機電一體化實(shí)訓平臺的設計與探索

液壓傳動(dòng)技術(shù)、傳感技術(shù)和可編程控制技術(shù)( PLC) 是現代工業(yè)控制系統的核心技術(shù)，眾多的機械加工機床、運輸設備、生產(chǎn)設備和工程機械均在逐步地采用或改造成為具有液壓傳動(dòng)系統和配置可編程控制的新型設備及含有該類(lèi)技術(shù)的現代化高科技新產(chǎn)品，其高精度、率、高質(zhì)量以及高的技術(shù)經(jīng)濟效益等*性使其廣泛應用． 尤其是近年來(lái)，液壓傳動(dòng)技術(shù)不僅在作為一種基本的傳動(dòng)形式上具有重要的技術(shù)地位，也以其優(yōu)良的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)性能成為一種重要的伺服控制措施．

目前，液壓傳動(dòng)技術(shù)、傳感技術(shù)和可編程控制技術(shù)是高校機電類(lèi)專(zhuān)業(yè)的主干課程，也是課程體系中的重要教學(xué)內容，具有很強的實(shí)踐性，但是所采用的實(shí)驗實(shí)訓設備基本上都是偏重于驗證理論知識． 液壓傳動(dòng)技術(shù)、傳感技術(shù)和可編程控制技術(shù)所對應的實(shí)驗室也是分開(kāi)的、獨立的，都是由制造商按照現行教材研制的常規理論驗證性實(shí)驗實(shí)訓設備，基本不具備技術(shù)的先進(jìn)性和前瞻性，學(xué)生的創(chuàng )新能力和工程實(shí)踐能力很難得到提高，對學(xué)生就業(yè)后在此技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展缺乏有力的促進(jìn)作用．

1 機電一體化實(shí)訓平臺的結構

根據機電類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)踐教學(xué)要求，結合現代先進(jìn)技術(shù)對高校人才綜合素養的職業(yè)需求，實(shí)現對學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養，設計與開(kāi)發(fā)了一臺功能性很強的機電一體化實(shí)訓平臺． 該平臺將液壓傳動(dòng)技術(shù)、傳感技術(shù)和可編程控制器( PLC) 技術(shù)有機地融合在一起，通過(guò)專(zhuān)業(yè)理論和應用技術(shù)的融會(huì )貫通，使學(xué)生真正理解機電一體化的概念、意義和作用，更重要的是該設計平臺可以使學(xué)生通過(guò)實(shí)訓進(jìn)行不同技術(shù)要求的程序設計編制、系統連接調試、操作運行記錄與運行結果的計算處理，真正意義上領(lǐng)會(huì )和掌握相關(guān)課程理論知識，并有效地提升了學(xué)生的實(shí)踐技能，提高了學(xué)生的動(dòng)手能力，開(kāi)發(fā)了學(xué)生的創(chuàng )新思維，培養了學(xué)生的工程實(shí)踐能力． 機電一體化實(shí)訓平臺結構框圖如圖1 所示，外觀(guān)效果圖如圖2 所示．

圖1 機電一體化實(shí)訓平臺結構框圖

圖2 機電一體化實(shí)訓平臺外觀(guān)效果圖

2 機電一體化實(shí)訓平臺液壓系統

機電一體化實(shí)訓平臺液壓系統如圖3 所示，XY向油缸結構如圖4 所示，液壓油缸活塞桿和連接板如圖5 所示．

圖3 機電一體化實(shí)訓平臺液壓系統結構圖

液壓系統主要由X 向和Y 向液壓直線(xiàn)油缸連接結構組成，2只油缸均為基本液壓直線(xiàn)油缸，其中X向油缸有效行程為400 mm，Y 向油缸有效行程為300mm; Y 向油缸和X 向油缸分別固定在底座和X 向底座上; 2 只油缸活塞桿均通過(guò)連接板和Y 向溜板及X向溜板連接，從而驅動(dòng)Y 向溜板和X 向溜板做直線(xiàn)往復運動(dòng); 活塞桿和連接板通過(guò)雙圓螺母緊固，其余的連接緊固件均為內六角螺釘．

圖4 XY 向油缸結構圖

圖5 液壓油缸活塞桿和連接板

3、機電一體化實(shí)訓平臺的溜板

機電一體化實(shí)訓平臺Y 向溜板( X 向滑座) 為典型矩形箱體類(lèi)零件，和普通立式數控銑床的Y 向溜板( X 向滑座) 結構基本相似． Y 向溜板( X 向滑座) 主視角軸側視圖如圖6 所示，仰視角軸側視圖如圖7 所示．

圖6 Y 向溜板( X 向滑座) 主視角軸側視圖

圖7 Y 向溜板( X 向滑座) 仰視角軸側視圖
外觀(guān)尺寸約為800 mm × 400 mm × 80 mm; 底部空缺部分深度尺寸約為50 mm，兩側為減輕重量進(jìn)一步條形凹進(jìn); 全部壁厚約為10 mm;
上平面2 長(cháng)條狀凸臺為X 向直線(xiàn)滾動(dòng)導軌條的安裝支撐條，其上分布的線(xiàn)性螺孔將按照選定的直線(xiàn)滾動(dòng)導軌外購件樣本確定; 上面中間部分下降約20 mm，目的是使X 向油缸中心下降，減小尺寸空間，上平面中部?jì)啥说膬蓧K矩形凸臺為X 向液壓油缸安裝支撐凸臺．
大端側視視角軸側視圖表面半圓孔兩側的4 個(gè)螺孔安裝Y 向油缸活塞桿連接板; 仰視視角軸側視圖兩條Y向條狀凸臺及16 個(gè)內六角螺釘安裝孔用于將該Y 向溜板( X 向滑座) 和Y 向滾動(dòng)導軌的4 塊滾動(dòng)塊通過(guò)16 個(gè)內六角螺釘連接( 每條導軌2 個(gè)滾動(dòng)塊) ．
800 mm 側面的5 個(gè)螺孔用于安裝帶有T 形槽的X向位置元件調節條，T 形槽內安裝X 向位置控制位置開(kāi)關(guān)( SQ) ; 400 mm 側面的4 個(gè)螺孔用于安裝帶有T 形槽的Y 向位置碰塊調節條，T 形槽內安裝Y 向位置碰塊; 材質(zhì)可選HT300，或鋁合金; 兩個(gè)Y 向矩形槽孔與Y 向滾動(dòng)導軌條低精度、大間隙配合; 半圓孔槽目的是為了避免和Y 向油缸干涉．

4、機電一體化實(shí)訓平臺的二次擴展

該工作臺可以進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，即可作為單片機綜合實(shí)驗實(shí)訓設備、電機拖動(dòng)實(shí)驗實(shí)訓設備、數控原理與系統實(shí)驗實(shí)訓設備，或用于上述課程的課程設計輔助設備． 機電一體化實(shí)訓平臺二次擴展結構圖如圖8 所示．

圖8 機電一體化實(shí)訓平臺二次擴展結構圖

①該工作臺若配置繼電器控制電路系統，即可完成目前教材中的大多數綜合性繼電器邏輯電路相關(guān)實(shí)驗，并且實(shí)踐教學(xué)效果和意義遠高于目前高校所用的常規繼電器控制電路實(shí)驗設備．

②該實(shí)訓工作臺若配置單片機實(shí)驗裝置，即可高質(zhì)量地完成單片機控制相關(guān)實(shí)驗． 尤其是該類(lèi)實(shí)驗實(shí)訓可以讓學(xué)生直接觀(guān)察到單片機是如何應用于工業(yè)設備的自動(dòng)控制，觀(guān)察到單片機系統的控制內容和控制效果，給出不同的工作要求，可通過(guò)軟件設計實(shí)現相應的運行狀態(tài)，使學(xué)生真切地體驗到現代化"柔性控制"的魅力．

③X － Y 兩坐標工作臺若改裝為滾珠絲桿螺母傳動(dòng)機構并配置直流或交流伺服電機或步進(jìn)電機，再和CNC 系統連接就可成為二坐標數控坐標工作臺，即可完成數控技術(shù)、數控機床典型傳動(dòng)及數控編程實(shí)訓，其教學(xué)效果直觀(guān)、簡(jiǎn)捷、方便、安全，而設備成本遠遠低于其他數控實(shí)驗設備; 上述二坐標工作臺若改裝為絲桿螺母傳動(dòng)機構并安裝直流或交流電機，再配置不同類(lèi)型的直流或交流調速控制系統，即可完成交、直流電機調速實(shí)驗，有利于學(xué)生理解和掌握交、直流電機調速系統相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識．

④另外，配置了PLC 或單片機的液壓動(dòng)力滑臺可以作為大中型組合機床、鏜銑床、機床的自動(dòng)加工進(jìn)給工作臺，具有一定的柔性控制功能，適用于傳統機床的技術(shù)改造，有助于提高傳統機械制造設備的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，對自動(dòng)化水平的提高、勞動(dòng)環(huán)境的改善、勞動(dòng)強度的降低起到很好的推動(dòng)作用．