、13、15、17脚相连；10-14脚与电阻排RP35、RP36的2-5脚及接线排PRN的1、2、8、6脚相连；15，、16，、17脚分别与单片机AT89C2051 U46、U47、U48、U49的7、11、8脚相连；18脚与晶振X的一端，电容C16的一端相连；晶振另一端与单片机U33的19脚，电容C17的一端相连；电容C16、C17的另一端与地相连；单片机U33的21脚分别与译码器74HC138 U39的1脚，接线排IOD的7脚相连；22、23脚分别与译码器U39的2、3脚相连；2、4脚与译码器U39的4、5脚相连；25、27脚分别与8总线收发器74HC245U40、U38的19脚相连；26、28脚分别与锁存器74HC273 U34、U37的11脚相连；30脚与门阵列U41的1脚相连；31脚接+5V电源端；32-39脚分别与锁存器U34、U37的13、8、14、7、17、4、8、18脚及8总线收发器U38的2-9脚，U40的18-11脚相连。
锁存器U34的1脚接地；2、5、12、16、19脚与接线排PRN的4、23、21、19、25脚相连。
译码器U39的12-15脚分别与单片机U49、U48、U47、U46的9脚相连。
6反相器U36的1脚与电阻排RP35的6脚，电容C3的＂+＂端及μP监控器MAX708 U35的7脚相连；2、3脚与单片机U33的9脚，单片机U46、U47、U48、U49的1脚相连；4脚与锁存器U37的1脚相连；5脚与单片机U33的19脚相连；6脚与单片机U46-U49的5脚相连；9、11、13脚接地；电容C3的另一端接地。
μP监控器U35的1脚，5脚相连；2脚接+5V；3脚接地；4脚与电阻R1，R2的一端相连；电阻R1另一端与+5V相连；电阻R2另一端接地。
锁存器U37的2、19、5、16、6、15分别与接线排IOD的1-6脚相连；12脚与接线排IOD的8脚相连。
8总线收发器U38的11-18脚与接线排IOD的16-9脚及电阻排RP37的9-2脚相连。
8总线收发器U40的1脚接+5V；2-9-分别与计数器U42、U43的3、2、6、7脚相连。
计数器U42的1、11、15、16脚接+5V；9、10、14、8脚接地；4、5脚分别与门阵列GAL16V8 U41的19、18脚相连；12、13脚分别与计数器U43的5、4相连。
计数器U43的1、11、15、16脚接+5V；8、9、10、14脚接地。
可编程门阵列U41的1、4脚分别接单片机U33的30、13脚；2、3脚与光耦U44的8、6脚及电阻排RP38的2、4脚相连；5、9、10、11脚接地。6、7、8脚分别与RS-422接收器U45的3、5、11脚相连。
光耦U44的1脚接电阻R3一端；3脚与电阻R4的一端相连；2、4脚分别与R3、R4另一端及接线排J2的7、5、8、6脚相连；接线排J2的1、2脚接+5V端；3、4脚接地。
RS-422接收器MC3486 U45的1脚与电阻R5一端及接线排J3的8脚相连；2脚与电阻R5另一端及接线排J3的9脚相连；6脚与电阻R6的一端及接线排J3的7脚相连；7脚与电阻R6另一端及接线排J3的6脚相连；9脚与电阻R7一端接线排J3的4脚相连；10脚与电阻R7另一端及接线排J3的5脚相连；RS-422接收器8、15脚接地；4、12、14、16脚接+5V电源端。
参照图9，单片机U46、U48的2、3脚分别与RS-422驱动器MC3487 U50、U51的7、9脚相连。
单片机U47、U49的2、3脚分别与U50、U51的1、15相连；接线排J4、J5的1-9脚分别与RS-422驱动器MC3487 U50、U51的6、5、10、11、2、3、14、13脚相连。
工作原理操作者根据工作的需要，在计算机中输入适当的指令，计算机进入所需的工作状态，操作者将面板上的状态开关置于所需状态，经状态信号转换电路将模拟状态信号隔离转换为TTL电平信号；计算机通过并行口及NC板扫描状态开关的状态，并根据状态开关所设置的状态，通过软件的处理，在屏幕上显示出各种状态及各轴的运动轨迹，并将处理结果通过并行口传送给NC板中的单片机AT89C51。
单片机AT89C51将这些数据处理后，通过8总线收发器将数据传送给锁存器，经光电耦合器进行光电隔离转换后，经反相驱动器去驱动机床中相应的控制继电器线圈(带机床时)，执行相应的动作；并驱动面板上的指示灯，指示执行情况。或将结果传递给单片机AT89C2051，经单片机处理后，通过RS-422驱动器将信号传递给驱动电源，驱动电源驱动X、Z轴运动。
权利要求1.一种用于教学的数控机床仿真机，其特征是该系统由面板(1)，前面板(19)、后面板(15)、左、右侧面板(20)及底板(8)组成机箱底座，由电子元件(12)、(13)组成的电路设置于电路板(10)(11)上，电路板固定在机箱底板(8)上；机箱后侧面板(15)上安装交流电源插座(17)、DB25插座(18)及散热风扇(16)；DB25插座(18)通过打印机电缆与计算机并行口相联，通过电缆与机床相联；电子开关及指示灯(7)安装在面板(1)上，连接好所有的接插件，然后将面板(1)固定在机箱底座上。
2.根据权利要求1所述仿真机，由电子元件(12)、(13)组成的电路的特征是市电与电源插座(17)相联接，插座(17)输出线通过面板(1)上的电源开关(2)与开关电源(9)的交流输入端L、N、接线柱(14)相接；开关电源(9)为系统提供+5V、24V电源。由面板(1)上的状态开关(3)(4)(5)及输入、输出板(10)上的光电耦合器TLP521-4U11至U18组成状态信号转换电路，将模拟状态信号转换为TTL电平信号，8总线驱动/接收器74HC244 U4-U7接收这些状态信号；单片机AT89C51(U33)通过8总线收发器74HC245 U3依次读取这些状态信号，通过计算机并行口传递给计算机处理，计算机通过软件的处理，在屏幕上显示出各种状态及各轴的运动轨迹；同时，将处理结果通过并行口传送给NC板(11)中的单片机AT89C51(U33)，单片机U33将这些数据处理后，根据其结果①通过8总线收发器(74HC245)U3，将数据传送给锁存器74HC273 U8-U10经反相输出的8总线驱动/接收器74HC240 U19-U21反相后，通过光电耦合器(TLP521-4)U22-U28进行光电隔离转换，去驱动7反相驱动器MC1413(或UN2003A)U29-U32，驱动器U29-U32通过后面板(15)的DB25接头(18)，去驱动机床中相应的控制继电器线圈(带机床时)，执行相应的动作；同时，驱动面板(1)上的指示灯(7)，指示执行情况；②将结果传递给单片机AT89C2051 U44-U49，经单片机处理后，通过RS-422驱动器MC3487 U50-U51，输出接线排J4、J5及后面板(15)的DB25接线头(18)发送信号给机床的驱动单元(带机床时)，驱动电源带动X、Z轴运动。
专利摘要本实用新型属数控机床仿真机,由面板,前、后、左、右侧面板及底板组成机箱底座,由电子元件组成的电路设置在机箱底板上,机箱后面板上安装电源插座、DB25插座及风扇;DB25插座通过打印机电缆与计算机并行口相联,通过电缆与机床相联;开关及指示灯安装在面板上,将面板固定在机箱底座上。本实用新型提供数控机床的所有功能操作,掌握了该设备的使用,即可熟练操作数控机床及编程,培训效果较好;当系统带上驱动单元及普通机床时,经适当改造,即成为数控机床,可进行工件的切削。本实用新型,实用性强,可推广应用。
文档编号B23P21/00GK2359040SQ9823089
公开日2000年1月19日 申请日期1998年6月9日 优先权日1998年6月9日
发明者邵国振 申请人:邵国振, 韶关市北江先锋机电设备有限公司