CN103065542B

CN103065542B - 教学用数控白板绘图仪

Info

Publication number: CN103065542B
Application number: CN201310006080.7A
Authority: CN
Inventors: 嵇萍; 周涛; 郭宝宁; 季明丽; 刘泗岩
Original assignee: Jiangsu Maritime Institute
Current assignee: Jiangsu Maritime Institute
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2033-01-08
Also published as: CN103065542A

Abstract

一种教学用数控白板绘图仪，它包括白板（10），其特征是所述的白板（10）的上端或下端安装有横向导轨（40），横向导轨（40）上装有Γ形或L形滑板（50），滑板（50）被横向牵引系统（30）中的钢丝绳牵动，沿着横向导轨（40）作水平方向移动；在所述的滑板（50）上安装有电磁笔架组件（70）和带动该电磁笔架组件（70）上下移动的纵向牵引系统（60），电磁笔架组件（70）、横向牵引系统（30）和纵向牵引系统（60）均受控于数控系统（80）。本发明为工程制图、数控原理等课程的教学提供了直观的教具，有利于提高学习兴趣和教学质量。

Description

教学用数控白板绘图仪

技术领域

本发明涉及一种教学仪器，尤其是一种与计算机辅助绘图（CAD）软件，如AutoCAD、CAXA等相配的用于直接在白板上绘图的绘图仪，具体地说是一种教学用数控白板绘图仪。

背景技术

目前，工程技术专业中的许多课程都需要在黑板上进行绘图，尽管采用多媒体教室结合计算机绘图软件也可以实现图形演示，但计算机绘图只能显示最终的图形结果，难以象手工绘图那样直观演示绘图过程。目前还不存在一种可以在教室内的黑板（或白板）上自动绘图的装置。本发明采用两轴数控技术填补了这一技术空白，并提供了一种可以形象地展示数控技术原理的低成本教学设备。

目前的数控技术教学一般采用课堂理论教学与数控机床实践相结合的教学手段，由于难以把数控机床搬上讲台，理论教学与实践是两个独立的教学环节，两者不能及时相互融合。本发明提供的数控白板绘图仪从数控技术的角度上，与两轴数控雕刻机的原理是一致的，数控白板绘图仪的绘图笔在白板上绘制的图形就相当于雕刻机的刀具轨迹。因此，本数控白板绘图仪也可称作是一种数控机床的实物仿真装置，它比计算机虚拟仿真更具有真实感，能够提高数控技术课程的教学效果，并有助于激发学生的学习兴趣。

发明内容

本发明的目的是设计一种能直观演示绘图过程的教学用数控白板绘图仪，它为工程制图、数控原理等课程的教学提供了很好的辅助手段。

本发明的技术方案是：

一种教学用数控白板绘图仪，它包括白板10，其特征是所述的白板10的上端或下端安装有横向导轨40，横向导轨40上安装有Γ形或L形滑板50，滑板50被横向牵引系统30中的钢丝绳牵动，沿着横向导轨40作水平方向移动；在所述的滑板50上安装有电磁笔架组件70和带动该电磁笔架组件70上下移动的纵向牵引系统60，电磁笔架组件70、横向牵引系统30和纵向牵引系统60均受控于数控系统80。

所述的横向牵引系统30包括横向电机组件301、钢丝绳302、横向挂轮组件303以及钢丝绳紧固器304，钢丝绳302绕装在横向电机组件301的主动轮3012以及横向挂轮组件303的从动轮3031上，并通过具备张紧功能的钢丝绳紧固器304与滑板50相连；横向电机组件301通过钢丝绳302的传动作用带动滑板50在横向导轨40上移动；通过控制横向电机组件301的正反向转动，可控制滑板50在横向导轨40上的移动方向。

所述的横向挂轮组件303包括两种形式，第一种横向挂轮组件303包括钢丝绳轮3031与挂轮托架组件3032，挂轮托架组件3032包括轴承组件303201与L形架体303202，钢丝绳轮3031的轴部安装在挂轮托架组件3032上的轴承组件303201内的轴承孔内；第二种横向挂轮组件303包括钢丝绳轮3031、挂轮托架组件3032、联轴器3033与旋转编码器3034，挂轮托架组件包括轴承组件303201与Ц形架体303202；钢丝绳轮3031的轴部穿过轴承组件303201，并经联轴器3033与旋转编码器3034的输入轴相连，旋转编码器3034的外壳固定在Ц形架体303202上。

所述的Γ形滑板50包括横滑板501、纵滑板502、电机支撑板503和导向板504，横滑板501和纵滑板502为整体式结构或分体式结构，横滑板501与安装在白板10上端或下端的横向导轨40相配合，使得滑板50能够沿着横向导轨40滑动；导向板504与白板10的另一端相配合，以增加Γ形滑板50滑动的稳定性；横滑板501上装有钢丝绳紧固器304，用于张紧与固定钢丝绳302，并使钢丝绳302带动滑板50沿着横向导轨40滑动。

所述的纵向牵引系统60包括纵向电机601、纵向钢丝绳轮602、纵向钢丝绳603、纵向挂轮组件604以及纵向钢丝绳紧固器605，纵向钢丝绳轮602连接在纵向电机601的输出轴上，纵向钢丝绳603绕装在纵向钢丝绳轮602以及纵向挂轮组件604上的从动轮6041上，并通过具有张紧作用的纵向钢丝绳紧固器605与电磁笔架70相连；纵向电机601通过钢丝绳603的传动作用带动电磁笔架70沿着滑板50上的纵滑板502移动；通过控制纵向电机601的正反转可以改变电磁笔架70的上下移动方向。

纵向挂轮组件604包括两种结构，第一种纵向挂轮组件604包括纵向钢丝绳轮6041与纵向挂轮托架组件6042，纵向挂轮托架组件6042包括纵向轴承组件604201与L形架体604202，纵向钢丝绳轮6041的轴部安装在纵向挂轮托架组件6042上的纵向轴承组件604201内的轴承孔内；第二种纵向挂轮组件604包括纵向钢丝绳轮6041、纵向挂轮托架组件6042、纵向联轴器6043与纵向旋转编码器6044，纵向挂轮托架组件6042包括纵向轴承组件604201与口字形架体604202，纵向钢丝绳轮6041的轴部穿过纵向轴承组件604201，并经纵向联轴器6043与纵向旋转编码器6044的输入轴相连，纵向旋转编码器6044的外壳固定在口字形架体604202上。

所述的电磁笔架组件70上装有绘图笔704与控制电磁铁702，由电磁铁702的通电与断电实现绘图笔704的落笔与起笔。

所述的电磁笔架组件70包括滑动底板701、圆盘电磁铁702、动衔铁703、绘图笔704、弹簧705、固定台706以及限位块707；电磁笔架组件70通过滑动底板701安装在滑板50的纵滑板502上；纵向钢丝绳紧固器605通过固定台706安装在滑动底板701上，由纵向钢丝绳602带动着电磁笔架组件70在滑板50的纵滑板502上作纵向滑动；圆盘电磁铁702安装在滑动底板701上，其内孔中嵌有弹簧705，弹簧705环绕在绘图笔704的笔筒外周，动衔铁703通过绘图笔704笔筒上的卡环与绘图笔相固定；当圆盘电磁铁702通电时，动衔铁703压着绘图笔704向白板10靠紧，实现绘图笔704的落笔；当圆盘电磁铁702断电时，弹簧705的压力使绘图笔抬起，并由限位块707限制绘图笔704抬起的距离。

所述的白板10的后部装有安装架（20），使得白板（10）的表面与墙面平行或者与地面垂直。。

所述的数控系统80由计算机801、控制器803、通信线804与驱动线805组成，计算机801中安装有数控软件，数控软件发出指令控制横向牵引系统30与纵向牵引系统60的位移以及电磁铁702的通断电，实现电磁笔架70的运动轨迹以及绘图笔704的起笔与落笔。

本发明的有益效果：

本发明为工程制图、数控技术等课程的教学提供了直观的教具，有利于提高学习兴趣和教学质量。

本发明结构简单，易于实现。

本发明可适用于各种CAD软件。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是本发明的横向牵引系统30的安装示意图。

图3是本发明的横向电机组件301的装配示意图。

图4是本发明的横向挂轮组件303的一种实施方式的装配示意图。

图5是本发明的横向挂轮组件303的另一种实施方式的装配示意图。

图6是本发明的Γ形滑板50的结构示意图。

图7是本发明的横向导轨40的结构示意图。

图8是本发明的纵向牵引系统60的安装示意图。

图9是本发明的纵向挂轮组件604的一种实施方式的安装示意图。

图10是本发明的纵向挂轮组件604的另一种实施方式的安装示意图。

图11是本发明的电磁笔架组件70在纵向牵引系统60中的安装示意图。

图12是本发明的电磁笔架组件70的结构示意图。

图13是本发明的数控系统80的一种实施方式的组成示意图。

图14是本发明的数控系统80的另一种实施方式的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1。

如图1-14所示。

一种教学用数控白板绘图仪，如图1所示，可与AutoCAD、CAXA等CAD软件进行配套使用，数控方式为开环控制，它包括白板10，其特征是所述的白板10的上端安装有横向导轨40，横向导轨40上安装有Γ形滑板50，Γ形滑板50被横向牵引系统30中的钢丝绳牵动，沿着横向导轨40作水平方向移动；在所述的Γ形滑板50上安装有电磁笔架组件70和带动该电磁笔架组件70作上下移动的纵向牵引系统60，电磁笔架组件70、横向牵引系统30和纵向牵引系统60均受控于数控系统80。安装架20固定在白板的后部用于将白板绘图仪固定在墙上或者支撑在地面上，使白板与墙面平行或者与地面垂直。数控系统80放置在控制柜内，经电缆线与白板绘图仪上的各驱动件相连。具体实施时Γ形滑板也可用L形结构来代替。L形结构应倒装，正装时应将横向牵引系统30安装在白板的下部。

横向牵引系统30包括横向电机组件301、钢丝绳302、横向挂轮组件303以及钢丝绳紧固器304，其在白板绘图仪上的安装如图2所示。横向电机组件301包括电机3011、钢丝绳轮3012以及电机托架3013，如图3所示，所述电机3011采用步进电机。横向电机组件301安装在白板10的左上部，横向挂轮组件303安装在白板10的右上部。在白板10上位于横向电机组件301与横向挂轮组件303的中间位置安装横向导轨40。

横向挂轮组件303如图4所示，包括钢丝绳轮3031与挂轮托架组件3032。挂轮托架组件3032包括轴承组件303201与L形架体303202，轴承组件303201包括深沟球轴承与前后两个轴承盖，轴承安装在L形架体303202的孔内，用两个轴承盖与螺钉进行轴向固定。钢丝绳轮3031的轴部安装在挂轮托架组件3032上的轴承组件303201内的轴承孔内。

Γ形滑板50的结构如图6所示，包括横滑板501、纵滑板502、电机支撑板503、导向板504。横向导轨40的结构如图7所示。Γ形滑板50上的横滑板501与安装在白板10上端的横向导轨40相配合，使得Γ形滑板50能够沿着横向导轨40滑动，导向板504与白板10的下端相配合，以增加Γ形滑板50滑动的稳定性。横滑板501上装有钢丝绳紧固器304，用于张紧与固定钢丝绳302，并使钢丝绳302带动Γ形滑板50沿着横向导轨40滑动。

纵向牵引系统60如图8所示，包括电机601、钢丝绳轮602、钢丝绳603、纵向挂轮组件604以及钢丝绳紧固器605。电机601安装在Γ形滑板50上的电机支撑板503上，钢丝绳轮602安装在电机601的输出轴上。纵向挂轮组件604安装在Γ形滑板50上导向板504的底部。

纵向挂轮组件604如图9所示，包括钢丝绳轮6041与挂轮托架组件6042，挂轮托架组件6042包括轴承组件604201与L形架体604202。轴承组件604201包括深沟球轴承与前后两个轴承盖，轴承安装在L形架体604202的孔内，用两个轴承盖与螺钉进行轴向固定。钢丝绳轮6041的轴部安装在挂轮托架组件6042上的轴承组件604201内的轴承孔内。

电磁笔架组件70包括滑动底板701、圆盘电磁铁702、动衔铁703、绘图笔704、弹簧705、固定台706以及限位块707。电磁笔架组件70在纵向牵引系统60中的安装如图11所示，电磁笔架组件70的结构如图12所示。电磁笔架组件70通过滑动底板701安装在Γ形滑板50的纵滑板502上，钢丝绳紧固器605通过固定台706安装在滑动底板701上，由钢丝绳602带动着电磁笔架组件70在Γ形滑板50的纵滑板502上作纵向滑动。圆盘电磁铁702安装在滑动底板701上，其内孔中嵌有弹簧705，弹簧705环绕在绘图笔704的笔筒外周，动衔铁703通过绘图笔704笔筒上的卡环与绘图笔相固定。所述弹簧705采用压缩弹簧，所述绘图笔704在普通白板笔的基础上进行改造。

当圆盘电磁铁702通电时，动衔铁703压着绘图笔704向白板10靠紧，实现绘图笔的落笔；当圆盘电磁铁702断电时，弹簧705的压力使绘图笔抬起，并由限位块707限制绘图笔抬起的距离。

数控系统80由计算机801、数控软件802、控制器803、通信线804与驱动线805等组成，如图13所示。所述计算机801采用PC计算机，数控软件802安装在计算机801内。所述控制器803采用以单片机为核心的电路板，含有两个电机控制模块与一个电磁铁控制模块，电机控制方式为开环控制。所述通信线804采用RS322串口通信，数控软件802通过通信线804与控制器803相连。控制器803通过驱动线805分别与电机301、电机601以及圆盘电磁铁702上的电源模块相连。数控软件802发出指令，来控制电机301与电机601输出轴的角位移以及圆盘电磁铁702通断电，实现电磁笔架70上绘图笔704的运动轨迹与起落笔，从而绘制出计算机801中指定的图形。

实施例二。

如图1-14所示。

本实施例的教学用数控白板绘图仪的结构与实施例一大体相同，但数控方式为闭环控制。实施方式与上述实施方式1大体相同的前提下，作以下变动。

横向挂轮组件303如图5所示，包括钢丝绳轮3031、挂轮托架组件3032、联轴器3033与旋转编码器3034。挂轮托架组件3032包括轴承组件303201与Ц形架体303202。钢丝绳轮3031的轴部穿过轴承组件303201，并经联轴器3033与旋转编码器3034的输入轴相连，旋转编码器3034的外壳固定在Ц形架体303202上。

纵向挂轮组件604如图10所示，包括钢丝绳轮6041、挂轮托架组件6042、联轴器6043与旋转编码器6044。挂轮托架组件6042包括轴承组件604201与口字形架体604202。钢丝绳轮6041的轴部穿过轴承组件604201，并经联轴器6043与旋转编码器6044的输入轴相连，旋转编码器6044的外壳固定在口字形架体604202上。

数控系统80的组成如图14所示，电机控制方式为闭环控制。控制器803采用以ARM芯片为核心的电路板，控制器803通过驱动线805分别与电机301、电机601、旋转编码器3034、旋转编码器6044以及圆盘电磁铁702相连。通信线804采用USB通信。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种教学用数控白板绘图仪，它包括白板（10），所述的白板（10）的上端或下端安装有横向导轨（40），横向导轨（40）上安装有Γ形或L形滑板（50），滑板（50）被横向牵引系统（30）中的钢丝绳所牵动，沿着横向导轨（40）作水平方向移动；在所述的滑板（50）上安装有电磁笔架组件（70）和带动该电磁笔架组件（70）上下移动的纵向牵引系统（60）；电磁笔架组件（70）、横向牵引系统（30）和纵向牵引系统（60）均受控于数控系统（80）；其特征是所述的滑板（50）包括横滑板（501）、纵滑板（502）、电机支撑板（503）和导向板（504），横滑板（501）和纵滑板（502）为整体式结构或分体式结构，横滑板（501）与安装在白板（10）上端或下端的横向导轨（40）相配合，使得滑板（50）能够沿着横向导轨（40）滑动；导向板（504）与白板（10）的另一端相配合，以增加滑板（50）滑动的稳定性；横滑板（501）上装有钢丝绳紧固器（304），用于张紧与固定钢丝绳（302），并使钢丝绳（302）带动滑板（50）沿着横向导轨（40）滑动；所述的横向牵引系统（30）包括横向电机组件（301）、钢丝绳（302）、横向挂轮组件（303）以及钢丝绳紧固器（304），钢丝绳（302）绕装在横向电机组件（301）上的主动轮（3012）以及横向挂轮组件（303）上的从动轮（3031）上，钢丝绳（302）通过具备张紧功能的钢丝绳紧固器（304）与滑板（50）相连；横向电机组件（301）通过钢丝绳（302）的传动作用带动滑板（50）在横向导轨（40）上移动，通过控制横向电机组件（301）的正反向转动，可控制滑板（50）在横向导轨（40）上的移动方向；所述的纵向牵引系统（60）包括纵向电机（601）、纵向钢丝绳轮（602）、纵向钢丝绳（603）、纵向挂轮组件（604）以及纵向钢丝绳紧固器（605），纵向钢丝绳轮（602）连接在纵向电机（601）的输出轴上，纵向钢丝绳（603）绕装在纵向钢丝绳轮（602）以及纵向挂轮组件（604）上的从动轮（6041）上，纵向钢丝绳（603）通过具有张紧作用的纵向钢丝绳紧固器（605）与电磁笔架组件（70）相连；纵向电机（601）通过钢丝绳（603）的传动作用带动电磁笔架组件（70）沿着滑板（50）上的纵滑板（502）移动；通过控制纵向电机（601）的正反转可以改变电磁笔架组件（70）的上下移动方向。

2.根据权利要求1所述的教学用数控白板绘图仪，其特征是所述的横向挂轮组件（303）包括两种形式，第一种横向挂轮组件（303）包括钢丝绳轮（3031）与挂轮托架组件（3032），挂轮托架组件（3032）包括轴承组件（303201）与L形架体（303202），钢丝绳轮（3031）的轴部安装在挂轮托架组件（3032）上的轴承组件（303201）内的轴承孔内；第二种横向挂轮组件（303）包括钢丝绳轮（3031）、挂轮托架组件（3032）、联轴器（3033）与旋转编码器（3034），挂轮托架组件包括轴承组件（303201）与Ц形架体（303202）；钢丝绳轮（3031）的轴部穿过轴承组件（303201），并经联轴器（3033）与旋转编码器（3034）的输入轴相连，旋转编码器（3034）的外壳固定在Ц形架体（303202）上。

3.根据权利要求1所述的教学用数控白板绘图仪，其特征是纵向挂轮组件（604）包括两种结构，第一种纵向挂轮组件（604）包括纵向钢丝绳轮（6041）与纵向挂轮托架组件（6042），纵向挂轮托架组件（6042）包括纵向轴承组件（604201）与L形架体（604202），纵向钢丝绳轮（6041）的轴部安装在纵向挂轮托架组件（6042）上的纵向轴承组件（604201）内的轴承孔内；第二种纵向挂轮组件（604）包括纵向钢丝绳轮（6041）、纵向挂轮托架组件（6042）、纵向联轴器（6043）与纵向旋转编码器（6044），纵向挂轮托架组件（6042）包括纵向轴承组件（604201）与口字形架体（604202），纵向钢丝绳轮（6041）的轴部穿过纵向轴承组件（604201），并经纵向联轴器（6043）与纵向旋转编码器（6044）的输入轴相连，纵向旋转编码器（6044）的外壳固定在口字形架体（604202）上。

4.根据权利要求1所述的教学用数控白板绘图仪，其特征是所述的电磁笔架组件（70）上装有绘图笔（704）与控制电磁铁（702），由电磁铁（702）的通电与断电实现绘图笔（704）的落笔与起笔。

5.根据权利要求4所述的教学用数控白板绘图仪，其特征是所述的电磁笔架组件（70）包括滑动底板（701）、圆盘电磁铁（702）、动衔铁（703）、绘图笔（704）、弹簧（705）、固定台（706）以及限位块（707）；电磁笔架组件（70）通过滑动底板（701）安装在滑板（50）的纵滑板（502）上；纵向钢丝绳紧固器（605）通过固定台（706）安装在滑动底板（701）上，由纵向钢丝绳（602）带动着电磁笔架组件（70）在滑板（50）的纵滑板（502）上作纵向滑动；圆盘电磁铁（702）安装在滑动底板（701）上，其内孔中嵌有弹簧（705），弹簧（705）环绕在绘图笔（704）的笔筒外周，动衔铁（703）通过绘图笔（704）笔筒上的卡环与绘图笔相固定；当圆盘电磁铁（702）通电时，动衔铁（703）压着绘图笔（704）向白板（10）靠紧，实现绘图笔（704）的落笔；当圆盘电磁铁（702）断电时，弹簧（705）的压力使绘图笔抬起，并由限位块（707）限制绘图笔（704）抬起的距离。

6.根据权利要求1所述的教学用数控白板绘图仪，其特征是所述的白板（10）的后部装有安装架（20），使得白板（10）的表面与墙面平行或者与地面垂直。

7.根据权利要求1所述的教学用数控白板绘图仪，其特征是所述的数控系统（80）由计算机（801）、控制器（803）、通信线（804）与驱动线（805）组成，计算机（801）中安装有数控软件，数控软件发出指令控制横向牵引系统（30）与纵向牵引系统（60）的位移以及电磁铁（702）的通断电，实现电磁笔架组件（70）的运动轨迹以及绘图笔（704）的起落。