本實(shí)用新型涉及數(shù)控機(jī)床設(shè)備，尤其涉及一種開放式數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)平臺。

背景技術(shù)：

隨著對質(zhì)量和成本要求的不斷提高，數(shù)控機(jī)床得到了廣泛的使用，但目前國內(nèi)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室可提供給學(xué)生拆裝、調(diào)試和加工的數(shù)控機(jī)床設(shè)備較少，機(jī)械和控制實(shí)驗(yàn)分離，專用數(shù)控維修實(shí)驗(yàn)平臺不僅價(jià)格昂貴，而且很少可用于零件加工，因此開發(fā)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺，滿足機(jī)械電子、電氣控制、機(jī)械制造及自動化等專業(yè)學(xué)生實(shí)訓(xùn)的教學(xué)裝置，滿足教學(xué)的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種開放式數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)平臺，成本較低，滿足了教學(xué)的需要。

技術(shù)方案：本實(shí)用新型所述的開放式數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)平臺，包括計(jì)算機(jī)、Mach3控制卡、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、檢測裝置和實(shí)驗(yàn)機(jī)床；其中，所述計(jì)算機(jī)連接Mach3控制卡，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器分別連接Mach3控制卡和實(shí)驗(yàn)機(jī)床，所述檢測裝置分別連接實(shí)驗(yàn)機(jī)床和Mach3控制卡。

進(jìn)一步的，所述實(shí)驗(yàn)機(jī)床采用可拼裝結(jié)構(gòu)，包括水平框架、垂直框架、工作臺面、主軸機(jī)構(gòu)、X軸移動機(jī)構(gòu)、Y軸移動機(jī)構(gòu)和Z軸移動機(jī)構(gòu)；其中，所述水平框架水平放置，垂直框架與水平框架垂直固定，Y軸移動機(jī)構(gòu)固定在水平框架上，工作臺面設(shè)置于Y軸移動機(jī)構(gòu)上，X軸移動機(jī)構(gòu)固定在垂直框架上，Z軸移動機(jī)構(gòu)與X軸移動機(jī)構(gòu)連接，主軸機(jī)構(gòu)與Z軸移動機(jī)構(gòu)連接。

進(jìn)一步的，所述Y軸移動機(jī)構(gòu)包括Y軸步進(jìn)電機(jī)、Y軸滾珠絲桿、第一Y軸導(dǎo)向光軸和第二Y軸導(dǎo)向光軸；其中，所述Y軸步進(jìn)電機(jī)通過彈性聯(lián)軸連接Y軸滾珠絲桿，Y軸滾珠絲桿、第一Y軸導(dǎo)向光軸和第二Y軸導(dǎo)向光軸分別固定在水平框架上，Y軸滾珠絲桿上套有螺母，第一Y軸導(dǎo)向光軸和第二Y軸導(dǎo)向光軸上分別套有滑塊，工作臺面固定在滑塊和螺母上。

進(jìn)一步的，所述X軸移動機(jī)構(gòu)包括X軸步進(jìn)電機(jī)、X軸滾珠絲桿、第一X軸導(dǎo)向光軸、第二X軸導(dǎo)向光軸和X軸連接板；其中，所述X軸步進(jìn)電機(jī)通過彈性聯(lián)軸連接X軸滾珠絲桿，X軸滾珠絲桿、第一X軸導(dǎo)向光軸和第二X軸導(dǎo)向光軸分別固定在垂直框架上，X軸滾珠絲桿上套有螺母，第一X軸導(dǎo)向光軸和第二X軸導(dǎo)向光軸上分別套有滑塊，X軸連接板固定在滑塊和螺母上。

進(jìn)一步的，所述Z軸移動機(jī)構(gòu)包括Z軸步進(jìn)電機(jī)、Z軸滾珠絲桿、第一Z軸導(dǎo)向光軸、第二Z軸導(dǎo)向光軸和Z軸連接板；其中，所述Z軸步進(jìn)電機(jī)通過彈性聯(lián)軸連接Z 軸滾珠絲桿，Z軸滾珠絲桿、第一Z軸導(dǎo)向光軸和第二Z軸導(dǎo)向光軸分別固定在X軸連接板上，Z軸滾珠絲桿上套有螺母，第一Z軸導(dǎo)向光軸和第二Z軸導(dǎo)向光軸上分別套有滑塊，Z軸連接板固定在滑塊和螺母上。

進(jìn)一步的，所述主軸機(jī)構(gòu)包括主軸夾頭和主軸，主軸通過主軸夾頭固定在Z軸連接板上。

進(jìn)一步的，所述實(shí)驗(yàn)機(jī)床還包括安裝在工作臺面上的平口鉗、設(shè)置在水平框架上的Y軸向限位開關(guān)、設(shè)置在垂直框架上的X軸向限位開關(guān)和安裝在水平框架上的照明燈。

進(jìn)一步的，所述主軸的電機(jī)連接所述Mach3控制卡，用于通過Mach3控制卡實(shí)現(xiàn)主軸調(diào)速和正反旋轉(zhuǎn)的控制。

進(jìn)一步的，所述Y軸向限位開關(guān)和X軸向限位開關(guān)連接所述Mach3控制卡。

進(jìn)一步的，所述計(jì)算機(jī)通過USB接口與Mach3控制卡連接。

有益效果：本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：本實(shí)用新型成本較低，能夠滿足學(xué)生練習(xí)機(jī)械拆裝、電路設(shè)計(jì)調(diào)試、數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置調(diào)試、數(shù)控編程加工等機(jī)電一體化教學(xué)需求，應(yīng)具有開放式系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，較短的傳動鏈,可調(diào)試的機(jī)構(gòu)，較高傳動精度和傳動效率，便于學(xué)生全面了解數(shù)控系統(tǒng)的整體組成及相關(guān)調(diào)試過程和方法。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的系統(tǒng)框圖；

圖2是實(shí)驗(yàn)機(jī)床的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖3是實(shí)驗(yàn)機(jī)床的俯視圖；

圖4是實(shí)驗(yàn)機(jī)床的左視圖；

圖5是實(shí)驗(yàn)機(jī)床的主視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型包括安裝有Mach3系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)1、Mach3控制卡2、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器3、檢測裝置4和實(shí)驗(yàn)機(jī)床5；其中，安裝有Mach3系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)1作為主控制器，用于設(shè)置實(shí)驗(yàn)機(jī)床5的控制參數(shù)和安全措施，以及根據(jù)檢測裝置4反饋的監(jiān)測信息進(jìn)行實(shí)時(shí)分析；Mach3控制卡2連接至計(jì)算機(jī)1，用于根據(jù)計(jì)算機(jī)1輸出的數(shù)據(jù)向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器3發(fā)出指令；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器3分別連接Mach3控制卡2和實(shí)驗(yàn)機(jī)床5，用于根據(jù)接收到的指令驅(qū)動實(shí)驗(yàn)機(jī)床5的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的動作；檢測裝置4分別連接實(shí)驗(yàn)機(jī)床5和Mach3控制卡2，用于實(shí)時(shí)檢測實(shí)驗(yàn)機(jī)床5的運(yùn)行狀況，并通過Mach3控制卡2反饋至計(jì)算機(jī)1。

如圖2所示，實(shí)驗(yàn)機(jī)床5采用可拼裝結(jié)構(gòu)，包括水平框架51、垂直框架52、工作臺面53、主軸機(jī)構(gòu)54、X軸移動機(jī)構(gòu)55、Y軸移動機(jī)構(gòu)56和Z軸移動機(jī)構(gòu)57；其中，水平框架51水平放置，垂直框架52與水平框架51垂直固定，Y軸移動機(jī)構(gòu)56固定在 水平框架51上，工作臺面53設(shè)置于Y軸移動機(jī)構(gòu)56上，X軸移動機(jī)構(gòu)55固定在垂直框架52上，Z軸移動機(jī)構(gòu)57與X軸移動機(jī)構(gòu)55連接，主軸機(jī)構(gòu)54與Z軸移動機(jī)構(gòu)57連接。水平框架51、垂直框架52由4040鋁合金方管、4545角件、連接螺絲拼接而成。

如圖3、圖4和圖5所示，Y軸移動機(jī)構(gòu)56包括Y軸步進(jìn)電機(jī)561、Y軸滾珠絲桿562、第一Y軸導(dǎo)向光軸563和第二Y軸導(dǎo)向光軸564；其中，Y軸步進(jìn)電機(jī)561通過彈性聯(lián)軸565連接Y軸滾珠絲桿562，Y軸滾珠絲桿562、第一Y軸導(dǎo)向光軸563和第二Y軸導(dǎo)向光軸564分別固定在水平框架51上，Y軸滾珠絲桿562上套有螺母566，第一Y軸導(dǎo)向光軸563和第二Y軸導(dǎo)向光軸564上分別套有滑塊567，工作臺面53固定在滑塊567和螺母566上。X軸移動機(jī)構(gòu)55包括X軸步進(jìn)電機(jī)551、X軸滾珠絲桿552、第一X軸導(dǎo)向光軸553、第二X軸導(dǎo)向光軸554和X軸連接板555；其中，X軸步進(jìn)電機(jī)551通過彈性聯(lián)軸556連接X軸滾珠絲桿552，X軸滾珠絲桿552、第一X軸導(dǎo)向光軸553、第二X軸導(dǎo)向光軸554分別固定在垂直框架52上，X軸滾珠絲桿552上套有螺母557，第一X軸導(dǎo)向光軸553、第二X軸導(dǎo)向光軸554上分別套有滑塊558，X軸連接板555固定在滑塊558和螺母557上。Z軸移動機(jī)構(gòu)57包括Z軸步進(jìn)電機(jī)571、Z軸滾珠絲桿572、第一Z軸導(dǎo)向光軸573、第二Z軸導(dǎo)向光軸574和Z軸連接板575；其中，Z軸步進(jìn)電機(jī)571通過彈性聯(lián)軸576連接Z軸滾珠絲桿572，Z軸滾珠絲桿572、第一Z軸導(dǎo)向光軸573、第二Z軸導(dǎo)向光軸574分別固定在垂直框架52上，Z軸滾珠絲桿572上套有螺母577，第一Z軸導(dǎo)向光軸573、第二Z軸導(dǎo)向光軸574上分別套有滑塊578，Z軸連接板575固定在滑塊578和螺母577上。主軸機(jī)構(gòu)54包括主軸夾頭541和主軸542，主軸5420通過主軸夾頭541固定在Z軸連接板575上。實(shí)驗(yàn)機(jī)床5還包括安裝在工作臺面53上的平口鉗531、設(shè)置在水平框架51上的Y軸向限位開關(guān)511、設(shè)置在垂直框架52上的X軸向限位開關(guān)521和安裝在水平框架51上的照明燈512。

計(jì)算機(jī)1通過USB接口與Mach3控制卡2連接。Y軸向限位開關(guān)511和X軸向限位開關(guān)521連接Mach3控制卡2，可保證保證平臺安全工作。主軸542的電機(jī)連接Mach3控制卡2，用于通過Mach3控制卡2實(shí)現(xiàn)主軸542調(diào)速和正反旋轉(zhuǎn)的控制。電源、Mach3控制卡、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)和主軸電機(jī)之間的線路采用航空接頭連接，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器3控制三個步進(jìn)電機(jī)，將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移。步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)器帶動滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)，從而帶動平臺實(shí)現(xiàn)三軸移動。導(dǎo)向光軸可以保證平臺三軸互相的垂直，保證加工精度。

采用本實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床精度檢測，具體方法為：通過三維軟件建立模型，進(jìn)行其剛性、強(qiáng)度計(jì)算，根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要求，采用不同長度的4040鋁合金方管型材、4545角件和連接螺釘?shù)扰浼罱蚣埽ＷC框架每根型材之間相互垂直。在安裝好三軸向的 導(dǎo)向光軸和滾珠絲杠后，使用框式水平儀和百分表檢驗(yàn)三軸的互為垂直度，保證平臺的幾何精度。首先百分表座固定在Z軸連接板上，將其測量頭測到工作臺面上沿X移動，測量工作臺面與X軸的平行度，調(diào)整X軸導(dǎo)向座的上下位置，使X軸與工作臺面平行。使用框式水平儀將平放在工作臺上，百分表固定在X軸的連接板上，先將百分表的測頭在框式水平儀X軸向移動，調(diào)整使框式水平儀的一個側(cè)面與X軸平行，再將百分表移到框式水平儀的平行Y軸側(cè)面，調(diào)整X導(dǎo)向光軸的左右位置，校正至X、Y軸在水平面內(nèi)的垂直度。將框式水平儀豎直放置在工作平臺上，百分表固定在Z軸連接板上，百分表測頭在框式水平儀左右方向，轉(zhuǎn)動Z軸使百分表測頭上下移動，調(diào)整Z軸導(dǎo)向光軸位置，保證Z軸和X、Y軸在X軸方向垂直。再將百分表測頭在框式水平儀前后方向，轉(zhuǎn)動Z軸使百分表測頭上下移動，調(diào)整Z軸連接板后的墊塊厚度，保證Z軸和X、Y軸在Y軸方向垂直。最后調(diào)整主軸固定支架，校正主軸垂直與工作臺。完成數(shù)控機(jī)床床身搭建、精度檢測和調(diào)試實(shí)驗(yàn)。

采用本實(shí)施例還可實(shí)現(xiàn)電器調(diào)試，具體方法為：根據(jù)要求，培訓(xùn)者連接電源、Mach3控制卡、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)和主軸電機(jī)線路，并制作成航空接頭連接。綜合機(jī)床的具體要求，在控制軟件Mach3中，根據(jù)絲桿的導(dǎo)程和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器分頻數(shù)，設(shè)定各軸電機(jī)的參數(shù)和步進(jìn)電機(jī)細(xì)分參數(shù)。設(shè)置控制面板和限位開關(guān)和急停開關(guān)等安全措施。根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的電流、每轉(zhuǎn)步數(shù)，調(diào)整步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的設(shè)置開關(guān)。并采用透明有機(jī)玻璃制作控制箱，在使用過程中，各電器元件工作情況一目了然。全部電源選用安全電壓，保證實(shí)驗(yàn)平臺用電安全。

采用本實(shí)施例還可實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工，實(shí)驗(yàn)平臺具有普通數(shù)控機(jī)床的操作性能，可進(jìn)行手動控制、對刀、回零操作。具有線形插補(bǔ)功能，主軸轉(zhuǎn)速控制，多重繼電器控制，手搖脈沖生成，三維動態(tài)顯示跟蹤、自動對刀、程序跳段執(zhí)行(斷點(diǎn)記憶)。具有螺距誤差補(bǔ)償，反向間隙補(bǔ)償，刀具長度補(bǔ)償，刀尖半徑補(bǔ)償及磨損補(bǔ)償功能。根據(jù)平臺設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、加工材料、刀具和加工精度等要求，執(zhí)行手工或自動編制程序，并可進(jìn)行仿真加工。安裝工件毛坯，實(shí)現(xiàn)對工件的自動加工。通過對工件加工尺寸檢測，分析造成加工誤差造成的因素，調(diào)整平臺的結(jié)構(gòu)，校正平臺的幾何精度和電機(jī)參數(shù)。如零件加工尺寸誤差，則要檢查mach3軟件電機(jī)調(diào)試參數(shù)是否正確，步進(jìn)電機(jī)是否丟步，反向間隙、刀尖半徑補(bǔ)償及磨損補(bǔ)償功能設(shè)置正確。形位誤差則檢查三軸向的互為垂直度。優(yōu)化加工方案，進(jìn)行進(jìn)一步的分析實(shí)驗(yàn)。