输入
输出
自动控制
X00 电机M1
Y00
停止
X01 电机M2反转
Y01
手动控制
X02 电机M2正转
Y02
工作台点动 X03 电机M3
Y03
刀具上移点动 X04 自动工作指示灯
Y04
刀具下移点动 X05 手动工作指示灯
Y05
刀具转动
X06 工作台转动指示灯 Y06
刀具停止
X07 刀具上移指示灯
Y07
行程开关E1 X10 刀具下移指示灯
利用慧鱼配套的各种零件、如齿轮、圆盘、立 柱、蜗轮、蜗杆、微型电机、行程开关以及各种接 插件，紧固件等按设计要求可组装成立式钻床的模 型。这些零件大都是由工程塑料制成，有相当的强 度与硬度，而且加工尺寸标准、精度很高，因而组 装起来配合精密、模型牢固稳定。
2 方案设计
2.1 机械结构设计
钻床是用于加工内孔的机床，主要加工外形复 杂、没有对称回转轴线的工件。立式钻铣床是应用 较广泛的机床，既可以进行孔的钻、扩、铰加工， 又可以进行简单的铣削加工；其特点为主轴轴线垂 直布置，工件放在工作台上，工作台和进给箱都可 沿立柱调整其上下位置，以适应不同的高度，工作
D第ec. 12100卷1
晰观察。 3) 因实际生产中的立式钻床在加工是由人工操
作，在模型中无法表示，因此我们采用定时器T0 来表示加工时间，定时时间到，表示加工完成，可 进行下一动作。定时器的定时时间可自由调整。
4 系统调试
当程序设计完成以后就可以联机调试了，利用 三菱PLC自带的Fxgpwin软件，能够在计算机上编 辑，修改程序。通过RS232C串行通信接口，可直 接将修改完毕的程序输入到PLC的EPROM里，然 后再将PLC的输入输出端子接到相应的电气元件设 备（按钮，行程开关，电机）上，就可以进行调试 了。Fxgpwin软件也具有在线监控功能，可在程序 运行期间直接在计算机屏幕上监控各个I/O元素的 状态。
庆:重庆大学出版社. 收稿日期：2001-08-18
Design Automatic Vertical Drilling-milling Machine by Fishertechnik Teaching Models TIAN Xiao-jun, REN Hong-tao
(Dept. of Mechanical, Luoyang College of Technology, Luoyang 471003, China) Abstract : Fischertechnik is very popular on schools and universities for simulating and teaching technical coherences. Through constructing automatic vertical drilling-milling machine by fishertechnik teaching models, this paper introduced the idea that how to simulate designing and controlling the machine. Key words: Fishertechnik; PLC; Vertical Drilling-milling Machine
factous between the strength listed before, the correlative foumulas aue given out. The appropriate methods to test
表1 行程开关和电机的作用 作用 进给运动的上限位行程开关 进给运动的下限位行程开关，调节 E2 控制多工位钻孔 工作台电机 主轴进给电机 主轴旋转电机
考虑到在实际生产中往往有多种控制模式，设 计了手动控制和自动控制两种方法，并且注意了这 两种方法的相互联锁。所以手动控制和自动控制不 会同时启动，只有停止了机床后才可以进行相互转 换。当设置为手动控制后，各个电机可以自由控 制，增加了设计的灵活性。
3.2 PLC硬件电路设计
根据系统的控制要求，确定I/O 口分配如表2： 目前，在机床的电气控制中，可编程控制器的 应用越来越广泛，因此，本例采用了目前应用较多 的三菱FXON系列PLC来控制该自动钻床。 FXON系列PLC是由日本三菱公司生产的一种超 小型PLC，主要用于较简单的开关量控制，配以模 拟单元也可进行模拟量控制。根据电气控制设计设 计方案，可选用FXON-40MR型的PLC。它的性能指 标为：24点输入。编号范围为X400～X413和X500 ～Y513；16点输出。 编号范围为Y430～Y437和 Y530～Y537；有24点定时范围为0.1～999秒的定 时器和8点定时范围为0.01～99.9秒的定时器；有32
第11卷 第4期 2001年12月
洛阳工业高等专科学校学报 Journal of Luoyang Technology College
Vol.11 No.4 Dec. 2001
利用慧鱼教具及创意组合模型设计自动立式钻铣床
田小军，任宏涛
（洛阳工业高等专科学校 机械工程系，河南 洛阳 471003 ）
摘 要：介绍了慧鱼创意组合模型模拟机床设计及控制的思想，并且通过制作自动立式钻铣床的具
(上接第11页)
The Strength acceptance Limit of the Structural Concrete LI Jin-feng1, LIU Li-xin2
(1.The Sturctural Engineering Quality Detecting Station of Louyang City, Luoyang 471000,China;
2.College of Civil & Building Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450002,China)
Abstract: The strength of concrete under the standaud curing and, the same curing condition ot the structures of two
动只需电机带动即可，因此在设计传动系统时主要
考虑前两者的运动。其中工作台的运动是这样考虑
的：动力来源是由电机M1提供的，电机又通过两
级齿轮减速机构来带动蜗杆传动，蜗杆又带动蜗轮
传动，工作台是直接连
在蜗轮上的。因此，齿
轮和蜗轮蜗杆构成了圆
工作台的传动系统，其
结构如图1所示。自动进
给机构采用的是齿轮齿
条传动，它的动力来源
5 结束语
由于“慧鱼”具有很高的技术含量和无限丰富
的创造力，不仅国外的很多的大型工业企业利用 “慧鱼”来模拟大型机械设备的仿真，而且欧美的 许多国家还普遍用作教具，来辅助理论教学。慧鱼 模型组合体系提供的创意可能性取之不尽，用之不 竭。在学校教学过程中遇到的很多复杂的技术性问 题都可以借助慧鱼模型进行展示，让学生获得感性 认识。
个均有掉电保护功能的计数器。该型号PLC功能较
强，平均每步执行速度约为1µs，其输入输出相应 时间不超过10ms。另外，在PLC的内部还提供有24
伏直流电源，因此，在驱动功率不大的情况下，无
须外接直流电源。而且，由于PLC的输出为继电器输
出，因此，无须放大电路即可带动驱动电机工作。
表2 I/O 口分配表
台可以横向进给、纵向进给、回转工作台可以回 转。因此须将钻床主轴设计成可以自动上下移动 的，以实现机床的自动进给。另外，要控制工作台 能够实现工作台的横向、纵向和回转工作台的回转 运动。
2.2 机械传动系统设计
钻铣床的运动主要有工作台的横向进给、纵向
进给、回转工作台的回转运动，主轴沿立柱的进给
运动以及主轴自身的旋转运动。因为主轴的旋转运
3.1 电气控制设计
自动钻床运动主要有两大部分组成：圆工作台
第4期
田小军等 利用慧鱼教具及创意组合模型设计自动立式钻铣床
19
的圆周运动和进给箱沿
立柱的进给运动。电机
M1以及圆工作台上的挡
块和行程开关组成了工
作台的硬件控制部分，当
工作台转到待加工位置
时，相应的行程开关动
作，工作台停下，加工完 毕后再转到下一个加工位
作用，此时只能点动下移。同样当点动下移时，如
压下行程开关E2时，则点动下移失去作用，此时只
能点动上移。当手动控制时行程开关E3自动失去作
用，工作台可以转动任意角度。
根据自动立式钻床电气系统控制程序流程，可
编写出相应的梯形图程序。为了保证系统运行的可
靠性以及满足加工要求，程序须达到如下要求：
1) 利用两个软继电器M1和M3分别表示自动控
图2 自动立式钻床进给 机构传动系统简图
置。这样就能实现多工位加工，再结合PLC的软件控
制就可以实现工作台的自动控制了。进给机构的硬件
控制部分也是由挡块和行程开关组成的，在立柱的上
下限位置分别放置两个行程开关，进给箱就可以在电
机M2的带动下沿立柱上下移动了。各行程开关和电机
的作用由表1给出。
元件 E1 E2 E3 M1 M2 M3
由电机M2提供。电机M2 通过一个五级减速机构 后带动齿条运动。五级
图1 自动立式钻床圆 工作台传动系统图
减速机构中也有一级是蜗轮蜗杆传动。这主要是考
虑到主轴在沿立柱上下运动时需要可靠自锁，而蜗
轮蜗杆传动很重要的一个特点就是在满足一定的条件
下能够实现很好的自锁性，其结构如图2 所示。
3.电气控制系统设计
concrete companies is determined in this experiment. As the most direct putative strength, the strength of the