一种多功能三维运动教学演示装置的制作方法

本发明涉及一种教学演示装置，具体是一种多功能三维运动教学演示装置，属于教学用具技术领域。

背景技术：

在目前的高等职业教育中，对机电及自动化类专业学生进行数控机床的三维运动控制教学讲解时，普遍缺乏相应的演示装置。市场上虽然有很多数控雕刻机、3d打印机、激光打码机等成熟的产品可以作为替代演示装置，但成熟产品往往价格昂贵且功能相对单一，更重要的是，成熟产品一般结构复杂，很多运动部件都被遮蔽起来，不容易让学生直观地观测到三维运动的具体实现方式，不利于教学的展开。

为此，我们希望能开发一种集机械设计、电子技术和运动控制理论等机电一体化技术为一体的多功能三维运动教学演示装置，通过更换不同的部件可用于分别演示数控雕刻机、3d打印机、激光打码机等机器的工作过程，而且装置结构简单，能够让学生直观的观测到三维运动的具体实现方式，以更好地为学生进行教学演示，提高教学成效。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多功能三维运动教学演示装置，以解决目前学校教学中缺乏合适的演示装置导致影响教学效果的问题。

本发明所采取的具体技术方案如下：

一种多功能三维运动教学演示装置，其底部前后两侧各设有一块横向立置的底座支撑板，两底座支撑板内侧左右两边各连接有一条纵向的y轴导轨座，两y轴导轨座上各固定安装有一条纵向的y轴导轨，两底座支撑板内侧中部还通过轴承架设有纵向的y轴滚珠丝杆，y轴滚珠丝杆由安装在前侧底座支撑板上的y轴驱动电机驱动，两底座支撑板的上端面固定铺设有带纵向十字形长槽的工作台；在左右两y轴导轨上架设有一个龙门架，龙门架由穿过工作台下方的横向平底板和固定连接在平底板左右两侧的两个龙门立柱组成，平底板的底面左右两侧各固定设有两个y轴滑块，左右两侧的y轴滑块分别滑动连接在左右两侧的y轴导轨上，平底板的底面中部还固定设有y轴滚珠丝杆螺母，y轴滚珠丝杆螺母对应活动连接在y轴滚珠丝杆上。

在龙门架左右两龙门立柱上端的内侧连接有两条上下排列的横向的x轴导轨座，两x轴导轨座上各固定安装有一条横向的x轴导轨，两龙门立柱内侧在上下两x轴导轨中间的位置还通过轴承架设有横向的x轴滚珠丝杆，x轴滚珠丝杆由安装在左侧龙门立柱上的x轴驱动电机驱动；在上下两x轴导轨上架设有一个匚形架，匚形由立置平板和固定连接在立置平板上下两侧并向前伸出的两块水平支板组成，立置平板的背面上下两侧各固定设有两个x轴滑块，上下两侧的x轴滑块分别滑动连接在上下两侧的x轴导轨上，立置平板的背面中部还固定设有x轴滚珠丝杆螺母，x轴滚珠丝杆螺母对应活动连接在x轴滚珠丝杆上。

在匚形架上下两水平支板的内侧左右两边各连接有一条竖直的z轴导轨，两水平支板内侧中部通过轴承架设有竖直的z轴滚珠丝杆，z轴滚珠丝杆由安装在上水平支板上的z轴驱动电机驱动，在左右两侧的z轴导轨上架设有一个主轴电机固定底板，主轴电机固定底板的背面左右两侧各固定设有两个z轴滑块，左右两侧的z轴滑块分别滑动连接在左右两侧的z轴导轨上，主轴电机固定底板的背面中部还固定设有z轴滚珠丝杆螺母，z轴滚珠丝杆螺母对应活动连接在z轴滚珠丝杆上；主轴电机通过固定座安装在主轴电机固定底板上。

所述x轴驱动电机、y轴驱动电机、z轴驱动电机均采用57系列步进电机，各驱动电机均通过联轴器与相应的滚珠丝杆相连接。

所述x轴导轨和x轴滑块、y轴导轨和y轴滑块、z轴导轨和z轴滑块均采用sbr20带支托导轨和sbr20滑块，所述x轴导轨座和y轴导轨座均采用带有t形长槽的空心铝型材。

本装置用于演示数控雕刻机时，在主轴电机的输出端连接相应的刀具即可实现，需要演示3d打印机或激光打码机时，需将所述主轴电机替换为3d打印头或激光头，并将固定座替换为与3d打印头或激光头相匹配的类型。

本多功能三维运动教学演示装置的优点为：通过更换不同的部件本装置可用于分别演示数控雕刻机、3d打印机、激光打码机等机器的工作过程，而且本装置结构简单，三轴联动的具体部件均直接显露出来，能够让学生直观的观测到三维运动的具体实现方式，因此有助于学生对数控机器三维运动控制的理解，具有很好的教学演示效果。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的正向视图。

图3为图2的a-a剖面图。

图中：1-底座支撑板，2-y轴导轨座，3-y轴导轨，4-y轴滚珠丝杆，5-y轴驱动电机，6-工作台，7-平底板，8-龙门立柱，9-y轴滑块，10-y轴滚珠丝杆螺母，11-x轴导轨座，12-x轴导轨，13-x轴滚珠丝杆，14-x轴驱动电机，15-立置平板，16-水平支板，17-x轴滑块，18-x轴滚珠丝杆螺母，19-z轴导轨，20-z轴滚珠丝杆，21-z轴驱动电机，22-主轴电机固定底板，23-z轴滑块，24-z轴滚珠丝杆螺母，25-主轴电机，26-固定座，27-联轴器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1-3所示，本多功能三维运动教学演示装置底部前后两侧各设有一块横向立置的底座支撑板1，两底座支撑板1内侧左右两边各连接有一条纵向的y轴导轨座2，两y轴导轨座2上各固定安装有一条纵向的y轴导轨3，两底座支撑板1内侧中部还通过轴承架设有纵向的y轴滚珠丝杆4，y轴滚珠丝杆4由安装在前侧底座支撑板上的y轴驱动电机5驱动，两底座支撑板1的上端面固定铺设有带纵向十字形长槽的工作台6；在左右两y轴导轨3上架设有一个龙门架，龙门架由穿过工作台6下方的横向平底板7和固定连接在平底板7左右两侧的两个龙门立柱8组成，平底板7的底面左右两侧各固定设有两个y轴滑块9，左右两侧的y轴滑块9分别滑动连接在左右两侧的y轴导轨3上，平底板7的底面中部还固定设有y轴滚珠丝杆螺母10，y轴滚珠丝杆螺母10对应活动连接在y轴滚珠丝杆4上。

在龙门架左右两龙门立柱8上端的内侧连接有两条上下排列的横向的x轴导轨座11，两x轴导轨座11上各固定安装有一条横向的x轴导轨12，两龙门立柱8内侧在上下两x轴导轨12中间的位置还通过轴承架设有横向的x轴滚珠丝杆13，x轴滚珠丝杆13由安装在左侧龙门立柱上的x轴驱动电机14驱动；在上下两x轴导轨12上架设有一个匚形架，匚形由立置平板15和固定连接在立置平板15上下两侧并向前伸出的两块水平支板16组成，立置平板15的背面上下两侧各固定设有两个x轴滑块17，上下两侧的x轴滑块17分别滑动连接在上下两侧的x轴导轨12上，立置平板15的背面中部还固定设有x轴滚珠丝杆螺母18，x轴滚珠丝杆螺母18对应活动连接在x轴滚珠丝杆13上。

在匚形架上下两水平支板16的内侧左右两边各连接有一条竖直的z轴导轨19，两水平支板16内侧中部通过轴承架设有竖直的z轴滚珠丝杆20，z轴滚珠丝杆20由安装在上水平支板16上的z轴驱动电机21驱动，在左右两侧的z轴导轨19上架设有一个主轴电机固定底板22，主轴电机固定底板22的背面左右两侧各固定设有两个z轴滑块23，左右两侧的z轴滑块23分别滑动连接在左右两侧的z轴导轨19上，主轴电机固定底板22的背面中部还固定设有z轴滚珠丝杆螺母24，z轴滚珠丝杆螺母24对应活动连接在z轴滚珠丝杆20上；主轴电机25通过固定座26安装在主轴电机固定底板22上。

所述x轴驱动电机14、y轴驱动电机5、z轴驱动电机21均采用57系列步进电机，各驱动电机均通过联轴器27与相应的滚珠丝杆相连接。

所述x轴导轨12和x轴滑块17、y轴导轨3和y轴滑块9、z轴导轨19和z轴滑块23均采用sbr20带支托导轨和sbr20滑块，所述x轴导轨座11和y轴导轨座2均采用带有t形长槽的空心铝型材。

本装置用于演示数控雕刻机时，在主轴电机25的输出端连接相应的刀具即可实现，其三维运动的具体实现过程为：x轴驱动电机14通过驱动x轴滚珠丝杆13带动匚形架横向平移，进而控制刀具在x轴上运动；y轴驱动电机5通过驱动y轴滚珠丝杆4带动龙门架纵向平移，进而控制刀具在y轴上运动；z轴驱动电机21通过驱动z轴滚珠丝杆20带动主轴电机固定底板22在竖直方向平移，进而控制刀具在z轴上运动。需要演示3d打印机或激光打码机时，需将所述主轴电机25替换为3d打印头或激光头，并将固定座26替换为与3d打印头或激光头相匹配的类型。

上述图例仅为本发明的典型实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改或等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。