機電一體化實訓平臺的設計與探索

液壓傳動技術、傳感技術和可編程控制技術( PLC) 是現代工業控制系統的核心技術，眾多的機械加工機床、運輸設備、生產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系統和配置可編程控制的新型設備及含有該類技術的現代化高科技新產品，其高精度、率、高質量以及高的技術經濟效益等優越性使其廣泛應用． 尤其是近年來，液壓傳動技術不僅在作為一種基本的傳動形式上具有重要的技術地位，也以其優良的靜態及動態性能成為一種重要的伺服控制措施．

目前，液壓傳動技術、傳感技術和可編程控制技術是高校機電類專業的主干課程，也是課程體系中的重要教學內容，具有很強的實踐性，但是所采用的實驗實訓設備基本上都是偏重于驗證理論知識． 液壓傳動技術、傳感技術和可編程控制技術所對應的實驗室也是分開的、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驗實訓設備，基本不具備技術的先進性和前瞻性，學生的創新能力和工程實踐能力很難得到提高，對學生就業后在此技術領域的發展缺乏有力的促進作用．

1 機電一體化實訓平臺的結構

根據機電類專業實踐教學要求，結合現代先進技術對高校人才綜合素養的職業需求，實現對學生工程實踐能力的培養，設計與開發了一臺功能性很強的機電一體化實訓平臺． 該平臺將液壓傳動技術、傳感技術和可編程控制器( PLC) 技術有機地融合在一起，通過專業理論和應用技術的融會貫通，使學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生通過實訓進行不同技術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，真正意義上領會和掌握相關課程理論知識，并有效地提升了學生的實踐技能，提高了學生的動手能力，開發了學生的創新思維，培養了學生的工程實踐能力． 機電一體化實訓平臺結構框圖如圖1 所示，外觀效果圖如圖2 所示．

圖1 機電一體化實訓平臺結構框圖

圖2 機電一體化實訓平臺外觀效果圖

2 機電一體化實訓平臺液壓系統

機電一體化實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 向液壓直線油缸連接結構組成，2只油缸均為基本液壓直線油缸，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連接板和Y 向溜板及X向溜板連接，從而驅動Y 向溜板和X 向溜板做直線往復運動; 活塞桿和連接板通過雙圓螺母緊固，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、機電一體化實訓平臺的溜板

機電一體化實訓平臺Y 向溜板( X 向滑座) 為典型矩形箱體類零件，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，兩側為減輕重量進一步條形凹進; 全部壁厚約為10 mm;
上平面2 長條狀凸臺為X 向直線滾動導軌條的安裝支撐條，其上分布的線性螺孔將按照選定的直線滾動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，上平面中部兩端的兩塊矩形凸臺為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 向滾動導軌的4 塊滾動塊通過16 個內六角螺釘連接( 每條導軌2 個滾動塊) ．
800 mm 側面的5 個螺孔用于安裝帶有T 形槽的X向位置元件調節條，T 形槽內安裝X 向位置控制位置開關( SQ) ; 400 mm 側面的4 個螺孔用于安裝帶有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; 材質可選HT300，或鋁合金; 兩個Y 向矩形槽孔與Y 向滾動導軌條低精度、大間隙配合; 半圓孔槽目的是為了避免和Y 向油缸干涉．

4、機電一體化實訓平臺的二次擴展

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

圖8 機電一體化實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實驗，并且實踐教學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驗設備．

②該實訓工作臺若配置單片機實驗裝置，即可高質量地完成單片機控制相關實驗． 尤其是該類實驗實訓可以讓學生直接觀察到單片機是如何應用于工業設備的自動控制，觀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，可通過軟件設計實現相應的運行狀態，使學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機構并配置直流或交流伺服電機或步進電機，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、數控機床典型傳動及數控編程實訓，其教學效果直觀、簡捷、方便、安全，而設備成本遠遠低于其他數控實驗設備; 上述二坐標工作臺若改裝為絲桿螺母傳動機構并安裝直流或交流電機，再配置不同類型的直流或交流調速控制系統，即可完成交、直流電機調速實驗，有利于學生理解和掌握交、直流電機調速系統相關專業知識．

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