教學應用型可轉位數控車床的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明是一種用于課堂教學的教學儀器，尤其適用于數控技術及單片機技術等課程的教學使用。
【背景技術】
[0002]數控技術經過多年的發展已經成為一種成熟的技術，越來越多的用于現代工業化制造中，越來越多的人也參與到數控技術的學習中。對于數控車床的初學者來說目前的數控車床都是比較高端的設備，他們很難想象的出數控車床究竟是怎樣實現數字化加工的，這對他們的學習帶來了難度。在數控技術的學習上，一些基本且重要的算法，如直線插補、圓弧插補算法，只能理解其含義，但很難讓學習者通過實驗的方法來驗證算法的實現原理及正確性，不能讓學習者在主觀上認識這些算法的正確性和實用性。數控車床上運用的一些典型的結構和控制原理在課堂上無法準確描述也不能即時的給學生進行實踐訓練，造成學生的學習質量不高，效率低下。
【發明內容】
[0003]教學應用型數控車床為解決教學上存在的一些問題而設計的，該設備是用單片機控制數控車床運動，旨在提高相關課程課堂教學質量和教學效率。機床主體由透明、質輕的有機玻璃制成，學習者能夠觀察車床的內部結構及傳動原理。在機械部分的結構上引入傾斜工作臺的模型，機床上的工作臺可以繞主軸中心線做一定角度的旋轉，可體現出當今主流數控車床傾斜工作臺的結構原型；加長了中滑板導軌的長度，刀架在中滑板上有足夠的移動空間使前置刀架和后置刀架的結構原型能夠在機床上體現出來；引入了繞平行于主軸軸線的中心線的可旋轉刀架，刀架可以繞著中心線旋轉出現多個刀位。在控制方面運用教學中常用的AT89S52單片機作為主控制器，通過一些輔助器件(例如步進電機、步進電機驅動器、按鈕開關、電源、限位開關)的連接，構建單片機控制系統，各電子元器件的連接方法可參照附圖3 ;單片機控制系統可以通過ISP數據線與電腦相連，在Keil uvis1n2環境下運用C語言根據機床的運動需求編程并調試，轉化為.Hex格式文件，利用progisp.exe軟件把.hex格式的文件燒錄到單片機里，最后運用操作板上的按鈕對數控機床模型進行操做。學習者可以根據所學知識和自己的需要，編制出對應的程序，然后進行調試、編譯、燒錄最后實現數控車床的運動。
[0004]本發明通過機床主體使數控車床的一些特殊結構直觀的展現出來、通過把單片機和普通機床結合可以使數控技術中的直線插補和圓弧插補運算算法具體的體現在工作臺的運動中。
[0005]此過程可提高數控技術及單片機課程相關章節課堂教學的質量和效率。
[0006]【附圖說明】:
[0007]圖1是教學應用型可轉位數控車床裝配圖軸側圖；
[0008]圖2是教學應用型可轉位數控車床裝配圖俯視圖；
[0009]圖3是控制部分元器件電路連接圖
[0010]附圖標記和部件的對應關系如下:
[0011]床頭11
[0012]旋轉工作臺前支架12
[0013]主軸13
[0014]旋轉工作臺14
[0015]Z軸絲杠15
[0016]加長型中滑板 16
[0017]X軸絲杠17
[0018]刀架18
[0019]小滑板19
[0020]旋轉工作臺后支架110
[0021]床尾111
[0022]床身112
[0023]銷孔113
[0024]24V直流電源 31
[0025]Z軸步進電機32
[0026]Z軸步進電機驅動器33
[0027]X軸步進電機驅動器34
[0028]X軸步進電機 35
[0029]電腦36
[0030]ISP 下載線37
[0031]ISP 接口 38
[0032]AT89S52 單片機 39
[0033]單片機最小系統310
[0034]發光二極管311
[0035]微動開關312
[0036]按鈕開關 313
[0037]可自鎖按鈕開關 314
[0038]【具體實施方式】:
[0039]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細說明。
[0040]圖1和圖2分別為本實用新型的機械部分的軸測圖和俯視圖，圖3為控制部分的接線圖。
[0041 ]由圖1可知，本實用新型的機械部分主要由，床頭11、床身12、主軸13、旋轉工作臺14、Z軸絲杠15、加長型中滑板16、X軸絲杠17、刀架18、小滑板19組成；其中主軸13安裝在床頭11上，旋轉工作臺前支架12、旋轉工作臺后14、旋轉工作臺后支架110構成旋轉工作臺部件，旋轉工作臺部件通過旋轉工作臺前支架12、旋轉工作臺后支架110分別通過滾動軸承與床頭和床尾進行連接，并與主軸保持同心，可以手動扳動整個旋轉工作臺繞主軸中心進行旋轉，利用圓柱銷插入銷孔113對旋轉工作臺進行定位(床頭11和旋轉工作臺后支架110上對應也有銷孔);旋轉工作臺部件上的Z軸絲杠15轉動通過固連在中滑板16上的滾珠螺旋裝置可實現中滑板16的移動，中滑板16上的X軸絲杠17的轉動通過固連在小滑板19上的滾珠螺旋裝置可實現小滑板19的移動。
[0042]由圖3可知，本實用新型的控制部分主要由，24V直流電源31、Z軸步進電機32、Z軸步進電機驅動器33、X軸步進電機驅動器34、X軸步進電機35、電腦36、ISP下載線37、ISP接口 38、AT89S52單片機39、單片機最小系統310、發光二極管311、微動開關312、按鈕開關313、可自鎖按鈕開關314、若干導線組成；Z軸步進電機33安裝在Z軸絲杠15的軸端，X軸步進電機35安裝在X軸絲杠17的軸端，四個微動開關312分別安裝在X軸，Z軸的兩端以實現數控機床的限位功能。
[0043]整個數控系統的連接方法如圖3所示，步進電機驅器由24V電源31直接提供24V電源；由AT89S52單片機提供脈沖信號和方向信號；由單片機最小系統310經過兩條途徑提供5V公共端電壓給步進電機驅動器，途徑1是通過四個串聯的微動開關312 (默認為NC狀態)提供5V公共端電壓給步進電機驅動器，一個綠色發光二極管311-A (正常情況下發光)與步進電機驅動器并聯接入單片機最小系統310負極，途徑2是在在微動開關312的N0接口接入可自鎖按鈕開關314 (此開關正常情況下為斷開的)給步進電機驅動器提供5V公共端電壓給步進電機驅動器，一個紅色發光二極管311-1 (觸發微動開關時發光)與步進電機驅動器并聯接入單片機最小系統310負極，當任何一個微動開關312被觸發，步進電機停止轉動，綠色發光二極管熄滅，紅色發光二極管發光；B、Η兩個按鈕開關分別作為控制X軸正反方向移動的控制按鈕，D、F兩個按鈕開關分別作為控制Z軸正反方向移動的控制按鈕，C、G兩個按鈕開關作為XZ軸聯動時的觸發按鈕，可實現圓弧插補功能，當單獨按下B、H、D、F四個按鈕時機床工作臺會發生相應的直線插補運動，當兩個或兩個以上按下時工作臺不會移動，此時綠色發光二極管A亮，紅色發光二極管I熄滅，當工作臺觸發到微動開關312時，機床停止運動，處于限位狀態，此時綠色發光二極管A熄滅，紅色發光二極管I發光，當按下可自鎖按鈕開關314時，可以按下對應按鈕開關，使工作臺遠離碰觸的微動開關，實現手動解除限位，此時綠色發光二極管A亮，紅色發光二極管I熄滅整個數控系統處于正常工作狀態。
[0044]PWM調速器由24V電源31提供電源，并與主軸13軸端的直流電機相連，PWM調速器有按鈕開關和旋鈕，按鈕開關控制直流電機的轉向，旋鈕控制直流電機的轉速。
[0045]AT89S52單片機通過ISP下載線與電腦相連，電腦上安裝Keil uvis1n2軟件，在此軟件的環境下用C語言編制不同的程序，通過編譯，燒錄以實現整個控制系統需要實現的功能。
【主權項】
1.一種教學應用型可轉位數控車床，包括機械和控制兩個部分，所述機械部分用有機玻璃制成，包括床頭、床身、旋轉工作臺、刀架、主軸、加長型中滑板導軌，其中床頭上有主軸，旋轉工作臺放置于床頭與床身之間，旋轉中心與主軸旋轉中心重合；控制部分的操作面板安裝在機床床頭上，整個控制系統包括AT89S52單片機、步進電機、步進電機驅動器、限位開關、PWM調速器、24V電源，步進電機、限位開關分別安置在機械部分傳動軸的尾端，通過電路連接、程序控制、操作面板上的按鈕可實現對數控機床的控制。2.根據權利要求1所述的教學應用型可轉位數控車床，其特征在于:機械部分有加長型中滑板，使刀架在中滑板上有足夠的移動空間以保證前置刀架和后置刀架在機械部分結構上體現出來。3.根據權利要求1所述的教學應用型可轉位數控車床，其特征在于:機械部分有可繞主軸軸線Z進行旋轉的工作臺，進而可以展示傾斜工作臺的結構類型。
【專利摘要】本實用新型提供了一種教學應用型可轉位數控車床，主要由機械和控制兩部分組成。機械部分主體用有機玻璃制成，其包括床頭、床身、旋轉工作臺、刀架、主軸、加長型中滑板導軌；其中床頭上有主軸，旋轉工作臺放置于床頭和床身之間，旋轉工作臺上有加長型中滑板導軌，中滑板導軌上有刀架。控制部分的操作面板安裝在機床床頭上，其包括單片機最小系統、步進電機、步進電機驅動器、限位開關、PWM調速器、24V電源；操作面板上有ISP接口可與電腦相連，通過keil？uvision2軟件可實現單片機與電腦的數據傳輸。本實用新型可實現數控車床的直線插補、圓弧插補、點動、限位、手動解除限位等功能，可用來提高數控學習的教學質量和教學效率。
【IPC分類】G09B25/02
【公開號】CN204990976
【申請號】CN201520316692
【發明人】王寬, 趙巍
【申請人】天津職業技術師范大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年5月18日