CN107424505A - 一种用于演示榔头全自动淬火的教学设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于演示榔头全自动淬火的教学设备，涉及热处理教学设备领域，针对现在高校钳工实现时需要使用钳子夹住榔头在感应淬火设备上进行加热，效率低下，且整个过程伴随着高温，存在安全隐患以及实习内容是传统的简单常规操作，与现代制造技术相差甚远，学生在学习过现代制造课程后明显表现出对钳工学习兴趣不高，甚至出现抵触情绪的问题，通过能在支架上实现三维运动的X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构配合抓取机构，实现对榔头的抓取、加热、冷却等处理及演示，解决了传统工艺中需要人工夹取进行加热、冷却等操作从而提高了工作效率和人员安全保障，并丰富了高校学生在钳工学习过程的知识面，本发明具有广泛的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及热处理教学设备领域，特别涉及一种用于演示榔头全自动淬火的教学设备。
背景技术
随着中国经济的高速发展以及制造业的不断更新升级，高校的教学内容逐渐与社会实际应用知识脱节，这引起了社会的广泛关注，国家也积极采取了应对措施，如在高校内设立工程训练中心，引进先进的生产设备让学生进行学习，提升学生的知识面，但由于工厂中生产用的设备通常比较庞大，而且都是封闭结构，不便于学生参观学习。
钳工是工程训练中需要采用手工操作的工种，国内大多数高校钳工的主要任务是指导学生完成“榔头”的加工；“榔头”是用于敲击的手动工具，敲击部位硬度要求高，需要淬火处理，大部分高校在制作“榔头”后即成为废铁回收，浪费较大，仅有少数高校将钳工加工完成的“榔头”进行了拓展，把钳工和热加工进行了结合；他们采取的方式是“榔头”加工完成后，教师使用钳子夹住榔头在感应淬火设备上进行加热，给学生示范“榔头”的淬火过程；该方式对于提高学生对热加工方面的认识具有极好的作用，但是该方式效率低下，且整个过程伴随着高温，教师用钳子夹住“榔头”进行加热演示存有安全隐患。
如上所述，由于工厂中生产用的设备不便于引进参观，尤其是淬火方面的装置，因为存在高温以及跌落等危险，更不宜引入进行参观学习，目前市面上也还没有针对教学演示并能加工成产品的淬火装置。
发明内容
本发明提供一种用于演示榔头全自动淬火的教学设备，用以解决现在还没有一款适合高校用的既能充分展示淬火过程，又能生产出产品的设备，以及目前高校钳工实现时需要使用钳子夹住榔头在感应淬火设备上进行加热，效率低下，且整个过程伴随着高温，存在安全隐患以及实习内容是传统的简单常规操作，与现代制造技术相差甚远，学生在学习过现代制造课程后明显表现出对钳工学习兴趣不高，甚至出现抵触情绪的问题。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：
一种用于演示榔头全自动淬火的教学设备，包括支架、加热器和冷却槽，所述支架上设置有X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构、抓取机构以及料仓；
所述支架包括主支架和辅助支架，主支架为龙门结构，辅助支架为“L”形结构，辅助支架穿设在主支架龙门结构下方；
所述X轴运动机构固定在主支架横梁上，Y轴运动机构固定在X轴运动机构上，Z轴运动机构固定在Y轴运动机构上。
优选地，所述X轴运动机构包括减速电机一、支撑块一、联轴器一、锁紧螺钉一、导轨滑块一、导轨滑块二、齿轮一、齿条一、锁紧螺钉二、限位传感器一、限位传感器二、行程开关一和行程开关二；
减速电机一安装于支撑块一上部，减速电机一的输出轴与联轴器一一端连接、联轴器一另一端与齿轮一连接，齿条一安装于主支架上，齿轮一与齿条一相互啮合，支撑块一和主支架采用导轨滑块一和导轨滑块二进行过渡连接；
联轴器一采用一端半开口的结构；
限位传感器一和限位传感器二安装于主支架上，行程开关一和行程开关二固定在支撑块一的侧面。
优选地，所述Y轴运动机构包括速电机二、直角支撑块、联轴器二、锁紧螺钉三、齿轮二、齿条二、导轨滑块三、导轨滑块四、支撑柱一、限位传感器三、限位传感器四、行程开关三和行程开关四；
减速电机二安装于直角支撑块一侧，减速电机二的轴端与联轴器二连接、联轴器二与齿轮二连接，齿条二、导轨滑块三和导轨滑块四安装于支撑柱一上，齿轮二和齿条二相互啮合。
优选地，所述Z轴运动机构包括由支撑块二、支撑柱二、减速电机三、直角支撑块二、联轴器三、锁紧螺钉四、齿轮三、齿条三、导轨滑块五、限位传感器五、限位传感器六、行程开关五和行程开关六；
减速电机三安装于直角支撑块二上，直角支撑块二置于支撑板二上，支撑板二固定安装在主支架上，导轨滑块五两边分别与支撑板二和支撑柱二连接；
减速电机三的轴端与联轴器三连接，联轴器三与齿轮三连接，齿条三安装于支撑柱二上，齿轮三啮合；
限位传感器五和限位传感器六安装于支撑柱二上，行程开关五和行程开关六固定在支撑块二上。
优选地，所述抓取机构包括直线电机、V型滑块、滑块一、滑块二、外壳和弹簧；
外壳下端设置有滑轨；
滑块一和滑块二上端呈三角形；
直线电机安装在外壳内部，直线电机的电机轴与V型滑块相连接，滑块一和滑块二与滑轨活动连接，滑块一和滑块二分别与弹簧的左右端相连，滑块一和滑块二上端与V型滑块接触。
优选地，所述加热器为涡流感应式加热器。
优选地，所述料仓由十字交叉的铝条搭建呈方格结构，每个方格底部安装有轻触开关。
优选地，所述加热器包括控制系统和加热装置，控制系统输出端与加热装置连接。
优选地，所示冷却槽内装有冷却水。
优选地，所述弹簧为拉簧。
本发明通过能在支架上实现三维运动的X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构配合抓取机构，实现对榔头的抓取、加热、冷却等处理及演示，解决了传统工艺中需要人工夹取进行加热、冷却等操作，本发明的有益效果包括：
1、提高了工作效率和人员安全保障，并丰富了高校学生在钳工学习过程的知识面；
2、实现钳工实习和热处理的对接，减少资源浪费，并将现有人工对“榔头”热处理演示的安全隐患降为零；
3、将自动化、智能化的理念和形式引入工程训练教学，让“第一课堂”紧跟现代制造发展的方向，提高学生的学习积极性；
4、整个演示过程可以进行自动调整，最快可在一分钟之内演示完成，因此可方便的融入现有教学；
5、填补了高校没有合适的用于自动淬火演示设备的空白。
附图说明
图1是本发明提供的总体结构示意图；
图2是本发明提供的支架结构示意图；
图3是本发明提供的X轴运动机构第一轴测图；
图4是本发明提供的X轴运动机构第二轴测图；
图5是本发明提供的X轴运动机构局部剖视图；
图6是本发明提供的X轴运动机构联轴器结构示意图；
图7是本发明提供的Y轴运动机构第一轴测图；
图8是本发明提供的Y轴运动机构局部剖视图；
图9是本发明提供的Y轴运动机构第二轴测图；
图10是本发明提供的Z轴运动机构第一轴测图；
图11是本发明提供的Z轴运动机构第二轴测图；
图12是本发明提供的Z轴运动机构局部剖视图；
图13是本发明提供的抓取机构第一轴测图；
图14是本发明提供的抓取机构第二轴测图；
图15是本发明提供的料仓总体结构示意图；
图中，各个标号分别代表：
1：支架；1-1：主支架；1-2：辅助支架；
2：X轴运动机构；2-1：减速电机一；2-2：支撑块一；2-3：联轴器一；2-4：锁紧螺钉一；2-5：导轨滑块一；2-6：导轨滑块二；2-7：齿轮一；2-8：齿条一；2-9：锁紧螺钉二；2-10：限位传感器一；2-11：限位传感器二；2-12：行程开关一；2-13：行程开关二；
3：Y轴运动机构；3-1：减速电机二；3-2：直角支撑块；3-3：联轴器二；3-4：锁紧螺钉三；3-5：齿轮二；3-6：齿条二；3-7：导轨滑块三；3-8：导轨滑块四；3-9：支撑柱一；3-10：限位传感器三；3-11：限位传感器四；3-12：行程开关三；3-13：行程开关四；
4：Z轴运动机构；4-1：支撑块二；4-2：支撑柱二；4-3：减速电机三；4-4：直角支撑块二；4-5：联轴器三；4-6：锁紧螺钉四；4-7：齿轮三；4-8：齿条三；4-9：导轨滑块五；4-10：限位传感器五；4-11：限位传感器六；4-12：行程开关五；4-13：行程开关六；
5：抓取机构；5-1：直线电机；5-2：V型滑块；5-3：滑块一；5-4：滑块二；5-5：外壳；5-6：弹簧；
6：料仓；6-1：轻触开关；
7：加热器；
8：冷却槽。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的图1~15，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1~15所示，一种用于演示榔头全自动淬火的教学设备，由支架1、X轴运动机构2、Y轴运动机构3、Z轴运动机构4、抓取机构5、料仓6、加热器7和冷却槽8组成。支架由铝型材搭建而成，由主支架1-1和辅助支架1-2连接而成，主支架1-1为龙门结构，辅助支架1-2为“L”形结构，辅助支架1-2穿设在主支架1-1龙门结构下方。X轴运动机构2、Y轴运动机构3、Z轴运动机构4、抓取机构5、料仓6、加热器7和冷却槽8皆安装于支架上。
X轴运动机构2由减速电机一2-1、支撑块一2-2、联轴器一2-3、锁紧螺钉一2-4、导轨滑块一2-5、导轨滑块二2-6、齿轮一2-7、齿条一2-8、锁紧螺钉二2-9、限位传感器一2-10、限位传感器二2-11、行程开关一2-12和行程开关二2-13组成，减速电机一2-1安装于支撑块一2-2上部，减速电机一2-1的轴端与联轴器一2-3连接、联轴器一2-3与齿轮一2-7连接，齿条一2-8安装于主支架1-1上，支撑块一2-2和主支架之间采用导轨滑块一2-5和导轨滑块二2-6进行过渡，为提高连接可靠性并消除联轴器一2-3与电机轴连接的间隙，联轴器一2-3采用一端半开口的结构，其半开口内部与电机轴采用键连接，外部利用锁紧螺钉一2-4进行锁紧以消除键连接的间隙，同时利用锁紧螺钉二2-9对齿轮一2-7和联轴器一2-3进行轴向锁紧；限位传感器一2-10和限位传感器二2-11安装于主支架上，行程开关一2-12和行程开关二2-13固定在支撑块一2-2的侧面，行程开关一2-12和行程开关二2-13的作用是对X轴运动机构2进行限位。
Y轴运动机构由减速电机二3-1、直角支撑块3-2、联轴器二3-3、锁紧螺钉三3-4、齿轮二3-5、齿条二3-6、导轨滑块三3-7、导轨滑块四3-8、支撑柱一3-9、限位传感器三3-10、限位传感器四3-11、行程开关三3-12和行程开关四3-13组成，减速电机二3-1安装于直角支撑块3-3上，直角支撑块3-3置于支撑块一2-2上，减速电机二3-1的轴端与联轴器二3-3连接、联轴器二3-3与齿轮二3-5连接，齿条二3-6、导轨滑块三3-7和导轨滑块四3-8安装于支撑柱一3-9上，齿轮二3-5和齿条二3-6啮合，Y轴运动机构采用联轴器结构与X轴运动机构2的联轴器一2-3相同，利用锁紧螺钉三3-4对齿轮二3-5和联轴器二3-3进行轴向锁紧；限位传感器三3-10和限位传感器四3-11安装于支撑柱一3-9上，行程开关三3-12和行程开关四3-13固定在支撑块一2-2上，行程开关三3-12和行程开关二3-13的作用是对Y轴运动机构3进行限位。 Y轴运动机构用于实现设备Y方向运动。
Z轴运动机构由支撑块二4-1、支撑柱二4-2、减速电机三4-3、直角支撑块二4-4、联轴器三4-5、锁紧螺钉四4-6、齿轮三4-7、齿条三4-8、导轨滑块五4-9、限位传感器五4-10、限位传感器六4-11、行程开关五4-12和行程开关六4-13组成；减速电机三4-3安装于直角支撑块二4-4上，直角支撑块二4-4置于支撑板二4-1上，支撑板二4-1固定安装在主支架上，导轨滑块五4-9两边分别与支撑板二4-1和支撑柱二4-2连接；减速电机三4-3的轴端与联轴器三4-5连接、联轴器三4-5与齿轮三4-7连接，齿条三4-8安装于支撑柱二4-2上，齿轮三4-7和齿条三4-8啮合，Z轴运动机构采用联轴器三4-5结构与X轴运动机构的联轴器一2-3相同，利用锁紧螺钉四3-4对齿轮三4-7和联轴器三4-5进行轴向锁紧；限位传感器五4-10和限位传感器六4-11安装于支撑柱二4-2上，行程开关五412和行程开关六4-13固定在支撑块二4-1上，行程开关五4-12和行程开关六4-13的作用是对Z轴运动机构4进行限位Z轴运动机构用于实现设备Z方向运动。
抓取机构固定安装于支撑柱二4-2下端，由直线电机5-1、V型滑块5-2、滑块一5-3、滑块二5-4、外壳5-5和弹簧5-6组成，外壳下端为一滑轨5-7，滑块一5-3和滑块二5-4上端呈三角形；直线电机5-1安装于外壳5-1内部，直线电机5-1的电机轴与V型滑块5-2相连，滑块一5-3和滑块二5-4与滑轨5-7配合，滑块一5-3和滑块二5-4分别与弹簧的左右端相连，弹簧为拉簧，滑块一5-3和滑块二5-4上端与V型滑块5-2接触；当直线电机5-1转动时，带动V型滑块5-2向下运动，在V型滑块5-2的作用下，使滑块一5-3和滑块二5-4受到同向运动的作用力，滑块一5-3和滑块二5-4相互靠近；同理，当直线电机5-1反转时，滑块一5-3和滑块二5-4朝相反方向运动；抓取机构5用于抓取和安放榔头。
料仓部分安装于辅助支架上，由十字交叉的铝条搭建呈方格形式，为防止榔头掉落，铝条下方采用铝板进行支撑，每个方格底部安装有轻触开关6-1，当每个格子里放入榔头后，轻触开关6-1被压下，将信号发送至控制系统，该格子安放有榔头，达到榔头热处理过程中装置不会空走的目的；料仓部分用于规整的存储榔头。
感应加热器和冷却水槽安装于辅助支架上，感应加热器用于对榔头进行快速加热；冷却水槽用于存放淬火液，实现对榔头的冷却，以达到榔头淬火的目的。
工作时，安装在支架上的X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构配合抓取机构，先移动到料仓6抓取榔头，再移动到加热器7进行加热，接着将加热后的榔头移动到冷却槽8进行冷却，然后再将榔头送回料仓，如此循环反复实现对榔头的抓取、搬运、加热、冷却等处理及演示过程。
Claims (10)
1.一种用于演示榔头全自动淬火的教学设备，包括支架（1）、加热器（7）和冷却槽（8），其特征在于：
所述支架（1）上设置有X轴运动机构（2）、Y轴运动机构（3）、Z轴运动机构（4）、抓取机构（5）以及料仓（6）；
所述支架（1）包括主支架（1-1）和辅助支架（1-2），主支架（1-1）为龙门结构，辅助支架（1-2）为“L”形结构，辅助支架（1-2）穿设在主支架（1-1）龙门结构下方；
所述X轴运动机构（2）固定在主支架（1-1）横梁上，Y轴运动机构（3）固定在X轴运动机构（2）上，Z轴运动机构（4）固定在Y轴运动机构（3）上。
2.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于：
所述X轴运动机构（2）包括减速电机一（2-1）、支撑块一（2-2）、联轴器一（2-3）、锁紧螺钉一（2-4）、导轨滑块一（2-5）、导轨滑块二（2-6）、齿轮一（2-7）、齿条一（2-8）、锁紧螺钉二（2-9）、限位传感器一（2-10）、限位传感器二（2-11）、行程开关一（2-12）和行程开关二（2-13）；
减速电机一（2-1）安装于支撑块一（2-2）上部，减速电机一（2-1）的输出轴与联轴器一（2-3）一端连接、联轴器一（2-3）另一端与齿轮一（2-7）连接，齿条一（2-8）安装于主支架（1-1）上，齿轮一（2-7）与齿条一（2-8）相互啮合，支撑块一（2-2）和主支架（1-1）采用导轨滑块一（2-5）和导轨滑块二（2-6）进行过渡连接；
联轴器一（2-3）采用一端半开口的结构；
限位传感器一（2-10）和限位传感器二（2-11）安装于主支架（1-1）上，行程开关一（2-12）和行程开关二（2-13）固定在支撑块一（2-2）的侧面。
3.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于：
所述Y轴运动机构包括减速电机二（3-1）、直角支撑块（3-2）、联轴器二（3-3）、锁紧螺钉三（3-4）、齿轮二（3-5）、齿条二（3-6）、导轨滑块三（3-7）、导轨滑块四（3-8）、支撑柱一（3-9）、限位传感器三（3-10）、限位传感器四（3-11）、行程开关三（3-12）和行程开关四（3-13）；
减速电机二（3-1）安装于直角支撑块一侧，减速电机二（3-1）的轴端与联轴器二（3-3）连接、联轴器二（3-3）与齿轮二（3-5）连接，齿条二（3-6）、导轨滑块三（3-7）和导轨滑块四（3-8）安装于支撑柱一（3-9）上，齿轮二（3-5）和齿条二（3-6）相互啮合。
4.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于：
所述Z轴运动机构包括由支撑块二（4-1）、支撑柱二（4-2）、减速电机三（4-3）、直角支撑块二（4-4）、联轴器三（4-5）、锁紧螺钉四（4-6）、齿轮三（4-7）、齿条三（4-8）、导轨滑块五（4-9）、限位传感器五（4-10）、限位传感器六（4-11）、行程开关五（4-12）和行程开关六（4-13）；
减速电机三（4-3）安装于直角支撑块二（4-4）上，直角支撑块二（4-4）置于支撑板二（4-1）上，支撑板二（4-1）固定安装在主支架上，导轨滑块五（4-9）两边分别与支撑板二（4-1）和支撑柱二（4-2）连接；
减速电机三（4-3）的轴端与联轴器三（4-5）连接，联轴器三（4-5）与齿轮三（4-7）连接，齿条三（4-8）安装于支撑柱二（4-2）上，齿轮三（4-7和齿条三（4-8）啮合；
限位传感器五（4-10）和限位传感器六（4-11）安装于支撑柱二（4-2）上，行程开关五（4-12）和行程开关六（4-13）固定在支撑块二（4-1）上。
5.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于：
所述抓取机构包括直线电机（5-1）、V型滑块（5-2）、滑块一（5-3）、滑块二（5-4）、外壳（5-5）和弹簧（5-6）；
外壳（5-5）下端设置有滑轨（5-7）；
滑块一（5-3）和滑块二（5-4）上端呈三角形；
直线电机（5-1）安装在外壳（5-5）内部，直线电机（5-1）的电机轴与V型滑块（5-2）相连接，滑块一（5-3）和滑块二（5-4）与滑轨（5-7）活动连接，滑块一（5-3）和滑块二（5-4）分别与弹簧（5-6）的左右端相连，滑块一（5-3）和滑块二（5-4）上端与V型滑块（5-2）接触。
6.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于：
所述加热器（7）为涡流感应式加热器。
7.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于：
所述料仓（6）由十字交叉的铝条搭建呈方格结构，每个方格底部安装有轻触开关（6-1）。
8.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于：
所述加热器（7）包括控制系统和加热装置，控制系统输出端与加热装置连接。
9.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于：
所示冷却槽（8）内装有冷却水。
10.根据权利要求1所述的教学设备，其特征在于：
所述弹簧（5-6）为拉簧。
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