机电一体化实训平台的设计与探索

液压传动技术、传感技术和可编程控制技术( PLC) 是现代工业控制系统的核心技术，众多的机械加工机床、运输设备、生产设备和工程机械均在逐步地采用或改造成为具有液压传动系统和配置可编程控制的新型设备及含有该类技术的现代化高科技新产品，其高精度、率、高质量以及高的技术经济效益等*性使其广泛应用． 尤其是近年来，液压传动技术不仅在作为一种基本的传动形式上具有重要的技术地位，也以其优良的静态及动态性能成为一种重要的伺服控制措施．

目前，液压传动技术、传感技术和可编程控制技术是高校机电类专业的主干课程，也是课程体系中的重要教学内容，具有很强的实践性，但是所采用的实验实训设备基本上都是偏重于验证理论知识． 液压传动技术、传感技术和可编程控制技术所对应的实验室也是分开的、独立的，都是由制造商按照现行教材研制的常规理论验证性实验实训设备，基本不具备技术的先进性和前瞻性，学生的创新能力和工程实践能力很难得到提高，对学生就业后在此技术领域的发展缺乏有力的促进作用．

1 机电一体化实训平台的结构

根据机电类专业实践教学要求，结合现代先进技术对高校人才综合素养的职业需求，实现对学生工程实践能力的培养，设计与开发了一台功能性很强的机电一体化实训平台． 该平台将液压传动技术、传感技术和可编程控制器( PLC) 技术有机地融合在一起，通过专业理论和应用技术的融会贯通，使学生真正理解机电一体化的概念、意义和作用，更重要的是该设计平台可以使学生通过实训进行不同技术要求的程序设计编制、系统连接调试、操作运行记录与运行结果的计算处理，真正意义上领会和掌握相关课程理论知识，并有效地提升了学生的实践技能，提高了学生的动手能力，开发了学生的创新思维，培养了学生的工程实践能力． 机电一体化实训平台结构框图如图1 所示，外观效果图如图2 所示．

图1 机电一体化实训平台结构框图

图2 机电一体化实训平台外观效果图

2 机电一体化实训平台液压系统

机电一体化实训平台液压系统如图3 所示，XY向油缸结构如图4 所示，液压油缸活塞杆和连接板如图5 所示．

图3 机电一体化实训平台液压系统结构图

液压系统主要由X 向和Y 向液压直线油缸连接结构组成，2只油缸均为基本液压直线油缸，其中X向油缸有效行程为400 mm，Y 向油缸有效行程为300mm; Y 向油缸和X 向油缸分别固定在底座和X 向底座上; 2 只油缸活塞杆均通过连接板和Y 向溜板及X向溜板连接，从而驱动Y 向溜板和X 向溜板做直线往复运动; 活塞杆和连接板通过双圆螺母紧固，其余的连接紧固件均为内六角螺钉．

图4 XY 向油缸结构图

图5 液压油缸活塞杆和连接板

3、机电一体化实训平台的溜板

机电一体化实训平台Y 向溜板( X 向滑座) 为典型矩形箱体类零件，和普通立式数控铣床的Y 向溜板( X 向滑座) 结构基本相似． Y 向溜板( X 向滑座) 主视角轴侧视图如图6 所示，仰视角轴侧视图如图7 所示．

图6 Y 向溜板( X 向滑座) 主视角轴侧视图

图7 Y 向溜板( X 向滑座) 仰视角轴侧视图
外观尺寸约为800 mm × 400 mm × 80 mm; 底部空缺部分深度尺寸约为50 mm，两侧为减轻重量进一步条形凹进; 全部壁厚约为10 mm;
上平面2 长条状凸台为X 向直线滚动导轨条的安装支撑条，其上分布的线性螺孔将按照选定的直线滚动导轨外购件样本确定; 上面中间部分下降约20 mm，目的是使X 向油缸中心下降，减小尺寸空间，上平面中部两端的两块矩形凸台为X 向液压油缸安装支撑凸台．
大端侧视视角轴侧视图表面半圆孔两侧的4 个螺孔安装Y 向油缸活塞杆连接板; 仰视视角轴侧视图两条Y向条状凸台及16 个内六角螺钉安装孔用于将该Y 向溜板( X 向滑座) 和Y 向滚动导轨的4 块滚动块通过16 个内六角螺钉连接( 每条导轨2 个滚动块) ．
800 mm 侧面的5 个螺孔用于安装带有T 形槽的X向位置元件调节条，T 形槽内安装X 向位置控制位置开关( SQ) ; 400 mm 侧面的4 个螺孔用于安装带有T 形槽的Y 向位置碰块调节条，T 形槽内安装Y 向位置碰块; 材质可选HT300，或铝合金; 两个Y 向矩形槽孔与Y 向滚动导轨条低精度、大间隙配合; 半圆孔槽目的是为了避免和Y 向油缸干涉．

4、机电一体化实训平台的二次扩展

该工作台可以进行二次开发，即可作为单片机综合实验实训设备、电机拖动实验实训设备、数控原理与系统实验实训设备，或用于上述课程的课程设计辅助设备． 机电一体化实训平台二次扩展结构图如图8 所示．

图8 机电一体化实训平台二次扩展结构图

①该工作台若配置继电器控制电路系统，即可完成目前教材中的大多数综合性继电器逻辑电路相关实验，并且实践教学效果和意义远高于目前高校所用的常规继电器控制电路实验设备．

②该实训工作台若配置单片机实验装置，即可高质量地完成单片机控制相关实验． 尤其是该类实验实训可以让学生直接观察到单片机是如何应用于工业设备的自动控制，观察到单片机系统的控制内容和控制效果，给出不同的工作要求，可通过软件设计实现相应的运行状态，使学生真切地体验到现代化"柔性控制"的魅力．

③X － Y 两坐标工作台若改装为滚珠丝杆螺母传动机构并配置直流或交流伺服电机或步进电机，再和CNC 系统连接就可成为二坐标数控坐标工作台，即可完成数控技术、数控机床典型传动及数控编程实训，其教学效果直观、简捷、方便、安全，而设备成本远远低于其他数控实验设备; 上述二坐标工作台若改装为丝杆螺母传动机构并安装直流或交流电机，再配置不同类型的直流或交流调速控制系统，即可完成交、直流电机调速实验，有利于学生理解和掌握交、直流电机调速系统相关专业知识．

④另外，配置了PLC 或单片机的液压动力滑台可以作为大中型组合机床、镗铣床、机床的自动加工进给工作台，具有一定的柔性控制功能，适用于传统机床的技术改造，有助于提高传统机械制造设备的生产效率和质量，对自动化水平的提高、劳动环境的改善、劳动强度的降低起到很好的推动作用．