一种易于教学的开放式理实一体简易数控平台的制作方法

本实用新型属于数控机床技术领域，具体涉及一种易于教学的开放式理实一体简易数控平台。

背景技术：

随着现代机械加工技术的高速发展，尤其是数控技术的广泛应用和数控设备的普及，对创新型和复合型的人才的需求量越来越大。科技经济的发展离不开人才，而我国目前迫切需要培养一大批能够适应和支撑智能制造的工程人才，必须把人才培养摆在更加突出的战略位置。各高校虽然建立了不同规模的实训中心，但是受到数控设备和控制系统功能等因素的制约，实践过程中存在系统开放性差、购买设备成本高、操作界面不友好等缺点，学生很难将理论知识与实践应用相结合，造成理论教学和实习教学不连贯甚至是脱节的现象，不利于学生系统的学习知识和技能。因此，在对人才培养和教学设备投入等方面对教育教学单位提出了更高、更新的目标和要求，建设与工业现实吻合、具备一定技术引领作用，同时满足科研、展示、教学、实训功能需求的智能制造自动化教学系统已成当务之急。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术中数控机床教学难的问题。

为此，本实用新型提供了一种易于教学的开放式理实一体简易数控平台，包括机床本体、控制模块及计算机；

所述计算机与所述控制模块电连接，所述计算机用于输入操作指令并转化成所述控制模块可识别的驱动代码；

所述控制模块用于根据所述驱动代码驱动所述机械本体运动；

所述控制模块包括运动控制器、变频器、步进电机驱动器及伺服控制器，所述机床本体包括主轴电机、旋转主轴、步进电机、水平工作台、伺服电机及竖直工作台；

所述变频器、步进电机驱动器及伺服控制器的输入端均与所述运动控制器电连接，所述变频器、步进电机驱动器及伺服控制器的输出端分别与主轴电机、步进电机及伺服电机电连接，所述主轴电机、步进电机及伺服电机分别于旋转主轴、水平工作台及竖直工作台连接。

优选地，所述运动控制器的型号为ge300-sg控制器。

优选地，所述机床本体还包括基座，所述基座上设有水平支撑座及立柱，所述竖直工作台可滑动的安装在所述立柱上，所述水平工作台可滑动的安装在所述水平支撑座上。

优选地，所述立柱上设有丝杆，所述竖直工作台可滑动的安设于所述丝杆上，所述伺服电机与所述立柱固定连接，所述伺服电机的输出轴与所述丝杆连接。

优选地，所述立柱上设有配重箱。

优选地，所述机床为铣床。

优选地，所述水平工作台包括x轴步进电机及y轴步进电机，所述x轴步进电机可滑动的安装在所述y轴步进电机的输出轴上。

优选地，所述步进电机驱动器型号为3nd1183，所述步进电机型号为863s68h，所述步进电机驱动器的u、v及w引脚分别与步进电机的。

优选地，所述机床还包括冷却泵及指示灯。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种易于教学的开放式理实一体简易数控平台，包括机床本体、控制模块及计算机；计算机与控制模块电连接，计算机用于输入操作指令并转化成控制模块可识别的驱动代码；控制模块用于根据驱动代码驱动机械本体运动；控制模块包括运动控制器、变频器、步进电机驱动器及伺服控制器，机床本体包括主轴电机、旋转主轴、步进电机、水平工作台、伺服电机及竖直工作台。该机床结构简单，体积小，质量轻，通过主轴电机控制主轴旋转，步进电机控制水平工作台水平移动，伺服电机控制竖直工作台上下移动，达到教学目的。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型易于教学的开放式理实一体简易数控平台的模块示意图；

图2是本实用新型易于教学的开放式理实一体简易数控平台的结构原理图；

图3是本实用新型易于教学的开放式理实一体简易数控平台的水平工作台结构示意图；

图4是本实用新型易于教学的开放式理实一体简易数控平台的运动控制器接线图；

图5是本实用新型易于教学的开放式理实一体简易数控平台的步进电机接线电路图。

附图标记说明：计算机100，控制模块200，机床本体300，竖直工作台1，水平工作台2，立柱3，基座4，主轴电机5，刀具6，工件7，面板8，y轴电机9，y轴底板10，x轴滑座11，x轴底座12，x轴电机13，挡板14。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1至图3所示，本实用新型提供了一种易于教学的开放式理实一体简易数控平台，包括机床本体300、控制模块200及计算机100；

所述计算机100与所述控制模块200电连接，所述计算机100用于输入操作指令并转化成所述控制模块200可识别的驱动代码；

所述控制模块200用于根据所述驱动代码驱动所述机械本体运动；

所述控制模块200包括运动控制器、变频器、步进电机驱动器及伺服控制器，所述机床本体300包括主轴电机5、旋转主轴、步进电机、水平工作台2、伺服电机及竖直工作台1；

所述变频器、步进电机驱动器及伺服控制器的输入端均与所述运动控制器电连接，所述变频器、步进电机驱动器及伺服控制器的输出端分别与主轴电机5、步进电机及伺服电机电连接，所述主轴电机5、步进电机及伺服电机分别于旋转主轴、水平工作台2及竖直工作台1连接。

与由此可知，老师操作计算机100上的相关操作，比如主轴旋转、x轴进给、y轴进给或z轴回零等操作，计算机100将输入的操作指令转化成控制模块200可识别的驱动代码，然后运动控制器分别将对应的指令传递至变频器、步进电机驱动器或伺服控制器。变频器控制主轴电机5旋转，带动旋转主轴旋转即可带动刀具6完成钻孔或车铣的操作；步进电机驱动器带动驱动步进电机在xy水平平移，实现水平工作台2的水平移动；伺服控制器带动伺服电机运动，伺服电机驱动竖直工作台1上下竖移完成z轴方向的运动。该教学用的数控机床体积小，是普通数控铣床的一半大小，且各个轴的移动速度都很慢，便于学员在旁边观察。

该机床也可以实物操作演练，在水平工作台2上安装工件7，在旋转主轴上安装刀具6，便可进行实物操作演练。

通过采用上述技术方案，选用visualc++作为工具，采用模块化的设计思路，设计了控制模块软件部分。该软件在工控机上能实现其功能，能够检查并编译nc代码，能够通过运动控制器来完成自动加工、对刀和加工轨迹仿真等功能；人机界面友好，易于使用。提供了主要功能设计的源代码。该软件的源代码开放，由于采用的是模块化设计思路，用户可根据自己使用要求添加相应模块。该教学用机床具有以下有益效果：

1、基于人工智能的教学加工两用型数控铣床控制系统采用dsp运动控制卡作为其核心，系统自主开发，可完成一般数控系统的主要功能，可加工微小零件，特别是教学功能明显。由于控制电路完全透明，便于检修。其成本仅相当于市场上数控铣床的二分之一左右，降低了办学成本近一半的费用。

2、由于基于人工智能的教学加工两用型数控铣床控制系统的控制电路完全透明，学生在实验中可根据接线图完成接线、调试，增加了学生的感性认识，实验效果明显。可完成数控操作与编程实验、数字电机控制、普通电机控制、传感器原理、变频器使用、电气组装、故障诊断和数控原理实验等教学实验项目，极大地满足了机电类专业的实验需要。

3、可以对基于人工智能的教学加工两用型数控铣床控制系统进行plc控制类的相关实验。从而丰富了实验教学内容，同时增加了学生们的创新性。

如图4、图5所示，优选的方案，所述运动控制器的型号为ge300-sg控制器。所述水平工作台2包括x轴步进电机及y轴步进电机，所述x轴步进电机可滑动的安装在所述y轴步进电机的输出轴上。所述步进电机驱动器型号为3nd1183，所述步进电机型号为863s68h，所述步进电机驱动器的u、v及w引脚分别与步进电机的。由此可知，通过运动控制器来控制变频器、步进电机驱动器及伺服控制器，ge300-sg控制器的p4引脚、fp1引脚及rp1引脚分别连接3nd1183驱动器的pul+引脚、dir-引脚及pul-引脚，u、v及w引脚接863s68h的x轴步进电机。y轴步进电机的接法类似。

优选的方案，所述机床本体300还包括基座4，所述基座4上设有水平支撑座及立柱3，所述竖直工作台1可滑动的安装在所述立柱3上，所述水平工作台2可滑动的安装在所述水平支撑座上。由此可知，将基座4、立柱3及移动平台分开加工成型，最后装配在一起，这样便于搬运、加工和安装，且立柱3和水平支撑座的垂直设置，能保证安装两个工作台的垂直度，确保整个机床的加工精度。

优选的方案，所述立柱3上设有丝杆，所述竖直工作台1可滑动的安设于所述丝杆上，所述伺服电机与所述立柱3固定连接，所述伺服电机的输出轴与所述丝杆连接。如图2所示，竖直工作台1安装在立柱3的滑轨上，上端通过绳索掉拉，通过立柱3内的伺服电机旋转来拉起或放下绳索，这样竖直工作平台便可沿着立柱3滑轨上下互动，实现旋转主轴的z轴竖向移动。

优选的方案，所述立柱3上设有配重箱。使得加工时更加稳定，减小震动。

优选的方案，所述机床为铣床。

优选的方案，所述水平工作台2包括x轴步进电机及y轴步进电机，所述x轴步进电机可滑动的安装在所述y轴步进电机的输出轴上。如图3所述，基座4上安装有x轴底座12，x轴底座12两端设有挡板14，防止滑出。x轴电机13与丝杆连接，丝杆位于x轴滑座11内，y轴底板10安装在x轴滑座11内，并与丝杆螺纹连接，当x轴电机13驱动丝杆旋转时便可带动y轴底板10在x轴滑座11内沿着x轴方向滑动。y轴底板10上安装y轴电机9，y轴电机9上安装有面板8，面板8上即可安装工件7。y轴电机9驱动面板8沿着y轴方向移动原理与x轴驱动方式一样，在此不再赘述。

优选的方案，所述机床还包括冷却泵及指示灯。冷却泵喷射冷却液在刀具6上起到加工冷却的作用，指示灯可以照亮局部，便于学员观察学习。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种易于教学的开放式理实一体简易数控平台，包括机床本体300、控制模块200及计算机100；计算机100与控制模块200电连接，计算机100用于输入操作指令并转化成控制模块200可识别的驱动代码；控制模块200用于根据驱动代码驱动机械本体运动；控制模块200包括运动控制器、变频器、步进电机驱动器及伺服控制器，机床本体300包括主轴电机5、旋转主轴、步进电机、水平工作台2、伺服电机及竖直工作台1。该机床结构简单，体积小，质量轻，通过主轴电机5控制主轴旋转，步进电机控制水平工作台2水平移动，伺服电机控制竖直工作台1上下移动，达到教学目的。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。