CN204390596U - 基于课堂展示的数控机床教学仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于课堂展示的数控机床教学仪，它由支架式教学白板改造而成，白板笔能自动根据G代码在白板上画出数控图形，白板笔通过电磁笔架组件中的电磁铁和杠杆机构抬起和压下动作完成Z轴方向的运动，其X、Y方向上的运动是通过两个步进电机带动水平方向和垂直方向导轨传动机构来完成，白板笔三个方向上的运动都由数控系统控制。本实用新型可用于数控专业相关课程的现场教学，能使学生直观地理解数控代码与实体加工之间的关联，激发学生的学习兴趣，提高教师的教学效果。

Description

基于课堂展示的数控机床教学仪

技术领域

本实用新型涉及一种辅助教学设备，尤其是一种基于课堂展示的数控机床教学仪。

背景技术

数控机床课程是机械专业的一门实践性很强的专业课。由于数控机床体积庞大难以引进到课堂，在传统的数控机床课程课堂教学过程中，教师一般借助多媒体手段展示数控编程的方式，用软件仿真模拟数控加工轨迹以及加工过程，缺乏实物演示过程，造成理论教学和实践操作脱节，使得学生对数控机床的工作原理和工作过程接受存在一定的困难，进而难以保证课堂质量。

因此，为了让学生能够进一步的理解掌握数控机床工作原理和工作过程，需要开发设计新的数控机床教学辅助设备，除了软件的虚拟仿真之外同时还有实物仿真，基于课堂展示的数控机床教学仪是由支架式教学白板改造而成，能够让学生直观地看到从CAD编程绘图到CAM数控加工的全过程，从而提高教学质量，激发学生的兴趣，此教学仪使用简单、移动方便，可以在高校数控教学中得到广泛的应用。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于课堂展示的数控机床教学仪，它由支架式教学白板改造而成，白板笔能自动根据G代码在白板上画出数控图形，白板笔通过电磁笔架组件中的电磁铁和杠杆机构抬起和压下动作完成Z轴方向的运动，其X、Y方向上的运动是通过两个步进电机带动水平方向和垂直方向导轨传动机构来完成，白板笔三个方向上的运动都由数控系统控制。本实用新型可用于数控专业相关课程的现场教学，能使学生直观地理解数控代码与实体加工之间的关联，激发学生的学习兴趣，提高教师的教学效果。

基于课堂展示的数控机床教学仪，它包括绘图白板、水平导轨、垂直支架、水平行走系统、垂直行走系统、电磁笔系统和电控部分，两根水平导轨水平固定安装在绘图白板平面的上、下顶端，两根垂直支架竖直固定安装在绘图白板平面的左、右两端，水平导轨和垂直支架构成教学仪的基本框架，水平行走系统为教学仪提供水平方向的运行，垂直行走系统设置在水平行走系统上，垂直行走系统为教学仪提供垂直方向的运行，电磁笔系统通过滑动连接设置在垂直行走系统上。

上述的水平行走系统包括步进电机、电机支架、右同步带轮、同步带、左同步带轮支架和左同步带轮，电机支架固定安装在右垂直支架上，步进电机固定安装在电机支架上，步进电机的输出轴上安装有右同步带轮，左同步带轮支架固定安装在左垂直支架上，左同步带轮支架输出轴上安装有左同步带轮，右同步带轮和左同步带轮之间通过同步带啮合链接。

上述的垂直行走系统包括下滑动支座、下同步带轮、步进电机、电机支架、同步带、竖直导轨、上滑动支座、上滑动支座框架和上同步带轮，下滑动支座通过滑动连接设置水平导轨上，上滑动支座通过滑动连接设置在水平导轨上，电机支架固定在下滑动支座上，步进电机安装在电机支架上，步进电机的输出轴上安装有下同步带轮，上滑动支座框架固定安装在上滑动支座上，上同步带轮固定安装在上滑动支座框架上，下同步带轮和上同步带轮通过同步带相啮合传动连接，竖直导轨的两端分别通过螺纹固定连接在电机支架和上滑动支座框架之间。

上述的电磁笔系统包括纵向滑块、电磁铁、杠杆机构和夹紧机构，白板笔通过螺栓固定安装在夹紧机构上，夹紧机构设置在杠杆机构的一端，杠杆机构通过销钉连接在纵向滑块上，电磁铁固定连接在纵向滑块上。

上述的水平导轨包括下水平导轨和上水平导轨。

上述的垂直支架包括左支架和右支架。

上述的数控系统硬件部分包括上位计算机、USB运动控制卡、继电器、两个步进电机驱动器、继电器和两个触动开关，继电器来控制电磁铁的通电状态，步进电机驱动器用于驱动步进电机的旋转，两个触动开关分别用于确定数控机床教学仪在X轴和Y轴方向上的原点位置，USB运动控制卡接受上位机G代码指令，并控制其他电控设备的工作。

上述的数控系统软件部分包括MACH3数控软件，文泰雕刻软件组成，在上位计算机的MACH3数控编程环境中，编写G代码，并下达命令给USB运动控制卡，同时它还可以监视和手动调整数控机床教学仪的工作状态，文泰雕刻软件可以把矢量图形直接生成数控G代码，导入控制MACH3软件，以实现从CAD到CAM的全过程演示。

上述的数控系统中的USB运动控制卡、继电器、两个步进电机驱动器均固定于白板两侧的垂直支架，两个触动开关分别安装在水平行走系统和垂直行走系统端部位置。

本实用新型有如下有益效果：

本实用新型采用上述设计，白板笔能自动根据G代码在白板上画出数控图形，白板笔通过电磁笔架组件中的电磁铁和杠杆机构抬起和压下动作完成Z轴方向的运动，其X、Y方向上的运动是通过两个步进电机带动水平方向和垂直方向导轨传动机构来完成，白板笔三个方向上的运动都由数控系统控制，可用于数控专业相关课程的现场教学，能使学生直观地理解数控代码与实体加工之间的关联，激发学生的学习兴趣，提高教师的教学效果。

所述的水平行走系统包括步进电机、电机支架、右同步带轮、同步带、左同步带轮支架和左同步带轮，电机支架固定安装在右垂直支架上，步进电机固定安装在电机支架上，步进电机的输出轴上安装有右同步带轮，左同步带轮支架固定安装在左垂直支架上，左同步带轮支架输出轴上安装有左同步带轮，右同步带轮和左同步带轮之间通过同步带啮合链接，通过水平行走系统能够实现电磁笔系统在水平方向的位移。

所述的垂直行走系统包括下滑动支座、下同步带轮、步进电机、电机支架、同步带、竖直导轨、上滑动支座、上滑动支座框架和上同步带轮，下滑动支座通过滑动连接设置水平导轨上，上滑动支座通过滑动连接设置在水平导轨上，电机支架固定在下滑动支座上，步进电机安装在电机支架上，步进电机的输出轴上安装有下同步带轮，上滑动支座框架固定安装在上滑动支座上，上同步带轮固定安装在上滑动支座框架上，下同步带轮和上同步带轮通过同步带相啮合传动连接，竖直导轨的两端分别通过螺纹固定连接在电机支架和上滑动支座框架之间，通过垂直行走系统能够实现电磁笔系统在垂直方向的位移。

所述的水平行走系统和垂直行走系统共同作用能够实现电磁笔系统在整个白板平面上的移动。

所述的电磁笔系统包括纵向滑块、电磁铁、杠杆机构和夹紧机构，白板笔通过螺栓固定安装在夹紧机构上，夹紧机构设置在杠杆机构的一端，杠杆机构通过销钉连接在纵向滑块上，电磁铁固定连接在纵向滑块上，通过电磁笔系统可以实现在白板上绘制G代码所表示的加工内容。

所述的水平导轨包括下水平导轨和上水平导轨，从而实现水平行走系统能够在水平方向的移动。

所述的垂直支架包括左支架和右支架。

所述的数控系统硬件部分包括上位计算机、USB运动控制卡、继电器、两个步进电机驱动器、继电器和两个触动开关，继电器来控制电磁铁的通电状态，步进电机驱动器用于驱动步进电机的旋转，两个触动开关分别用于确定数控机床教学仪在X轴和Y轴方向上的原点位置，USB运动控制卡接受上位机G代码指令，并控制其他电控设备的工作。

所述的数控系统软件部分包括MACH3数控软件，文泰雕刻软件组成，在上位计算机的MACH3数控编程环境中，编写G代码，并下达命令给USB运动控制卡，同时它还可以监视和手动调整数控机床教学仪的工作状态，文泰雕刻软件可以把矢量图形直接生成数控G代码，导入控制MACH3软件，以实现从CAD到CAM的全过程演示。

所述的数控系统中的USB运动控制卡、继电器、两个步进电机驱动器均固定于白板两侧的垂直支架，两个触动开关分别安装在水平行走系统和垂直行走系统端部位置。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的水平行走系统结构示意图。

图3为本实用新型的垂直行走系统结构示意图。

图4为本实用新型的电磁笔系统结构示意图。

图5为本实用新型的水平导轨和垂直导轨结构示意图。

图中：10-包括绘图白板、20-水平导轨、30-垂直支架、40-水平行走系统、50-垂直行走系统、60-电磁笔系统、70-电控部分。

201-下水平导轨、202-上水平导轨、301-左支架、302-右支架。

401-步进电机、402-电机支架、403-右同步带轮、404-同步带、405-左同步带轮支架、406-左同步带轮。

501-下滑动支座、502-下同步带轮、503-步进电机、504-电机支架、505-同步带、506-竖直导轨、507-上滑动支座、508-上滑动支座框架、509-上同步带轮。

601-纵向滑块、602-电磁铁、603-杠杆机构、604-夹紧机构。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步的说明。

参见图1-5，图中具体的安装以及连接方式有，两根水平导轨20水平固定安装在绘图白板10平面的上、下顶端，两根垂直支架30竖直固定安装在绘图白板10平面的左、右两端，水平导轨20和垂直支架30构成教学仪的基本框架，水平行走系统40为教学仪提供水平方向的运行，垂直行走系统50设置在水平行走系统40上，垂直行走系统50为教学仪提供垂直方向的运行，电磁笔系统通过滑动连接设置在垂直行走系统50上。

图2中，电机支架402固定安装在右垂直支架302上，步进电机401固定安装在电机支架402上，步进电机401的输出轴上安装有右同步带轮403，左同步带轮支架405固定安装在左垂直支架301上，左同步带轮支架405输出轴上安装有左同步带轮406，右同步带轮403和左同步带轮406之间通过同步带404啮合链接。

图3中，下滑动支座501通过滑动连接设置水平导轨201上，上滑动支座507通过滑动连接设置在水平导轨202上，电机支架504固定在下滑动支座501上，步进电机503安装在电机支架504上，步进电机503的输出轴上安装有下同步带轮502，上滑动支座框架508固定安装在上滑动支座507上，上同步带轮509固定安装在上滑动支座框架508上，下同步带轮502和上同步带轮509通过同步带506相啮合传动连接，竖直导轨506的两端分别通过螺纹固定连接在电机支架504和上滑动支座框架508之间，通过垂直行走系统能够实现电磁笔系统在垂直方向的位移。

图4中，白板笔通过螺栓固定安装在夹紧机构604上，夹紧机构604设置在杠杆机构603的一端，杠杆机构603通过销钉连接在纵向滑块601上，电磁铁602固定连接在纵向滑块601上，通过电磁笔系统可以实现在白板上绘制G代码所表示的加工内容。

图5中，左支架301和右支架302固定安装在白板的左右两端，下水平导轨201和上水平导轨202固定安装在白板的上下两端，他们共同构成教学仪的整体框架。

本实用新型的装置具体工作原理为：

当需要进行数控机床教学演示时，首先，在计算机的MACH3数控编程环境中，编写G代码，并下达机器码命令给USB运动控制卡，USB运动控制卡对命令进行分析处理，生成电控信号输入给继电器和电机驱动器，进而控制电磁铁和两个步进电机的工作，以使白板笔按照G代码在白板上绘制出数控图形。同时在MACH3数控编程环境中还可以监视和手动调整数控机床教学仪的工作状态。文泰雕刻软件可以把设计好的矢量图形直接生成数控G代码，导入控制电脑，MACH3软件分析后通过步进电机和继电器执行代码，以实现从CAD到CAM的全过程演示。

Claims (8)

1.基于课堂展示的数控机床教学仪，其特征在于：它包括绘图白板（10）、水平导轨（20）、垂直支架（30）、水平行走系统（40）、垂直行走系统（50）、电磁笔系统（60）、电控部分（70）和数控系统，两根水平导轨（20）水平固定安装在绘图白板（10）平面的上、下顶端，两根垂直支架（30）竖直固定安装在绘图白板（10）平面的左、右两端，水平导轨（20）和垂直支架（30）构成教学仪的基本框架，水平行走系统（40）为教学仪提供水平方向的运行，垂直行走系统（50）设置在水平行走系统（40）上，垂直行走系统（50）为教学仪提供垂直方向的运行，电磁笔系统通过滑动连接设置在垂直行走系统（50）上。

2.根据权利要求1所述的基于课堂展示的数控机床教学仪，其特征在于：所述的水平行走系统（40）包括步进电机（401）、电机支架（402）、右同步带轮（403）、同步带（404）、左同步带轮支架（405）和左同步带轮（406），电机支架（402）固定安装在右垂直支架（302）上，步进电机（401）固定安装在电机支架（402）上，步进电机（401）的输出轴上安装有右同步带轮（403），左同步带轮支架（405）固定安装在左垂直支架（301）上，左同步带轮支架（405）输出轴上安装有左同步带轮（406），右同步带轮（403）和左同步带轮（406）之间通过同步带（404）啮合链接。

3.根据权利要求1所述的基于课堂展示的数控机床教学仪，其特征在于：所述的垂直行走系统（50）包括下滑动支座（501）、下同步带轮（502）、步进电机（503）、电机支架（504）、同步带（505）、竖直导轨（506）、上滑动支座（507）、上滑动支座框架（508）和上同步带轮（509），下滑动支座（501）通过滑动连接设置水平导轨（201）上，上滑动支座（507）通过滑动连接设置在水平导轨（202）上，电机支架（504）固定在下滑动支座（501）上，步进电机（503）安装在电机支架（504）上，步进电机（503）的输出轴上安装有下同步带轮（502），上滑动支座框架（508）固定安装在上滑动支座（507）上，上同步带轮（509）固定安装在上滑动支座框架（508）上，下同步带轮（502）和上同步带轮（509）通过同步带（506）相啮合传动连接，竖直导轨（506）的两端分别通过螺纹固定连接在电机支架（504）和上滑动支座框架（508）之间。

4.根据权利要求1所述的基于课堂展示的数控机床教学仪，其特征在于：所述的电磁笔系统（60）包括纵向滑块（601）、电磁铁（602）、杠杆机构（603）和夹紧机构（604），白板笔通过螺栓固定安装在夹紧机构（604）上，夹紧机构（604）设置在杠杆机构（603）的一端，杠杆机构（603）通过销钉连接在纵向滑块（601）上，电磁铁（602）固定连接在纵向滑块（601）上。

5.根据权利要求1所述的基于课堂展示的数控机床教学仪，其特征在于：所述的水平导轨（20）包括下水平导轨（201）和上水平导轨（202）。

6.根据权利要求1所述的基于课堂展示的数控机床教学仪，其特征在于：所述的垂直支架（30）包括左支架（301）和右支架（302）。

7.根据权利要求1所述的基于课堂展示的数控机床教学仪，其特征在于：所述的数控系统硬件部分包括上位计算机、USB运动控制卡、继电器、两个步进电机驱动器、继电器和两个触动开关，继电器来控制电磁铁的通电状态，步进电机驱动器用于驱动步进电机的旋转，两个触动开关分别用于确定数控机床教学仪在X轴和Y轴方向上的原点位置，USB运动控制卡接受上位机G代码指令，并控制其他电控设备的工作。

8.根据权利要求1所述的基于课堂展示的数控机床教学仪，其特征在于：所述的数控系统中的USB运动控制卡、继电器、两个步进电机驱动器均固定于白板两侧的垂直支架（30），两个触动开关分别安装在水平行走系统（40）和垂直行走系统（50）端部位置。