基于车床的开放式机电一体化教学实训设备的制作方法

本发明涉及教学设备技术领域，尤其涉及一种基于车床的开放式机电一体化教学实训设备。

背景技术：

随着现代生产技术的发展，生产制造系统对机电一体化技术的要求日益提高，结合不同加工生产过程的特点，在典型工业加工系统基础技能上引申出不同的生产自动化综合技能训练。现有的教具基本上是对现有自动化生产系统的简单缩小模拟，教学过程中学生只能观察基本的动作，不能全面了解结构设计；同时，现有的教具功能以演示为主，学生代入感差，电气控制的连线以插线形式，学生学习后不能掌握实际生产加工中的电气连线，使得学生实训与实践严重脱节。

综上可知，现有技术在实际使用上显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

技术实现要素：

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于车床的开放式机电一体化教学实训设备，其将机电一体化教学与普通车床改造紧密结合，结构简单，操作方便，安全性高，学生可以更好的融入教学情景，激发学生的学习兴趣，有利于机电一体化实训教学的开展。

为了实现上述目的，本发明提供一种基于车床的开放式机电一体化教学实训设备，包括设置在实训桌上用于固定工件的工件结构和用于固定刀片的刀架结构，还包括控制所述工件结构和刀架结构的控制结构；

所述工件结构包括主轴，所述主轴的一端连接主轴电机，所述主轴的另一端穿过设置在所述实训桌上的机身后固接三爪卡盘；所述机身上还设有触摸屏和转换开关。

所述刀架结构包括滑轨，所述滑轨的一端连接机身，所述滑轨的另一端通过轴承连接x轴，所述x轴的另一端连接伺服电机，所述x轴的外面螺纹套接第一滑块，所述第一滑块的顶端固接第二滑块，所述第二滑块的底面沿所述x轴的方向滑动连接所述滑轨，所述第二滑块的上面沿z轴的方向滑动连接用于固定刀片的刀架，所述刀架螺纹套接所述z轴，所述z轴的一端通过轴承连接在所述第二滑块靠近所述x轴的一端，所述z轴的另一端连接步进电机。

所述控制结构包括配电板，所述配电板上设有plc，还设有与所述plc电连接的伺服电机驱动器、步进电机驱动器、变频器；所述plc还电连接所述触摸屏和转换开关。

根据本发明的基于车床的开放式机电一体化教学实训设备，所述滑轨的侧面两端还设有x轴限位开关，所述x轴限位开关电连接所述plc。

根据本发明的基于车床的开放式机电一体化教学实训设备，所述第二滑块的两端设有z轴限位开关，所述z轴限位开关电连接所述plc。

根据本发明的基于车床的开放式机电一体化教学实训设备，所述滑轨远离所述机身的一端上面还设有限位螺钉。

根据本发明的基于车床的开放式机电一体化教学实训设备，所述机身上还设有警示灯，所述警示灯电连接所述plc。

根据本发明的基于车床的开放式机电一体化教学实训设备，所述警示灯为三色警示灯。

根据本发明的基于车床的开放式机电一体化教学实训设备，所述机身上还设有急停按钮，所述急停按钮电连接所述plc。

根据本发明的基于车床的开放式机电一体化教学实训设备，所述轴承为滑动轴承。

本发明的目的在于提供一种基于车床的开放式机电一体化教学实训设备，通过设置工件结构，工件结构包括主轴，主轴一端连接主轴电机，一端连接固定工件的三爪卡盘，使工件能够随主轴的旋转而转动；通过设置刀架结构，刀架结构包括x轴和y轴，x轴能够带动刀架沿x轴方向移动，调整刀架的位置，y轴能够带动刀架沿y轴方向移动，调整刀架的位置；通过设置控制结构，控制结构包括设置在配电板上的plc、以及与plc电连接的伺服电机驱动器、步进电机驱动器、变频器，学生通过在配电板上进行电气控制电路设计布线、plc程序设计编写和各执行部件的接线，实现自动化机械加工，实用性、实践性更强。综上，本发明的有益效果为：其将机电一体化教学与普通车床改造紧密结合，结构简单，操作方便，安全性高，学生可以更好的融入教学情景，激发学生的学习兴趣，有利于机电一体化实训教学的开展。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明工件结构和刀架结构示意图；

图3是本发明控制结构电气控制电路布图的一实施例结构示意图；

在图中：1-工件结构，11-机身，12-主轴，13-三爪卡盘，14-主轴电机，15-警示灯，16-触摸屏，17-转换开关，18-急停按钮；2-刀架结构，21-滑轨，22-x轴，221-伺服电机，222-第一滑块，223-第二滑块，224-x轴限位开关；23-刀架，24-z轴，241-步进电机，242-z轴限位开关，25-限位螺钉；3-控制结构，31-plc，32-伺服电机驱动器，33-步进电机驱动器，34-变频器，4-实训桌。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，本发明提供了一种基于车床的开放式机电一体化教学实训设备，包括设置在实训桌4上的用于固定工件的工件结构1和用于固定刀片的刀架结构2，还包括控制工件结构1和刀架结构2的控制结构3。本发明中的工件主要是用于仿真演示的木块，供学生操作过程中的切割训练。

参见图2，工件结构1包括主轴12，主轴12的一端连接主轴电机14，主轴12的另一端穿过设置在实训桌4上面的机身11后固接三爪卡盘13，三爪卡盘13用于连接工学生操作演示的工件，主轴电机14带动主轴12及三爪卡盘13实现工件的旋转运动。

机身11上还设有警示灯15、触摸屏16、转换开关17、急停按钮18。警示灯15实现机床运行状态的指示，警示灯15显示三种颜色，红色常亮代表车床为停止状态，红色闪亮代表车床为报警状态，黄色常亮代表车床为准备状态，绿色常亮代表车床为加工状态，绿色闪亮代表加工完成；触摸屏16能够进行编辑，以实现对车床系统的控制，包括车床系统的启动、暂停、急停、停止、主轴12转速的设定、操作用户登录识别、运行状态显示等；转换开关17实现主轴12的起停及正反转控制；急停按钮18实现车床的紧急停止，提高车床运行的安全性。

刀架结构2包括滑轨21，滑轨21的一端连接机身11，滑轨21的另一端通过轴承连接x轴22，x轴22为丝杠轴，x轴22的另一端连接伺服电机221，伺服电机221固接机身11，x轴22的外面螺纹套接第一滑块222，第一滑块222的顶端固接第二滑块223，第二滑块223的底面沿x轴22的方向滑动连接滑轨21，第二滑块223的上面沿z轴24的方向滑动连接用于固定刀片的刀架23，刀架23螺纹套接z轴24，z轴24也为丝杠轴，z轴24的一端通过轴承连接在第二滑块223靠近x轴22的一端，z轴24的另一端连接步进电机241，步进电机241固接在第二滑块223远离第一滑块222的一端。

本发明主要用于教学过程中，x轴22和z轴24经常要进行高速、高精度的转动，学生在实训过程中还会对实训设备进行结构剖分，因此，作为一种优选的方案，轴承采用滑动轴承。

当伺服电机221工作时，带动x轴22旋转，则第一滑块222和第二滑块223一起沿x轴22进行移动，同时也就带动刀架23沿x轴22进行移动，调整刀架23与三爪卡盘13上面工件的距离；当步进电机241工作时，带动z轴24旋转，则刀架23沿z轴24进行移动，进一步调节刀架23与三爪卡盘13上面工件的距离；通过x轴22和z轴24的调节，提高刀架23与三爪卡盘13上面工件的距离的精度，同时保证了刀架23运动的平稳。

参见图3，控制结构3包括配电板，配电板上设有plc31、伺服电机驱动器32、步进电机驱动器33、变频器34和电源；同时伺服电机驱动器32、步进电机驱动器33、变频器34和电源都分别通过线槽中的电线连接plc31；机身11上的警示灯15、触摸屏16、转换开关17、急停按钮18也都分别电连接plc27，电源用来给警示灯15和触摸屏16供电。

在x轴22的控制中，操作员首先对x轴22的转速及方向等参数在触摸屏16上面进行设定，触摸屏16将设定好的参数信号传输给plc31，plc31将信号传输给伺服电机驱动器32，伺服电机驱动器32就会按照设定好的参数驱动伺服电机221工作，从而驱动x轴22进行旋转；而x轴22的实时转速及方向等信号也能够通过伺服电机221反向传输给伺服电机驱动器32，进而传输到plc31中，再传输到触摸屏16上，操作员根据触摸屏16上面显示的数据进行调整，保证x轴22以及其所带动的刀架23运动的精准性。

在z轴24的控制中，操作员首先对z轴24的转速及方向等参数在触摸屏16上面进行设定，触摸屏16将设定好的参数信号传输给plc31，plc31将信号传输给步进电机驱动器33，步进电机驱动器33就会按照设定好的参数驱动步进电机241工作，从而驱动z轴24进行旋转；而z轴24的实时转速及方向等信号也能够通过步进电机241反向传输给步进电机驱动器33，进而传输到plc31中，再传输到触摸屏16上，操作员根据触摸屏16上面显示的数据进行调整，保证z轴24以及其所带动的刀架23运动的精准性。

在主轴12的控制中，操作员首先对主轴12的转速及方向等参数在触摸屏16上面进行设定，触摸屏16将设定好的参数信号传输给plc31，plc31将信号传输给变频器34，变频器34就会按照设定好的参数驱动主轴电机14工作，从而驱动主轴12旋转；而主轴12的实时转速及方向等信号也能够通过主轴电机14反向传输给变频器34，进而传输到plc31中，再传输到触摸屏16上，操作员根据触摸屏16上面显示的数据进行调整，保证主轴12及其所连接的工件运动的精准性。

通过对x轴22、z轴24和主轴12的控制，使车床加工更加精准；在实训教学中，学生通过在配电板上进行电气控制电路设计布线、plc程序设计编写和各执行部件的接线，实现自动化机械加工。

为了提高实训设备的安全性能，作为一种优选的方案，滑轨21的侧面两端还设有x轴限位开关224，第二滑块223的两端设有z轴限位开关242，x轴限位开关224和z轴限位开关242都分别连接plc31，防止学生在实训过程中，由于操作不当，使第二滑块223和刀架23滑出其最大滑动范围，实现对实训设备的安全限位控制。

滑轨21远离机身11的一端上面还设有限位螺钉25，能够进一步提高实训设备运行的安全性，防止学生操作失误，造成实训设备部件的损坏。

综上所述，本发明通过通过设置工件结构，工件结构包括主轴，主轴一端连接主轴电机，一端连接固定工件的三爪卡盘，使工件能够随主轴的旋转而转动；通过设置刀架结构，刀架结构包括x轴和y轴，x轴能够带动刀架沿x轴方向移动，调整刀架的位置，y轴能够带动刀架沿y轴方向移动，调整刀架的位置；通过设置控制结构，控制结构包括设置在配电板上的plc、以及与plc电连接的伺服电机驱动器、步进电机驱动器、变频器，学生通过在配电板上进行电气控制电路设计布线、plc程序设计编写和各执行部件的接线，实现自动化机械加工，实用性、实践性更强。综上，本发明的有益效果为：其将机电一体化教学与普通车床改造紧密结合，结构简单，操作方便，安全性高，学生可以更好的融入教学情景，激发学生的学习兴趣，有利于机电一体化实训教学的开展。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。