教學用數控白板繪圖儀的製作方法

2023-09-19 12:01:50

專利名稱：教學用數控白板繪圖儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及ー種教學儀器，尤其是一種與計算機輔助繪圖(CAD)軟體，如AutoCAD、CAXA等相配的用於直接在白板上繪圖的繪圖儀，具體地說是ー種教學用數控白板繪圖儀。
背景技術：
目前，工程技術專業中的許多課程都需要在黒板上進行繪圖，儘管採用多媒體教室結合計算機繪圖軟體也可以實現圖形演示，但計算機繪圖只能顯示最終的圖形結果，難以象手工繪圖那樣直觀演示繪圖過程。目前還不存在ー種可以在教室內的黒板(或白板)上自動繪圖的裝置。本發明採用兩軸數控技術填補了這ー技術空白，並提供了一種可以形象地展示數控技術原理的低成本教學設備。目前的數控技術教學一般採用課堂理論教學與數控工具機實踐相結合的教學手段，由於難以把數控工具機搬上講臺，理論教學與實踐是兩個獨立的教學環節，兩者不能及時相互融合。本發明提供的數控白板繪圖儀從數控技術的角度上，與兩軸數控雕刻機的原理是一致的，數控白板繪圖儀的繪圖筆在白板上繪製的圖形就相當於雕刻機的刀具軌跡。因此，本數控白板繪圖儀也可稱作是ー種數控工具機的實物仿真裝置，它比計算機虛擬仿真更具有真實感，能夠提高數控技術課程的教學效果，並有助於激發學生的學習興趣。

發明內容
本發明的目的是設計一種能直觀演示繪圖過程的教學用數控白板繪圖儀，它為エ程製圖、數控原理等課程的教學提供了很好的輔助手段。本發明的技術方 案是
ー種教學用數控白板繪圖儀，它包括白板10，其特徵是所述的白板10的上端或下端安裝有橫嚮導軌40，橫嚮導軌40上安裝有r形或L形滑板50，滑板50被橫向牽引系統30中的鋼絲繩牽動，沿著橫嚮導軌40作水平方向移動；在所述的滑板50上安裝有電磁筆架組件70和帶動該電磁筆架組件70上下移動的縱向牽引系統60，電磁筆架組件70、橫向牽引系統30和縱向牽引系統60均受控於數控系統80。所述的橫向牽引系統30包括橫向電機組件301、鋼絲繩302、橫向掛輪組件303以及鋼絲繩緊固器304，鋼絲繩302繞裝在橫向電機組件301的主動輪3012以及橫向掛輪組件303的從動輪3031上，並通過具備張緊功能的鋼絲繩緊固器304與滑板50相連；橫向電機組件301通過鋼絲繩302的傳動作用帶動滑板50在橫嚮導軌40上移動；通過控制橫向電機組件301的正反向轉動，可控制滑板50在橫嚮導軌40上的移動方向。所述的橫向掛輪組件303包括兩種形式，第一種橫向掛輪組件303包括鋼絲繩輪3031與掛輪託架組件3032，掛輪託架組件3032包括軸承組件303201與L形架體303202，鋼絲繩輪3031的軸部安裝在掛輪託架組件3032上的軸承組件303201內的軸承孔內；第ニ種橫向掛輪組件303包括鋼絲繩輪3031、掛輪託架組件3032、聯軸器3033與旋轉編碼器3034，掛輪託架組件包括軸承組件303201與U形架體303202 ;鋼絲繩輪3031的軸部穿過軸承組件303201，並經聯軸器3033與旋轉編碼器3034的輸入軸相連，旋轉編碼器3034的外殼固定在U形架體303202上。所述的r形滑板50包括橫滑板501、縱滑板502、電機支撐板503和導向板504，橫滑板501和縱滑板502為整體式結構或分體式結構，橫滑板501與安裝在白板10上端或下端的橫嚮導軌40相配合，使得滑板50能夠沿著橫嚮導軌40滑動；導向板504與白板10的另一端相配合，以增加r形滑板50滑動的穩定性；橫滑板501上裝有鋼絲繩緊固器304，用於張緊與固定鋼絲繩302，並使鋼絲繩302帶動滑板50沿著橫嚮導軌40滑動。所述的縱向牽引系統60包括縱向電機601、縱向鋼絲繩輪602、縱向鋼絲繩603、縱向掛輪組件604以及縱向鋼絲繩緊固器605，縱向鋼絲繩輪602連接在縱向電機601的輸出軸上,縱向鋼絲繩603繞裝在縱向鋼絲繩輪602以及縱向掛輪組件604上的從動輪6041上，並通過具有張緊作用的縱向鋼絲繩緊固器605與電磁筆架70相連；縱向電機601通過鋼絲繩603的傳動作用帶動電磁筆架70沿著滑板50上的縱滑板502移動；通過控制縱向電機601的正反轉可以改變電磁筆架70的上下移動方向。縱向掛輪組件604包括兩種結構，第一種縱向掛輪組件604包括縱向鋼絲繩輪6041與縱向掛輪託架組件6042，縱向掛輪託架組件6042包括縱向軸承組件604201與L形架體604202，縱向鋼絲繩輪6041的軸部安裝在縱向掛輪託架組件6042上的縱向軸承組件604201內的軸承孔內；第二種縱向掛輪組件604包括縱向鋼絲繩輪6041、縱向掛輪託架組件6042、縱向聯軸器6043與縱向旋轉編碼器6044，縱向掛輪託架組件6042包括縱向軸承組件604201與ロ字形架體604202，縱向鋼絲繩輪6041的軸部穿過縱向軸承組件604201，並經縱向聯軸器6043與縱向旋轉編碼器6044的輸入軸相連，縱向旋轉編碼器6044的外殼固定在ロ字形架體604202上。所述的電磁筆架組件70上裝有繪圖筆704與控制電磁鐵702，由電磁鐵702的通電與斷電實現繪圖筆704的落筆與起筆。所述的電磁筆架組件70包括滑動底板701、圓盤電磁鐵702、動銜鐵703、繪圖筆704、彈簧705、固定臺706以及限位塊707 ;電磁筆架組件70通過滑動底板701安裝在滑板50的縱滑板502上；縱向鋼絲繩緊固器605通過固定臺706安裝在滑動底板701上，由縱向鋼絲繩602帶動著電磁筆架組件70在滑板50的縱滑板502上作縱向滑動；圓盤電磁鐵702安裝在滑動底板701上，其內孔中嵌有彈簧705，彈簧705環繞在繪圖筆704的筆筒外周，動銜鐵703通過繪圖筆704筆筒上的卡環與繪圖筆相固定；當圓盤電磁鐵702通電時，動銜鐵703壓著繪圖筆704向白板10靠緊，實現繪圖筆704的落筆；當圓盤電磁鐵702斷電時，彈簧705的壓カ使繪圖筆抬起，並由限位塊707限制繪圖筆704抬起的距離。所述的白板10的後部裝有安裝架(20)，使得白板(10)的表面與牆面平行或者與地面垂直。。所述的數控系統80由計算機801、控制器803、通信線804與驅動線805組成，計算機801中安裝有數控軟體，數控軟體發出指令控制橫向牽引系統30與縱向牽引系統60的位移以及電磁鐵702的通斷電，實現電磁筆架70的運動軌跡以及繪圖筆704的起筆與落筆。本發明的有益效果 本發明為工程製圖、數控技術等課程的教學提供了直觀的教具，有利於提高學習興趣和教學質量。本發明結構簡單，易於實現。本發明可適用於各種CAD軟體。


圖1是本發明的總體結構示意圖。圖2是本發明的橫向牽引系統30的安裝示意圖。圖3是本發明的橫向電機組件301的裝配示意圖。圖4是本發明的橫向掛輪組件303的一種實施方式的裝配示意圖。圖5是本發明的橫向掛輪組件303的另ー種實施方式的裝配示意圖。圖6是本發明的r形滑板50的結構示意圖。圖7是本發明的橫嚮導軌40的結構示意圖。圖8是本發明的縱向牽引系統60的安裝示意圖。圖9是本發明的縱向掛輪組件604的一種實施方式的安裝示意圖。圖10是本發明的縱向掛輪組件604的另ー種實施方式的安裝示意圖。圖11是本發明的電磁筆架組件70在縱向牽引系統60中的安裝示意圖。圖12是本發明的電磁筆架組件70的結構示意圖。圖13是本發明的數控系統80的一種實施方式的組成示意圖。圖14是本發明的數控系統80的另ー種實施方式的組成示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進ー步的說明。實施例1。如圖1-14所示。ー種教學用數控白板繪圖儀，如圖1所示，可與AutoCAD、CAXA等CAD軟體進行配套使用，數控方式為開環控制，它包括白板10，其特徵是所述的白板10的上端安裝有橫嚮導軌40，橫嚮導軌40上安裝有r形滑板50，r形滑板50被橫向牽引系統30中的鋼絲繩牽動，沿著橫嚮導軌40作水平方向移動；在所述的r形滑板50上安裝有電磁筆架組件70和帶動該電磁筆架組件70作上下移動的縱向牽引系統60，電磁筆架組件70、橫向牽弓I系統30和縱向牽引系統60均受控於數控系統80。安裝架20固定在白板的後部用於將白板繪圖儀固定在牆上或者支撐在地面上，使白板與牆面平行或者與地面垂直。數控系統80放置在控制櫃內，經電纜線與白板繪圖儀上的各驅動件相連。具體實施時r形滑板也可用L形結構來代替。L形結構應倒裝，正裝時應將橫向牽引系統30安裝在白板的下部。橫向牽引系統30包括橫向電機組件301、鋼絲繩302、橫向掛輪組件303以及鋼絲繩緊固器304，其在白板繪圖儀上的安裝如圖2所示。橫向電機組件301包括電機3011、鋼絲繩輪3012以及電機託架3013，如圖3所示，所述電機3011採用步進電機。橫向電機組件301安裝在白板10的左上部，橫向掛輪組件303安裝在白板10的右上部。在白板10上位於橫向電機組件301與橫向掛輪組件303的中間位置安裝橫嚮導軌40。
橫向掛輪組件303如圖4所示，包括鋼絲繩輪3031與掛輪託架組件3032。掛輪託架組件3032包括軸承組件303201與L形架體303202，軸承組件303201包括深溝球軸承與前後兩個軸承蓋，軸承安裝在L形架體303202的孔內，用兩個軸承蓋與螺釘進行軸向固定。鋼絲繩輪3031的軸部安裝在掛輪託架組件3032上的軸承組件303201內的軸承孔內。r形滑板50的結構如圖6所示，包括橫滑板501、縱滑板502、電機支撐板503、導向板504。橫嚮導軌40的結構如圖7所示。r形滑板50上的橫滑板501與安裝在白板10上端的橫嚮導軌40相配合，使得r形滑板50能夠沿著橫嚮導軌40滑動，導向板504與白板10的下端相配合，以增加r形滑板50滑動的穩定性。橫滑板501上裝有鋼絲繩緊固器304，用於張緊與固定鋼絲繩302，並使鋼絲繩302帶動r形滑板50沿著橫嚮導軌40滑動。縱向牽引系統60如圖8所示，包括電機601、鋼絲繩輪602、鋼絲繩603、縱向掛輪組件604以及鋼絲繩緊固器605。電機601安裝在r形滑板50上的電機支撐板503上，鋼絲繩輪602安裝在電機601的輸出軸上。縱向掛輪組件604安裝在r形滑板50上導向板504的底部。縱向掛輪組件604如圖9所示，包括鋼絲繩輪6041與掛輪託架組件6042，掛輪託架組件6042包括軸承組件604201與L形架體604202。軸承組件604201包括深溝球軸承與前後兩個軸承蓋，軸承安裝在L形架體604202的孔內，用兩個軸承蓋與螺釘進行軸向固定。鋼絲繩輪6041的軸部安裝在掛輪託架組件6042上的軸承組件604201內的軸承孔內。電磁筆架組件70包括滑動底板701、圓盤電磁鐵702、動銜鐵703、繪圖筆704、彈簧705、固定臺706以及限位塊707。電磁筆架組件70在縱向牽引系統60中的安裝如圖11所示，電磁筆架組件70的結構如圖12所示。電磁筆架組件70通過滑動底板701安裝在r形滑板50的縱滑板502上 ，鋼絲繩緊固器605通過固定臺706安裝在滑動底板701上，由鋼絲繩602帶動著電磁筆架組件70在r形滑板50的縱滑板502上作縱向滑動。圓盤電磁鐵702安裝在滑動底板701上，其內孔中嵌有彈簧705，彈簧705環繞在繪圖筆704的筆筒外周，動銜鐵703通過繪圖筆704筆筒上的卡環與繪圖筆相固定。所述彈簧705採用壓縮彈簧，所述繪圖筆704在普通白板筆的基礎上進行改造。當圓盤電磁鐵702通電時，動銜鐵703壓著繪圖筆704向白板10靠緊，實現繪圖筆的落筆；當圓盤電磁鐵702斷電時，彈簧705的壓カ使繪圖筆抬起，並由限位塊707限制繪圖筆抬起的距離。數控系統80由計算機801、數控軟體802、控制器803、通信線804與驅動線805等組成，如圖13所示。所述計算機801採用PC計算機，數控軟體802安裝在計算機801內。所述控制器803採用以單片機為核心的電路板，含有兩個電機控制模塊與ー個電磁鐵控制模塊，電機控制方式為開環控制。所述通信線804採用RS322串ロ通信，數控軟體802通過通信線804與控制器803相連。控制器803通過驅動線805分別與電機301、電機601以及圓盤電磁鐵702上的電源模塊相連。數控軟體802發出指令，來控制電機301與電機601輸出軸的角位移以及圓盤電磁鐵702通斷電，實現電磁筆架70上繪圖筆704的運動軌跡與起落筆，從而繪製出計算機801中指定的圖形。實施例ニ。如圖ト14所示。本實施例的教學用數控白板繪圖儀的結構與實施例一大體相同，但數控方式為閉環控制。實施方式與上述實施方式I大體相同的前提下，作以下變動。橫向掛輪組件303如圖5所示，包括鋼絲繩輪3031、掛輪託架組件3032、聯軸器3033與旋轉編碼器3034。掛輪託架組件3032包括軸承組件303201與U形架體303202。鋼絲繩輪3031的軸部穿過軸承組件303201，並經聯軸器3033與旋轉編碼器3034的輸入軸相連，旋轉編碼器3034的外殼固定在U形架體303202上。縱向掛輪組件604如圖10所示，包括鋼絲繩輪6041、掛輪託架組件6042、聯軸器6043與旋轉編碼器6044。掛輪託架組件6042包括軸承組件604201與ロ字形架體604202。鋼絲繩輪6041的軸部穿過軸承組件604201，並經聯軸器6043與旋轉編碼器6044的輸入軸相連，旋轉編碼器6044的外殼固定在ロ字形架體604202上。數控系統80的組成如圖14所示，電機控制方式為閉環控制。控制器803採用以ARM晶片為核心的電路板，控制器803通過驅動線805分別與電機301、電機601、旋轉編碼器3034、旋轉編碼器6044以及圓盤電磁鐵702相連。通信線804採用USB通信。本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求
1.ー種教學用數控白板繪圖儀，它包括白板(10)，其特徵是所述的白板(10)的上端或下端安裝有橫嚮導軌(40)，橫嚮導軌(40)上安裝有r形或L形滑板(50)，滑板(50)被橫向牽引系統(30)中的鋼絲繩所牽動，沿著橫嚮導軌(40)作水平方向移動；在所述的滑板(50)上安裝有電磁筆架組件(70)和帶動該電磁筆架組件(70)上下移動的縱向牽引系統(60)；電磁筆架組件(70)、橫向牽引系統(30)和縱向牽引系統(60)均受控於數控系統(80)。
2.根據權利要求1所述的教學用數控白板繪圖儀，其特徵是所述的橫向牽引系統(30)包括橫向電機組件(301)、鋼絲繩(302)、橫向掛輪組件(303)以及鋼絲繩緊固器(304)，鋼絲繩(302)繞裝在橫向電機組件(301)上的主動輪(3012)以及橫向掛輪組件(303)上的從動輪(3031)上，鋼絲繩(302)通過具備張緊功能的鋼絲繩緊固器(304)與滑板(50)相連；橫向電機組件(301)通過鋼絲繩(302)的傳動作用帶動滑板(50)在橫嚮導軌(40)上移動，通過控制橫向電機組件(301)的正反向轉動，可控制滑板(50 )在橫嚮導軌(40 )上的移動方向。
3.根據權利要求1所述的教學用數控白板繪圖儀，其特徵是所述的橫向掛輪組件(303)包括兩種形式，第一種橫向掛輪組件(303)包括鋼絲繩輪(3031)與掛輪託架組件(3032)，掛輪託架組件(3032)包括軸承組件(303201)與L形架體(303202)，鋼絲繩輪(3031)的軸部安裝在掛輪託架組件(3032)上的軸承組件(303201)內的軸承孔內；第ニ種橫向掛輪組件(303)包括鋼絲繩輪(3031)、掛輪託架組件(3032)、聯軸器(3033)與旋轉編碼器(3034)，掛輪託架組件包括軸承組件(303201)與U形架體(303202);鋼絲繩輪(3031)的軸部穿過軸承組件(303201 )，並經聯軸器(3033)與旋轉編碼器(3034)的輸入軸相連，旋轉編碼器(3034)的外殼固定在U形架體(303202)上。
4.根據權利要求1所述的教學用數控白板繪圖儀，其特徵是所述的滑板(50)包括橫滑板(501)、縱滑板(502 )、電機支撐板(503 )和導向板(504 )，橫滑板(501)和縱滑板(502 )為整體式結構或分體式結構，橫滑板(501)與安裝在白板(10 )上端或下端的橫嚮導軌(40 )相配合，使得滑板(50)能夠沿著橫嚮導軌(40)滑動；導向板(504)與白板(10)的另一端相配合，以增加滑板(50)滑動的穩定性；橫滑板(501)上裝有鋼絲繩緊固器(304)，用於張緊與固定鋼絲繩(302 )，並使鋼絲繩(302 )帶動滑板(50 )沿著橫嚮導軌(40 )滑動。
5.根據權利要求1所述的教學用數控白板繪圖儀，其特徵是所述的縱向牽引系統(60)包括縱向電機(601)、縱向鋼絲繩輪(602 )、縱向鋼絲繩(603 )、縱向掛輪組件(604)以及縱向鋼絲繩緊固器(605)，縱向鋼絲繩輪(602)連接在縱向電機(601)的輸出軸上，縱向鋼絲繩(603)繞裝在縱向鋼絲繩輪(602)以及縱向掛輪組件(604)上的從動輪(6041)上，縱向鋼絲繩(603)通過具有張緊作用的縱向鋼絲繩緊固器(605)與電磁筆架(70)相連；縱向電機(601)通過鋼絲繩(603 )的傳動作用帶動電磁筆架(70 )沿著滑板(50 )上的縱滑板(502 )移動；通過控制縱向電機(601)的正反轉可以改變電磁筆架(70)的上下移動方向。
6.根據權利要求1所述的教學用數控白板繪圖儀，其特徵是縱向掛輪組件(604)包括兩種結構，第一種縱向掛輪組件(604)包括縱向鋼絲繩輪(6041)與縱向掛輪託架組件(6042)，縱向掛輪託架組件(6042)包括縱向軸承組件(604201)與L形架體(604202)，縱向鋼絲繩輪(6041)的軸部安裝在縱向掛輪託架組件(6042 )上的縱向軸承組件(604201)內的軸承孔內；第二種縱向掛輪組件(604)包括縱向鋼絲繩輪(6041)、縱向掛輪託架組件(6042 )、縱向聯軸器(6043 )與縱向旋轉編碼器(6044 )，縱向掛輪託架組件(6042 )包括縱向軸承組件(604201)與ロ字形架體(604202 )，縱向鋼絲繩輪(6041)的軸部穿過縱向軸承組件(604201)，並經縱向聯軸器(6043 )與縱向旋轉編碼器(6044 )的輸入軸相連，縱向旋轉編碼器(6044)的外殼固定在ロ字形架體(604202)上。
7.根據權利要求1或5所述的教學用數控白板繪圖儀，其特徵是所述的電磁筆架組件(70)上裝有繪圖筆(704)與控制電磁鐵(702)，由電磁鐵(702)的通電與斷電實現繪圖筆(704)的落筆與起筆。
8.根據權利要求7所述的教學用數控白板繪圖儀，其特徵是所述的電磁筆架組件(70)包括滑動底板(701)、圓盤電磁鐵(702)、動銜鐵(703)、繪圖筆(704)、彈簧(705)、固定臺(706)以及限位塊(707);電磁筆架組件(70)通過滑動底板(701)安裝在滑板(50)的縱滑板(502)上；縱向鋼絲繩緊固器(605)通過固定臺(706)安裝在滑動底板(701)上，由縱向鋼絲繩(602)帶動著電磁筆架組件(70)在滑板(50)的縱滑板(502)上作縱向滑動；圓盤電磁鐵(702)安裝在滑動底板(701)上，其內孔中嵌有彈簧(705)，彈簧(705)環繞在繪圖筆(704)的筆筒外周，動銜鐵(703)通過繪圖筆(704)筆筒上的卡環與繪圖筆相固定；當圓盤電磁鐵(702 )通電時，動銜鐵(703 )壓著繪圖筆(704 )向白板(10 )靠緊，實現繪圖筆(704 )的落筆；當圓盤電磁鐵(702)斷電時，彈簧(705)的壓カ使繪圖筆抬起，並由限位塊(707)限制繪圖筆(704)抬起的距尚。
9.根據權利要求1所述的教學用數控白板繪圖儀，其特徵是所述的白板(10)的後部裝有安裝架(20 )，使得白板(10 )的表面與牆面平行或者與地面垂直。
10.根據權利要求1所述的教學用數控白板繪圖儀，其特徵是所述的數控系統(80)由計算機(801)、控制器(803)、通信線(804)與驅動線(805)組成，計算機(801)中安裝有數控軟體，數控軟體發出指令控制橫向牽引系統(30)與縱向牽引系統(60)的位移以及電磁鐵(702)的通斷電，實現電磁筆架(70)的運動軌跡以及繪圖筆(704)的起落。
全文摘要
一種教學用數控白板繪圖儀，它包括白板(10)，其特徵是所述的白板(10)的上端或下端安裝有橫嚮導軌(40)，橫嚮導軌(40)上裝有Γ形或L形滑板(50)，滑板(50)被橫向牽引系統(30)中的鋼絲繩牽動，沿著橫嚮導軌(40)作水平方向移動；在所述的滑板(50)上安裝有電磁筆架組件(70)和帶動該電磁筆架組件(70)上下移動的縱向牽引系統(60)，電磁筆架組件(70)、橫向牽引系統(30)和縱向牽引系統(60)均受控於數控系統(80)。本發明為工程製圖、數控原理等課程的教學提供了直觀的教具，有利於提高學習興趣和教學質量。
文檔編號B43L13/00GK103065542SQ201310006080
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月8日 優先權日2013年1月8日
發明者嵇萍, 周濤, 郭寶寧, 季明麗, 劉泗巖 申請人:江蘇海事職業技術學院