开放式数控机床实验平台制造技术

开放式数控机床实验平台，由床身、控制站、控制柜、实验接线面板组成，将教学车床、教学铣床、教学钻床、教学磨床结合到一起，所有的设计连线、反馈提示都处于控制柜的前面板。能完成电气设计、连接、CNC内部PLC程序修改、测试、机代码程序设计、实际机床操作实验。学生设计的所有控制线及电机线都可在前面板上连接完成。本实用新型专利技术属于机电一体化，自动控制交差领域。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种用于机电一体化控制加工操作实验教学平台，尤其能将车床、铣床、钻床、磨床对应数控机床控制系统的电路设计、连接、测试、CNC内部PLC程序修改、工件的三维设计、对应工件的机代码程序设计、实验机床的操作实验开放给学生的多元化机电实验教学平台。
技术介绍
目前，公知的数控机床的教学实验主要是在固有的数控铣床、数控车床上来进行学生实验教学，学生只能在完整的固有机床上来练习机代码编程，及对机床的操作，而对整个机床的系统电路结构，控制方法并不了解，未能进行真正意义的机床机电控制实验。在市面上还找不到真正意义的开放式数控机床实验平台。为了适应机电一体化人才的市场需求，使实验者对车床、铣床、钻床、磨床相应的控制系统的整个结构，控制电路的设计，测试，CNC内部PLC程序修改，数控程序的编写，机床的操作控制都有一个完整的锻炼，使学生撑握数控机床控制系统的设计能力，机代码程序的编写能力，机床的实际操作能力。此集车床、铣床、钻床、磨床于一体的开放式实验平台，能非常有效地锻炼学生的机电一体化设计能力，且目前市面上还没有真正意义的数控机床实验平台，而数控机床又是机床发展的必然趋势，故此系统具有市场前景。
技术实现思路
为了使学生能设计、连接、测试车床、铣床、钻床、磨床的控制电路，并进行机代码编程、操作最终机床，本技术提供了一种开放式数控机床实验平台。主要解决能让学生去设计控制电路，而机床供电一般为交流380V，要能有效保证学生的生命安全，要合理地设计实验平台的分布结构，并将各元件的运行情况实时有效地反馈给学生。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是开放式数控机床实验平台，由床身、控制站、控制柜、实验接线面板组成，将教学车床、教学铣床、教学钻床、教学磨床结合到一起，所有的设计连线、反馈提示都处于控制柜的前面板。将强电与弱电控制线分开，系统控制线为开放式的，以便由学生自己动手设计连接实现控制。380V交流进来后，采用隔离变压器，保证对地电压安全。CNC中的PLC控制程序也开放给学生，学生可根据设计的连接电路修改PLC控制程序。控制柜的前面板为实验接线及反馈指示面板，采用急插件接口。 将交流接触器上强电线路接定，通过透明有机玻璃机箱封闭，并将连接电路印在透明有机玻璃上。前面板上包括的接口有CNC的输入/输出端口、各轴限位开关及零点开关端口、继电器控制端口、手轮端口、CNC上的电机控制线端口，还包括有各继电器、交流接触器、行程限位开关、零点开关状态的指示灯。前面板上对用户的反馈主要包括反馈给用户的LCD界面，及采集状态的LED指示灯和语音提示。前面板的下方为电机线端口，用铁盒盖好，打开盖子则自动断电，接好电机线，盖好盖子，系统才能开启电源。床身选用全新混合式小床身，具有三个进给轴，二个主轴，集车床、铣床、磨床、钻床于一体的床身。控制器选用西门子数控系统，802S，可实现车、铣、磨、钻动作的控制。手轮选用西门子标准三轴手脉。电机三个进给轴选用步进电机，及相应步进电机驱动器； 二个主轴都选交流电机，及一个交流变频器，选择控制二个交流主轴。机柜选用钢架结构标准机柜，机柜门板采用钢板加有机玻璃结构，可使机柜内部结构一目了然，便于教学。电气开关选用通过3C认证，知 名品牌的产品，保障安全。接口 选用拨插式端口，卡上就可以，使实验连接方便。本技术的有益效果是，集车床、铣床、钻床、磨床于一体，学生能设计、连接、测试车床、铣床、钻床、磨床的控制电路，并进行机代码编程、操作最终机床加工自己设计的工件。以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。附图说明图1为选用的机床各轴分布结构图；图2为机床运动结构图；图3为控制站结构图；图4为控制柜前面板接口及指示分布结构图；图5为控制柜内部强电元件分布结构图。图1中1.Z轴导轨，2. Y轴导轨，3.X轴导轨，4.主轴一，5.主轴二。图2中6. X轴运动方向及范围，7. Y轴运动方向及范围，8. Z轴运动方向及范围， 9.主轴一的交流电机，10.主轴二的交流电机。图3中11. CNC控制器，12.控制站底座，13.系统电源指示灯，14.系统启动按钮， 15.系统停止按钮，16.车床系统选择开关，17.磨床系统开关，18.钻床系统开关，19.急停开关。图4中20.指示灯，用于指示各继电器、交流接触器、行程限位开关的状态， 21. CNC输入/输出接口，22.各轴限位、零点开关接口，23.继电器控制模块接口，24.手轮接口，25.电机控制线接口，26.电机接口。图5中27.步进电机驱动模块，28.主轴变频器，29.系统电源开关，30.空气开关，31.交流接触器，32.继电器，33.隔离变压器，34.接线端子排，35.开关电源。具体实施方式在图2所示实施例中，进给轴X、Y、Z的电机可以选用步进电机或交流伺服电机，考虑到实验平台成本及系统主要用于学生动手能力的锻炼，对精度要求不太高，故选用步进电机，其中X轴、Y轴选用12Ν步进电机，Z轴选用15Ν步进电机，每个步进电机对应一个驱动器，X轴的行程与零点开关选用三个开关于一体的机械开关，一个代表X轴正限位，一个代表X轴负限位，一个代表X轴零点；Y轴、Z轴的行程与零点开关也采用同样的方式。主轴一与主轴二选用交流电机，主轴一与主轴二共用一个变频器，可调速及正反转，主轴一与主轴二不能同时动作。在图3所示实施例中，控制台高1.2米，与机柜分离，控制站底座上装有四个滑轮，控制台可随意拉动。系统控制器选用西门子802S型CNC，内带PLC控制器，学生可根据实际设计的连接电路，修改内部PLC控制程序系统电源指示灯，选用安全电压24V指示灯，当整个机床上电后则点亮。当按下系统启动按钮后则给控制系统上电，启动控制系统。系统停止按钮按下后则关闭控制系统电源，关闭控制系统。系统默认为进行铣床控制方式，当车床系统选择开关开启后系统则进入车床控制方式，当磨床系统选择开关开启后系统进入磨床控制方式，当钻床系统选择开关开启后系统进入钻床控制方式。控制台上开关电压全采用24V安全电压。控制器内固化了根据机床类型选择开关的选择实现不同控制方式及符合参考连接电路的参考机代码程序与PLC程序，学生可在实验中根据自己加工工件的要求编写对应的机代码程序、根据自己设计的控制连接电路修改PLC程序。在图4所示实施例中，各继电器、交流接触器、行程限位开关的指示灯采用MVLED 指示灯，分别用于指示各个继电器及交流接触器的导通情况。CNC的输入/输出接口其内部已经与CNC控制器上的输入/输出接口稳定连接，学生可根据自己的设计选择连接相应的器件，并将各端口编号在面板上明显标出。各轴限位零点开关其内部已经与机床上各轴正负限位与零点开关连接好，学生可根据设计将其连接到相应的CNC输入接口上去。继电器控制模块接口内部已经与机柜中继电器模块的控制端口连接好，学生可根据设计与CNC输出接口选择连接，去控制相应的继电器。手轮接口其内部已经与手轮连接好，主要有手脉电源接口、轴选择接口、倍率接口、脉冲输出接口，学生可根据设计连接到CNC输入接口上去。 电机控制线接口在内部已经与各轴的电机驱动器上的控制线连接好，学生可以根据设计选择与面板上CNC输出接口连接。电机接口在内部已经与电机驱动器上的电机输出线进行了本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．???开放式数控机床实验平台，由床身、控制站、控制柜、实验接线面板组成，其特征是：将教学车床、教学铣床、教学钻床、教学磨床结合到一起，所有的设计连线、反馈提示都处于控制柜的前面板。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭智勇，李宏周，刘建明，首照宇，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：45