CN107030298B - 一种学生实训设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种学生实训设备，属于机械制造技术领域，机械传动部件包括主轴箱、进给箱、设置在主轴箱中的传动部件、设置在进给箱中的传动部件及设置在进给箱上的转换手柄，Z向传动机构包括溜板箱、大拖板大拖板丝杠、大拖板丝杠支撑板、轴接头和第一联轴器，X向传动机构包括中拖板、中拖板电机连接板、中拖板丝杠、中拖板丝杠螺母和第二联轴器，刀架组件包括刀架控制电机、刀架调整垫板和刀架。该设备解决了高职院校数控机床数设备不足的矛盾，同时在不影响普车教学实训的情况下，又能满足数控实训教学，一机两用，具有使用价值和推广价值，同时改造成本低，投入资金较少，适合推广使用。

Description

一种学生实训设备
技术领域
本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种学生实训设备。
背景技术
随着时代的发展，由于数控机床精度高，生产效率高，劳动强度小，深得企业的使用。目前企业对数控人员的需求量存在着较大缺口，数控人员已满足不了市场的需求，当前中职和高职院校普遍存在着普通机床多，数控机床少的现状，如何解决现实问题，高职院校如果加大对数控机床的投入，每台数控机床均在几十万元左右(生产用机床)，由于资金问题难度较大，很难达到单人单机的实训效果，在数控实训教学过程中，往往形成多人一机的现象。在有效的实训时间内，就缩短了每个学生的动手能力训练的时间，这样就降低了实训效果和动手能力训练，难以提高和保障教学实训质量的顺利完成，同时也违反了单人单机的安全操作规定。最根本问题是解决数控机床不足的问题，提高数控实训教学质量，增加学生技能训练，同时也就解决了学生毕业后就业难的根本问题。
如果加大数控机床的投入，资金问题投入较大，又存在难以解决的问题。将普通车床改为数控机床，既能做为普通机床的金工实训教学，又能做为数控机床进行金工实训教学是非常有必要的。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种学生实训设备。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种学生实训设备，包括机械传动部件、手动操作部件、数控传动部件、电气控制柜、机身、刀架组件、X向传动机构和Z向传动机构；
所述机械传动部件包括主轴箱、进给箱、设置在所述主轴箱中的传动部件、设置在所述进给箱中的传动部件及设置在所述进给箱上的转换手柄，所述主轴箱和所述进给箱设置在所述机身一端，所述手动操作部件包括大拖板手柄和中托板手柄，所述数控传动部件包括Z轴伺服电机、X轴伺服电机和数控系统，所述数控系统安装在所述电气控制柜顶部；
所述Z向传动机构包括溜板箱、大拖板、大拖板丝杠、大拖板丝杠支撑板、轴接头和第一联轴器，所述溜板箱设置在所述机身侧面，所述大拖板设置在所述机身上并与所述机身滑动连接，所述大拖板一端与所述溜板箱固定连接，所述大拖板丝杠支撑板通过螺钉与所述机身固定连接，所述Z轴伺服电机的机壳与所述大拖板丝杠支撑板通过螺钉螺接，所述Z轴伺服电机的输出轴穿过所述大拖板丝杠支撑板，所述Z轴伺服电机的输出轴与所述轴接头健连接，所述轴接头通过所述第一联轴器与所述大拖板丝杠一端轴向连接，所述大拖板丝杠另一端穿过所述溜板箱并与所述主轴箱内的传动部件连接，所述大拖板丝杠利用所述溜板箱内的开合螺母手柄机构实现动力的传递，所述大拖板手柄设在所述溜板箱上并与所述溜板箱中的传动结构连接来手动控制所述溜板箱的Z向运动；
所述X向传动机构包括中拖板、中拖板电机连接板、中拖板丝杠、中拖板丝杠螺母和第二联轴器，所述中拖板设置在所述大拖板上并与所述大拖板滑动连接，所述中拖板电机连接板通过螺钉与所述大拖板另一端固定连接，所述X轴伺服电机的机壳通过螺钉与所述中拖板电机连接板固定连接，所述第二联轴器穿过所述中拖板电机连接板并与所述中拖板电机连接板固定连接，所述X轴伺服电机的输出轴通过所述第二联轴器与所述中拖板丝杠一端连接，所述中托板手柄设置在所述中拖板一端，所述中拖板丝杠另一端穿过所述中拖板并与所述中托板手柄连接，所述中托板手柄用来手动控制所述中拖板沿X向运动，所述中拖板丝杠螺母套接在所述中拖板丝杠上并与所述中拖板固定连接；
所述刀架组件包括刀架控制电机、刀架调整垫板和刀架，所述刀架调整垫板固定在所述中拖板上，所述刀架通螺钉与所述刀架调整垫板固定连接，所述刀架控制电机的输出轴与所述刀架连接用来实现零件的加工；
所述电气控制柜中安装有电气控制部件，所述Z轴伺服电机、X轴伺服电机和刀架控制电机均与所述电气控制部件及所述数控系统电连接。
优选地，所述电气控制部件包括电源总开关电源总开关QF1、控制端总电路、变频器主电路和伺服系统电路；
所述控制端总电路包括控制变压器TC、接触器KM1、接触器KM2和接触器KM3，所述控制变压器TC的输入端与所述电源总开关QF1电连接，所述控制变压器TC的输出端与所述接触器KM1、接触器KM2和接触器KM3的线圈端电连接，所述变频器主电路包括变频器VFD和主轴电机M1，所述变频器VFD的输入端通过所述接触器KM1的控制端与所述电源总开关QF1电连接，所述变频器VFD的输出端通过所述接触器KM3的控制端与所述主轴电机M1的输入端电连接；所述伺服电路包括刀架控制电机M2、X轴伺服电机M3、Z轴伺服电机M4和刀架控制器CON，所述刀架控制电机M2的输入端通过所述刀架控制器CON与所述电源总开关QF1电连接，所述X轴伺服电机M3和Z轴伺服电机M4的输入端通过所述接触器KM2的控制端与所述电源总开关QF1电连接。
优选地，所述电气控制部件还包括冷却电机M5、冷却泵CP、散热风扇CF和接触器KM4，所述接触器KM4的线圈端与所述控制变压器TC的输出端电连接，所述冷却电机M5通过所述接触器KM4的控制端与所述电源总开关QF1电连接，所述冷却泵CP和所述散热风扇CF与所述控制变压器TC的输出端电连接。
优选地，所述接触器KM1的控制端与所述电源总开关QF1的连接线路上设置有断路器QF2，所述刀架控制器CON和所述接触器KM3与所述电源总开关QF1的连接线路上设置有公用的断路器QF4，所述电源总开关QF1与所述接触器KM2的连接线路上按照电流走向依次设置有伺服变压器BS-200和断路器QF3。
本发明提供的学生实训设备利用现有普通车床进行改造成为集机械和数控为一体的机床，提高了原有机床加工精度，可作为教学设备使用，也可做为生产机床来使用，对于生产科研和外协产品零件的加工都有发展潜力。该设备解决了高职院校数控机床数设备不足的矛盾，同时不影响普车教学实训的情况下，又能满足数控实训教学，一机两用，具有使用价值和推广价值，同时改造成本低，投入资金较少，适合推广使用。
附图说明
图1为本发明实施例1的学生实训设备的结构示意图；
图2为本发明实施例1的Z向传动机构的结构示意图；
图3为本发明实施例1的X向传动机构的结构示意图；
图4为本发明实施例1的学生实训设备的电气原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明的技术方案和简化描述，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发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。
实施例1
本发明提供了一种学生实训设备，本实施例主要是以现有的CDE6140A普通机床为对象，在保留该机床原有结构的基础上增加数控系统及部件，具体如图1至图3所示，包括机械传动部件、手动操作部件、数控传动部件、电气控制柜1、机身16、刀架组件、X向传动机构和Z向传动机构；
机械传动部件包括主轴箱2、进给箱24、设置在主轴箱2中的传动部件、设置在进给箱24中的传动部件及设置在进给箱24上的转换手柄23，主轴箱2和进给箱24设置在机身16一端，主轴箱2上安装有卡盘，卡盘的转轴与主轴箱2内的传动部件传动连接，手动操作部件包括大拖板手柄19和中托板手柄22。上面的部件均为原有CDE6140A普通机床的机构，具体结构这里不做过多说明。
在上述结构的基础上，还增加了数控传动部件，数控传动部件包括Z轴伺服电机3、X轴伺服电机8和数控系统18，数控系统18安装在电气控制柜1顶部，便于操作者编程和操作。本实施例中，数控系统18采用广数GSK980TB3系统。
Z向传动机构包括溜板箱15、大拖板10、大拖板丝杠4、大拖板丝杠支撑板5、轴接头6和第一联轴器7，溜板箱15设置在机身16侧面，大拖板10设置在机身16上并与机身16滑动连接，大拖板10一端与溜板箱15固定连接，大拖板丝杠支撑板5通过螺钉与机身16固定连接，Z轴伺服电机3的机壳与大拖板丝杠支撑板5通过螺钉螺接，Z轴伺服电机3的输出轴穿过大拖板丝杠支撑板5，Z轴伺服电机3的输出轴与轴接头6健连接，轴接头6通过第一联轴器7与大拖板丝杠4一端轴向连接，大拖板丝杠4另一端穿过溜板箱15并与主轴箱2内的传动部件连接，大拖板丝杠4利用溜板箱15内的开合螺母手柄机构20实现动力的传递，大拖板手柄19设在溜板箱15上并与溜板箱15中的传动结构连接来手动控制溜板箱15的Z向运动；
X向传动机构包括中拖板25、中拖板电机连接板13、中拖板丝杠17、中拖板丝杠螺母21和第二联轴器9，中拖板25设置在大拖板10上并与大拖板10滑动连接，中拖板电机连接板13通过螺钉与大拖板10另一端固定连接，X轴伺服电机8的机壳通过螺钉与中拖板电机连接板13固定连接，第二联轴器9穿过中拖板电机连接板13并与中拖板电机连接板13固定连接，X轴伺服电机8的输出轴通过第二联轴器9与中拖板丝杠17一端连接，中托板手柄22设置在中拖板25一端，中拖板丝杠17另一端穿过中拖板25并与中托板手柄22连接，中托板手柄22用来手动控制中拖板25沿X向运动，中拖板丝杠螺母21套接在中拖板丝杠17上并与中拖板25固定连接；
刀架组件包括刀架控制电机11、刀架调整垫板12和刀架14，刀架调整垫板12固定在中拖板25上，刀架14通螺钉与刀架调整垫板12固定连接，刀架控制电机11的输出轴与刀架14连接用来实现零件的加工；本实施例中的刀架14可根据情况进行更换，当采用普通机床作业时，刀架14为普通机床刀架，当采用数控系统作业时，将刀架14更换为转塔刀架，这里的普通机床刀架和转塔刀架均为现有的刀架，根据实际需求选用。
电气控制柜1中安装有电气控制部件，Z轴伺服电机3、X轴伺服电机8和刀架控制电机11均与电气控制部件及数控系统18电连接。
本实施例中，电气控制部件包括电源总开关电源总开关QF1、控制端总电路、变频器主电路和伺服系统电路；在保留原有CDE6140A普通机床电气部件的基础上，还增加了一下部件，各部件连接关系下所述。
具体地，如图4所示，控制端总电路包括控制变压器TC、接触器KM1、接触器KM2和接触器KM3，控制变压器TC的输入端与电源总开关QF1电连接，控制变压器TC的输出端与接触器KM1、接触器KM2和接触器KM3的线圈端电连接，变频器主电路包括变频器VFD和主轴电机M1，变频器VFD的输入端通过接触器KM1的控制端与电源总开关QF1电连接，变频器VFD的输出端通过接触器KM3的控制端与主轴电机M1的输入端电连接；伺服电路包括刀架控制电机M2、X轴伺服电机M3、Z轴伺服电机M4和刀架控制器CON，刀架控制电机M2的输入端通过刀架控制器CON与电源总开关QF1电连接，X轴伺服电机M3和Z轴伺服电机M4的输入端通过接触器KM2的控制端与电源总开关QF1电连接。
进一步地，电气控制部件还包括冷却电机M5、冷却泵CP、散热风扇CF和接触器KM4，接触器KM4的线圈端与控制变压器TC的输出端电连接，冷却电机M5通过接触器KM4的控制端与电源总开关QF1电连接，冷却泵CP和散热风扇CF与控制变压器TC的输出端电连接。
接触器KM1的控制端与电源总开关QF1的连接线路上设置有断路器QF2，刀架控制器CON和接触器KM3与电源总开关QF1的连接线路上设置有公用的断路器QF4，电源总开关QF1与接触器KM2的连接线路上按照电流走向依次设置有伺服变压器BS-200和断路器QF3。
本实施例提供的学生实训设备是在保留原有CDE6140A普通机床结构及操作系统的基础上，增加了数控系统及其相关控制部件。普通机床操作和数控机床操作过程及其切换方式如下所述。
1.普通机床工作过程如下：普通车床的操作按照机床正常的操作和使用说明，完成机床的操作，具体为：电动机带动主轴箱2内的皮带轮转动，皮带轮将动力传递给车头变速箱，车头变速箱将一部分动力传递给主轴，主轴带动卡盘转动，卡盘带动工件作旋转运动；另一方面，车头变速箱将另一部分动力传递给挂轮箱，挂轮箱将动力传递给溜板箱15，溜板箱15将一部分动力传递给大拖板丝杠4，大拖板丝杠4带动大拖板10及其上面的部件沿Z轴运动，溜板箱15将另一部分动力传递给光杠，光带动大拖板10及其上面的部件沿X轴运动，进而实现刀架的横向和纵向直线运动。
转换手柄，断开机动动力
2.若更改为数控机床使用，先需完成以下操作：
1)将机床自带的普通刀架更换为数控转塔刀架；
2)将普通车床进给箱24上的转换手柄23调整到空挡，使主轴箱2传递来的动力断开；数控加工过程Z轴的动力由Z轴伺服电机3提供；
3)闭合溜板箱15上开合螺母手柄机构20；
4)断开普通车床的控制电源，使用电气控制柜1控制；
5)启动数控电源；
6)设定程序开始加工工件。
具体工作时，Z轴伺服电机3带动大拖板丝杠4旋转，大拖板丝杠4通过溜板箱15里的传动部件将转动转化为大拖板10的纵向移动，大拖板10带动中拖板25及其上边的刀架14做纵向移动。X轴伺服电机8带动中拖板丝杠17旋转，中拖板丝杠17通过中拖板25里的传动部件将转动转化为中拖板25的横向移动，中拖板25带动刀架14做横向移动。刀架控制电机11带动刀架14转动，可实现换刀。刀架14带动其上的刀具实现刀具的Z轴方向进给或X轴方向进给，也可X及Z联动，实现斜向进给。
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种学生实训设备，其特征在于，包括机械传动部件、手动操作部件、数控传动部件、电气控制柜(1)、机身(16)、刀架组件、X向传动机构和Z向传动机构；
所述机械传动部件包括主轴箱(2)、进给箱(24)、设置在所述主轴箱(2)中的传动部件、设置在所述进给箱(24)中的传动部件及设置在所述进给箱(24)上的转换手柄(23),所述主轴箱(2)和所述进给箱(24)设置在所述机身(16)一端，所述手动操作部件包括大拖板手柄(19)和中托板手柄(22),所述数控传动部件包括Z轴伺服电机(3)、X轴伺服电机(8)和数控系统(18),所述数控系统(18)安装在所述电气控制柜(1)顶部；
所述Z向传动机构包括溜板箱(15)、大拖板(10)、大拖板丝杠(4)、大拖板丝杠支撑板(5)、轴接头(6)和第一联轴器(7),所述溜板箱(15)设置在所述机身(16)侧面，所述大拖板(10)设置在所述机身(16)上并与所述机身(16)滑动连接，所述大拖板(10)一端与所述溜板箱(15)固定连接，所述大拖板丝杠支撑板(5)通过螺钉与所述机身(16)固定连接，所述Z轴伺服电机(3)的机壳与所述大拖板丝杠支撑板(5)通过螺钉螺接，所述Z轴伺服电机(3)的输出轴穿过所述大拖板丝杠支撑板(5),所述Z轴伺服电机(3)的输出轴与所述轴接头(6)健连接，所述轴接头(6)通过所述第一联轴器(7)与所述大拖板丝杠(4)一端轴向连接，所述大拖板丝杠(4)另一端穿过所述溜板箱(15)并与所述主轴箱(2)内的传动部件连接，所述大拖板丝杠(4)利用所述溜板箱(15)内的开合螺母手柄机构(20)实现动力的传递，所述大拖板手柄(19)设在所述溜板箱(15)上并与所述溜板箱(15)中的传动结构连接来手动控制所述溜板箱(15)的Z向运动；
所述X向传动机构包括中拖板(25)、中拖板电机连接板(13)、中拖板丝杠(17)、中拖板丝杠螺母(21)和第二联轴器(9),所述中拖板(25)设置在所述大拖板(10)上并与所述大拖板(10)滑动连接，所述中拖板电机连接板(13)通过螺钉与所述大拖板(10)另一端固定连接，所述X轴伺服电机(8)的机壳通过螺钉与所述中拖板电机连接板(13)固定连接，所述第二联轴器(9)穿过所述中拖板电机连接板(13)并与所述中拖板电机连接板(13)固定连接，所述X轴伺服电机(8)的输出轴通过所述第二联轴器(9)与所述中拖板丝杠(17)一端连接，所述中托板手柄(22)设置在所述中拖板(25)一端，所述中拖板丝杠(17)另一端穿过所述中拖板(25)并与所述中托板手柄(22)连接，所述中托板手柄(22)用来手动控制所述中拖板(25)沿X向运动，所述中拖板丝杠螺母(21)套接在所述中拖板丝杠(17)上并与所述中拖板(25)固定连接；
所述刀架组件包括刀架控制电机(11)、刀架调整垫板(12)和刀架(14),所述刀架调整垫板(12)固定在所述中拖板(25)上，所述刀架(14)通螺钉与所述刀架调整垫板(12)固定连接，所述刀架控制电机(11)的输出轴与所述刀架(14)连接并带动刀架（14）转动，可实现换刀；
所述电气控制柜(1)中安装有电气控制部件，所述Z轴伺服电机(3)、X轴伺服电机(8)和刀架控制电机(11)均与所述电气控制部件及所述数控系统(18)电连接；
所述电气控制部件包括电源总开关QF1、控制端总电路、变频器主电路和伺服系统电路；
所述控制端总电路包括控制变压器TC、接触器KM1、接触器KM2和接触器KM3,所述控制变压器TC的输入端与所述电源总开关QF1电连接，所述控制变压器TC的输出端与所述接触器KM1、接触器KM2和接触器KM3的线圈端电连接，所述变频器主电路包括变频器VFD和主轴电机M1,所述变频器VFD的输入端通过所述接触器KM1的控制端与所述电源总开关QF1电连接，所述变频器VFD的输出端通过所述接触器KM3的控制端与所述主轴电机M1的输入端电连接；伺服电路包括刀架控制电机M2、X轴伺服电机(8)、Z轴伺服电机(3)和刀架控制器CON,所述刀架控制电机M2的输入端通过所述刀架控制器CON与所述电源总开关QF1电连接，所述X轴伺服电机（8）和Z轴伺服电机（3）的输入端通过所述接触器KM2的控制端与所述电源总开关QF1电连接；
具体工作时，所述Z轴伺服电机（3）带动所述大拖板丝杠（4）旋转，所述大拖板丝杠（4）通过所述溜板箱（15）里的传动部件将转动转化为所述大拖板（10）的纵向移动，所述大拖板（10）带动所述中拖板（25）及其上边的所述刀架（14）做纵向移动；所述X轴伺服电机（8）带动所述中拖板丝杠（17）旋转，所述中拖板丝杠（17）通过所述中拖板（25）里的传动部件将转动转化为所述中拖板（25）的横向移动，所述中拖板（25）带动所述刀架（14）做横向移动；所述刀架控制电机（11）带动刀架（14）转动，可实现换刀；所述刀架（14）带动其上的刀具实现刀具的Z轴方向进给、X轴方向进给或X及Z联动实现斜向进给。
2.根据权利要求1所述的学生实训设备，其特征在于，所述电气控制部件还包括冷却电机M5、冷却泵CP、散热风扇CF和接触器KM4,所述接触器KM4的线圈端与所述控制变压器TC的输出端电连接，所述冷却电机M5通过所述接触器KM4的控制端与所述电源总开关QF1电连接，所述冷却泵CP和所述散热风扇CF与所述控制变压器TC的输出端电连接。
3.根据权利要求2所述的学生实训设备，其特征在于，所述接触器KM1的控制端与所述电源总开关QF1的连接线路上设置有断路器QF2,所述刀架控制器CON和所述接触器KM3与所述电源总开关QF1的连接线路上设置有公用的断路器QF4,所述电源总开关QF1与所述接触器KM2的连接线路上按照电流走向依次设置有伺服变压器BS-200和断路器QF3。
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