開放式數控工具機實驗平臺的製作方法
2023-11-01 04:17:52 1
專利名稱：開放式數控工具機實驗平臺的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用於機電一體化控制加工操作實驗教學平臺，尤其能將車床、銑床、鑽床、磨床對應數控工具機控制系統的電路設計、連接、測試、CNC內部PLC程序修改、工件的三維設計、對應工件的機代碼程序設計、實驗工具機的操作實驗開放給學生的多元化機電實驗教學平臺。
背景技術：
目前，公知的數控工具機的教學實驗主要是在固有的數控銑床、數控車床上來進行學生實驗教學，學生只能在完整的固有工具機上來練習機代碼編程，及對工具機的操作，而對整個工具機的系統電路結構，控制方法並不了解，未能進行真正意義的工具機機電控制實驗。在市面上還找不到真正意義的開放式數控工具機實驗平臺。為了適應機電一體化人才的市場需求，使實驗者對車床、銑床、鑽床、磨床相應的控制系統的整個結構，控制電路的設計，測試，CNC內部PLC程序修改，數控程序的編寫，工具機的操作控制都有一個完整的鍛鍊，使學生撐握數控工具機控制系統的設計能力，機代碼程序的編寫能力，工具機的實際操作能力。此集車床、銑床、鑽床、磨床於一體的開放式實驗平臺，能非常有效地鍛鍊學生的機電一體化設計能力，且目前市面上還沒有真正意義的數控工具機實驗平臺，而數控工具機又是工具機發展的必然趨勢，故此系統具有市場前景。
發明內容為了使學生能設計、連接、測試車床、銑床、鑽床、磨床的控制電路，並進行機代碼編程、操作最終工具機，本實用新型提供了一種開放式數控工具機實驗平臺。主要解決能讓學生去設計控制電路，而工具機供電一般為交流380V，要能有效保證學生的生命安全，要合理地設計實驗平臺的分布結構，並將各元件的運行情況實時有效地反饋給學生。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是開放式數控工具機實驗平臺，由床身、控制站、控制櫃、實驗接線面板組成，將教學車床、教學銑床、教學鑽床、教學磨床結合到一起，所有的設計連線、反饋提示都處於控制櫃的前面板。將強電與弱電控制線分開，系統控制線為開放式的，以便由學生自己動手設計連接實現控制。380V交流進來後，採用隔離變壓器，保證對地電壓安全。CNC中的PLC控制程序也開放給學生，學生可根據設計的連接電路修改PLC控制程序。控制櫃的前面板為實驗接線及反饋指示面板，採用急插件接口。 將交流接觸器上強電線路接定，通過透明有機玻璃機箱封閉，並將連接電路印在透明有機玻璃上。前面板上包括的接口有CNC的輸入/輸出埠、各軸限位開關及零點開關埠、繼電器控制埠、手輪埠、CNC上的電機控制線埠，還包括有各繼電器、交流接觸器、行程限位開關、零點開關狀態的指示燈。前面板上對用戶的反饋主要包括反饋給用戶的LCD界面，及採集狀態的LED指示燈和語音提示。前面板的下方為電機線埠，用鐵盒蓋好，打開蓋子則自動斷電，接好電機線，蓋好蓋子，系統才能開啟電源。[0007]床身選用全新混合式小床身，具有三個進給軸，二個主軸，集車床、銑床、磨床、鑽床於一體的床身。控制器選用西門子數控系統，802S，可實現車、銑、磨、鑽動作的控制。手輪選用西門子標準三軸手脈。電機三個進給軸選用步進電機，及相應步進電機驅動器； 二個主軸都選交流電機，及一個交流變頻器，選擇控制二個交流主軸。機櫃選用鋼架結構標準機櫃，機櫃門板採用鋼板加有機玻璃結構，可使機櫃內部結構一目了然，便於教學。電氣開關選用通過3C認證，知 名品牌的產品，保障安全。接口 選用撥插式埠，卡上就可以，使實驗連接方便。本實用新型的有益效果是，集車床、銑床、鑽床、磨床於一體，學生能設計、連接、測試車床、銑床、鑽床、磨床的控制電路，並進行機代碼編程、操作最終工具機加工自己設計的工件。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1為選用的工具機各軸分布結構圖；圖2為工具機運動結構圖；圖3為控制站結構圖；圖4為控制櫃前面板接口及指示分布結構圖；圖5為控制櫃內部強電元件分布結構圖。
圖1中1.Z軸導軌，2. Y軸導軌，3.X軸導軌，4.主軸一，5.主軸二。圖2中6. X軸運動方向及範圍，7. Y軸運動方向及範圍，8. Z軸運動方向及範圍， 9.主軸一的交流電機，10.主軸二的交流電機。圖3中11. CNC控制器，12.控制站底座，13.系統電源指示燈，14.系統啟動按鈕， 15.系統停止按鈕，16.車床系統選擇開關，17.磨床系統開關，18.鑽床系統開關，19.急停開關。圖4中20.指示燈，用於指示各繼電器、交流接觸器、行程限位開關的狀態， 21. CNC輸入/輸出接口，22.各軸限位、零點開關接口，23.繼電器控制模塊接口，24.手輪接口，25.電機控制線接口，26.電機接口。圖5中27.步進電機驅動模塊，28.主軸變頻器，29.系統電源開關，30.空氣開關，31.交流接觸器，32.繼電器，33.隔離變壓器，34.接線端子排，35.開關電源。
具體實施方式
在圖2所示實施例中，進給軸X、Y、Z的電機可以選用步進電機或交流伺服電機，考慮到實驗平臺成本及系統主要用於學生動手能力的鍛鍊，對精度要求不太高，故選用步進電機，其中X軸、Y軸選用12Ν步進電機，Z軸選用15Ν步進電機，每個步進電機對應一個驅動器，X軸的行程與零點開關選用三個開關於一體的機械開關，一個代表X軸正限位，一個代表X軸負限位，一個代表X軸零點；Y軸、Z軸的行程與零點開關也採用同樣的方式。主軸一與主軸二選用交流電機，主軸一與主軸二共用一個變頻器，可調速及正反轉，主軸一與主軸二不能同時動作。在圖3所示實施例中，控制臺高1.2米，與機櫃分離，控制站底座上裝有四個滑輪，控制臺可隨意拉動。系統控制器選用西門子802S型CNC，內帶PLC控制器，學生可根據實際設計的連接電路，修改內部PLC控制程序系統電源指示燈，選用安全電壓24V指示燈，當整個工具機上電後則點亮。當按下系統啟動按鈕後則給控制系統上電，啟動控制系統。系統停止按鈕按下後則關閉控制系統電源，關閉控制系統。系統默認為進行銑床控制方式，當車床系統選擇開關開啟後系統則進入車床控制方式，當磨床系統選擇開關開啟後系統進入磨床控制方式，當鑽床系統選擇開關開啟後系統進入鑽床控制方式。控制臺上開關電壓全採用24V安全電壓。控制器內固化了根據工具機類型選擇開關的選擇實現不同控制方式及符合參考連接電路的參考機代碼程序與PLC程序，學生可在實驗中根據自己加工工件的要求編寫對應的機代碼程序、根據自己設計的控制連接電路修改PLC程序。在圖4所示實施例中，各繼電器、交流接觸器、行程限位開關的指示燈採用MVLED 指示燈，分別用於指示各個繼電器及交流接觸器的導通情況。CNC的輸入/輸出接口其內部已經與CNC控制器上的輸入/輸出接口穩定連接，學生可根據自己的設計選擇連接相應的器件，並將各埠編號在面板上明顯標出。各軸限位零點開關其內部已經與工具機上各軸正負限位與零點開關連接好，學生可根據設計將其連接到相應的CNC輸入接口上去。繼電器控制模塊接口內部已經與機櫃中繼電器模塊的控制埠連接好，學生可根據設計與CNC輸出接口選擇連接，去控制相應的繼電器。手輪接口其內部已經與手輪連接好，主要有手脈電源接口、軸選擇接口、倍率接口、脈衝輸出接口，學生可根據設計連接到CNC輸入接口上去。 電機控制線接口在內部已經與各軸的電機驅動器上的控制線連接好，學生可以根據設計選擇與面板上CNC輸出接口連接。電機接口在內部已經與電機驅動器上的電機輸出線進行了連接，學生可以根據設計選擇連接上對應的電機線，此部分有一單獨小的機箱蓋，設計為開蓋斷電，保證學生安全。面板上的控制埠統一為24V安全電壓埠，在上電後學生可通過萬用表實時監測各埠的電壓。在圖5所示實施例中，這部分為處於機櫃內部的強電部分，已經鎖放在機櫃內部， 學生接觸不到，但學生可對照連接電路圖透過有機玻璃查看到內部的實際連接電路。其上面為X、Y、Z軸的步進電機驅動器及主軸交流電機變頻器。交流接觸器模塊用於控制工具機潤滑電機，系統電源。空氣開關用於開啟或斷開各驅動器及變頻器電源。繼電器模塊用於對交流接觸器的控制，由CNC提供控制信號。接線端子排中的其中一部分端子用於將各外部線與機櫃內部電路相連接，另一部分接線端子用於將面板控制埠與機櫃內埠連接。隔離變壓器及電源為機櫃的供電模塊。
權利要求1.開放式數控工具機實驗平臺，由床身、控制站、控制櫃、實驗接線面板組成，其特徵是 將教學車床、教學銑床、教學鑽床、教學磨床結合到一起，所有的設計連線、反饋提示都處於控制櫃的前面板。
2.根據權利要求1所述的開放式數控工具機實驗平臺，其特徵是將強電與弱電控制線分開，系統控制線為開放式的，以便由學生自己動手設計連接實現控制。
3.根據權利要求1所述的開放式數控工具機實驗平臺，其特徵是380V交流進來後，採用隔離變壓器，保證對地電壓安全。
4.根據權利要求1所述的開放式數控工具機實驗平臺，其特徵是CNC中的PLC控制程序也開放給學生，學生可根據設計的連接電路修改PLC控制程序。
5.根據權利要求1所述的開放式數控工具機實驗平臺，其特徵是控制櫃的前面板為實驗接線及反饋指示面板，採用急插件接口。
6.根據權利要求1所述的開放式數控工具機實驗平臺，其特徵是將交流接觸器上強電線路接定，通過透明有機玻璃機箱封閉，並將連接電路印在透明有機玻璃上。
7.根據權利要求5所述的開放式數控工具機實驗平臺，其特徵是前面板上包括的接口有CNC的輸入/輸出埠、各軸限位開關及零點開關埠、繼電器控制埠、手輪埠、CNC 上的電機控制線埠，還包括有各繼電器、交流接觸器、行程限位開關、零點開關狀態的指示燈。
8.根據權利要求5所述的開放式數控工具機實驗平臺，其特徵是前面板上對用戶的反饋主要包括反饋給用戶的LCD界面，及採集狀態的LED指示燈和語音提示。
9.根據權利要求5所述的開放式數控工具機實驗平臺，其特徵是前面板的下方為電機線埠，用鐵盒蓋好，打開蓋子則自動斷電，接好電機線，蓋好蓋子，系統才能開啟電源。
專利摘要開放式數控工具機實驗平臺，由床身、控制站、控制櫃、實驗接線面板組成，將教學車床、教學銑床、教學鑽床、教學磨床結合到一起，所有的設計連線、反饋提示都處於控制櫃的前面板。能完成電氣設計、連接、CNC內部PLC程序修改、測試、機代碼程序設計、實際工具機操作實驗。學生設計的所有控制線及電機線都可在前面板上連接完成。本實用新型屬於機電一體化，自動控制交差領域。
文檔編號G09B25/02GK202126794SQ20112010328
公開日2012年1月25日 申請日期2011年3月30日 優先權日2011年3月30日
發明者劉建明, 彭智勇, 李宏周, 首照宇 申請人:桂林電子科技大學