交叉重叠式全自动箕舌线打印机的制作方法

技术领域：

本发明属于教学领域，具体涉及交叉重叠式全自动箕舌线打印机。

背景技术：
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箕舌线是人们最常用的图形，标准方程为x＝atanθ，y＝acos2θ，解析表达式为：y＝a3/(x2+a2)，它是包括定圆直径两端的切线和割线通过正交运动生成的曲线，单参数a的不同取值使曲线之间变化较大，所述交通、电子和通讯行业应用非常广泛，如挖掘类工具的铲头、公路上的减速带，是理工科学生必须掌握的内容，目前没有合适的工具进行快速绘图或相关工件的加工，影响教学效果和生产效率。

为了解决上述问题，近阶段也出现了少数的关于绘图方面的装置，如，专利申请号为201610230017.5的文献中给出了“一体化绘图仪”，包括两个基座，连接两个基座的第一光杆轴和第二光杆轴，第二光杆轴的一端通过滑块与第一光杆轴铰接在一起，利用滑动槽下方的m杆及n杆通过轴套铰接，所述n杆的一端设有粉笔支撑架。此绘图仪只能完成一些简单曲线的描绘，不能用于箕舌线。专利申请号为201820149220.4的文献中给出了“一种圆锥曲线定义演示板”，是在画板的一个面上固定有两个轴，形成两个定点，一画笔，该画笔连接有画绳，画绳套设在两个轴上，只能演示简单的椭圆，不能用于箕舌线绘图、槽沟切割方面，适用性不足。

技术实现要素：
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为解决上述技术问题，本发明交叉重叠式全自动箕舌线打印机，包括：底盘支架、滑道板架、驱动器、径向转杆、横向滑框、切向滑杆、纵向滑框、基圆转杆、打印机构、平衡连索、托板和储料箱。所述底盘支架包括管形框架、立杆、调位地脚，所述托板置于底盘支架下部，所述纵向滑框置于底盘支架内，所述滑道板架置于底盘支架上，所述驱动器、切向滑杆、横向滑框和储料箱分别置于滑道板架上，所述径向转杆和基圆转杆分别置于驱动器上，所述平衡连索将纵向滑框通过底盘支架进行内联。

进一步技术方案，所述径向转杆包括第一径杆、第二径杆、径杆连板和第一栓轴，所述第一径杆是在中上部设有槽沟的薄硬板杆，所述第一径杆的槽沟中设有第七滑块，所述第七滑块上设有第一栓轴，所述第一径杆的一端设有垂直的径杆连板，所述包括矩形硬板杆做成的径杆连板外端设有第二径杆，所述第二径杆与第一径杆相同且平行相对，所述第二径杆槽沟中设有第八滑块。

进一步技术方案，所述基圆转杆包括转杆基板、第一撑杆、第二撑杆、第二电机和外螺纹管，所述包括长方体硬板块做成的转杆基板下面设有固定的圆管，所述圆管的下端前半圆弧上设有半圆管，所述转杆基板上面左右边棱处分别设有固定的l形棱板，两根l形棱板间形成截面形状为┴的槽沟，所述转杆基板上┴形槽沟中部设有垂直的外螺纹管，所述外螺纹管和圆管轴线相同，所述转杆基板上部的外螺纹管上分别设有第一撑杆和螺母，所述第一撑杆是中部设有槽沟的矩形硬板杆，所述第一撑杆插在┴形槽沟的横沟内，所述第一撑杆的槽沟套在外螺纹管上，所述螺母在第一撑杆上面，所述拧紧螺母能使第一撑杆固定，所述第一撑杆上面边棱和后端依次设有第三刻度和固定的第二电机，所述第二电机与第一电机相同，所述第二电机的电机轴杆垂直向上，所述电机轴杆上端设有固定的第二撑杆，所述第二撑杆与第一撑杆相同，所述第一撑杆上面和槽沟中依次设有第四刻度和第十四滑块，所述第十四滑块上设有销锁。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明的交叉重叠式全自动箕舌线打印机，操作简单，所述初始条件下只要转动电控开关就能完成所有功能。

操作简单，所述初始条件下只要转动电控开关就能完成所有功能。功能齐全：能完成任意基圆下箕舌线的绘制、槽沟切割、柱面注塑；所成箕舌线准确精度高，结构紧凑成本低廉携带方便；适用性强：能在纸张或实物板面上绘图、切割、筑塑。适用于教学、建筑、模具制作及机械加工。

2、本发明的交叉重叠式全自动箕舌线打印机，功能齐全：能完成任意基圆下箕舌线的绘制、槽沟切割、柱面注塑；所成箕舌线准确精度高；适用性强：能在纸张或实物板面上绘图、切割、筑塑。适用于教学、建筑、模具制作及机械加工。

3、目前市面上没有该种产品出现，交叉重叠式全自动箕舌线打印机结构紧凑成本低廉安全可靠装置轻巧。

附图说明：

附图用来提供对本发明进一步理解，并且说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不对本发明的限制，所述附图中：

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中底盘支架的结构示意图。

图3是本发明中滑道板架的结构示意图。

图4是本发明中驱动器的结构示意图。

图5是本发明中径向转杆的结构示意图。

图6是本发明中横向滑框的结构示意图。

图7是本发明中切向滑杆的结构示意图。

图8是本发明中纵向滑框的结构示意图。

图9是本发明中基圆转杆的结构示意图。

附图中：1-底盘支架、11-管形框架、12-立杆、13-调位地脚、14-第一滑块、15-第二滑块、16-第三滑块、17-第四滑块、18-第一滑轮、19-第二滑轮、110-第三滑轮、111-第四滑轮、112-第五滑轮、113-第六滑轮；2-滑道板架、21-第一u形架、22-第二u形架、23-第五滑块、24-第六滑块、25-第一刻度、26-矩形槽沟；3-驱动器、31-驱动底板、32-驱动立板、33-第一圆轴套、34-第二圆轴套、35-第一圆轴管、36-第一齿轮、37-第一电机、38-定位杆、39-第一圆环盘、310-第二圆环盘、311-第二齿轮；4-径向转杆、41-第一径杆、42-第二径杆、43-径杆连板、44-第七滑块、45-第八滑块、46-第一栓轴；5-横向滑框、51-横框上杆、52-横框下杆、53-横框立板、54-第九滑块、55-第十滑块、56-第三豁口、57-第二栓轴、58-第一支杆；6-切向滑杆、61-切向槽板、62-第十一滑块、63-第二刻度、64-第三栓轴、65-第二支杆；7-纵向滑框、71-纵框上杆、72-纵框下杆、73-纵框连杆、74-第十二滑块、75-第十三滑块、76-第三支杆；8-基圆转杆、81-转杆基板、82-第一撑杆、83-第二撑杆、84-第二电机、85-电机轴杆、86-外螺纹管、87-螺母、88-l形棱板、89-圆管、810-半圆管、811-第十四滑块、812-第三刻度、813-第四刻度。

具体实施方式：

如图所示，交叉重叠式全自动箕舌线打印机，包括：底盘支架1、滑道板架2、驱动器3、径向转杆4、横向滑框5、切向滑杆6、纵向滑框7、基圆转杆8、打印机构9、平衡连索100、托板200和储料箱300。所述底盘支架1包括管形框架11、立杆12、调位地脚13，所述托板200置于底盘支架1下部，所述纵向滑框7置于底盘支架1内，所述滑道板架2置于底盘支架1上，所述驱动器3、切向滑杆6、横向滑框5和储料箱300分别置于滑道板架2上，所述径向转杆4和基圆转杆8分别置于驱动器3上，所述平衡连索100将纵向滑框7通过底盘支架1进行内联。

所述管形框架11包括四块矩形硬板垂直端连而成的矩形管架，所述管形框架11的四根框板上分别设有与长棱平行的槽沟，所述前后框板槽沟内依次设有第一滑块14和第二滑块15，所述左右框板槽沟内依次设有第三滑块16和第四滑块17，所述第三滑块16和第四滑块17外面依次设有第一滑轮18和第二滑轮19，从左前棱开始在管形框架11外面四个竖棱上逆时针方向依次设有第三滑轮110、第四滑轮111、第五滑轮112和第六滑轮113，所述管形框架11四个竖棱下面分别设有立杆12，所述每根立杆12下端设有调位地脚13。所有滑轮都是同一轴上设有两个独立的定滑轮。

所述滑道板架2包括第一u形架21和第二u形架22，所述第一u形架21是包括三块矩形硬板垂直端连而成的呈字母u形的开口板架，左右宽度与管形框架11相同，前后长度比管形框架11的长度要小，所述第一u形架21上面设有第二u形架22，所述第二u形架22与第一u形架21形状相似，左右宽度相同，前后长度比管形框架11短而比第一u形架长，上下高度比第一u形架高，所述第二u形架22左右两个平行立板外侧中部分别设有第一刻度25，所述第一刻度25上下两旁分别设有平行相对的槽沟，所述上部的两个槽沟中分别设有第五滑块23，所述下部的两个槽沟中分别设有带锁的第六滑块24，所述第二u形架22下面左右边棱固定在第一u形架21上面左右边棱后端，所述第二u形架22的横板在第一u形架21横板后面，两块横板间矩形槽沟26。

所述驱动器3包括驱动底板31、驱动立板32、第一圆轴管35、第一齿轮36、第一电机37和定位杆38，所述包括矩形硬板做成的驱动底板31上中后部设有第一圆轴套33，所述第一圆轴套33垂直固定在驱动底板31的圆孔内，所述第一圆轴套33内设有第一圆轴管35，所述驱动底板31下方第一圆轴套33下面的第一圆轴管35上设有第二圆环盘310，所述第二圆环盘310的内圆周固定在第一圆轴管35外，所述第一圆轴管35下端管孔内设有定位杆38，所述定位杆38是内插的直圆杆，所述第一圆轴套33上面的第一圆轴管35上从下往上依次设有第一齿轮36、第二圆轴套34和第一圆环盘39，第二圆轴套34和第一圆环盘39分别与第一圆轴套33和第二圆环盘310相同，所述第一圆轴套33外设有固定的驱动立板32，所述驱动立板32是垂直固定在驱动底板31后边棱上的矩形硬板，所述驱动立板32上设有固定的步进式第一电机37，所述第一电机37转轴上设有第二齿轮311，所述第二齿轮311与第一齿轮36啮合，所述第一圆轴管35与第二圆轴套34和第二圆轴套34是定轴相连。

所述径向转杆4包括第一径杆41、第二径杆42、径杆连板43和第一栓轴46，所述第一径杆41是在中上部设有槽沟的薄硬板杆，所述第一径杆41的槽沟中设有第七滑块44，所述第七滑块44上设有第一栓轴46，所述第一径杆41的一端设有垂直的径杆连板43，所述包括矩形硬板杆做成的径杆连板43外端设有第二径杆42，所述第二径杆42与第一径杆41相同且平行相对，所述第二径杆42槽沟中设有第八滑块45。

所述横向滑框5包括横框上杆51、横框下杆52和横框立板53，所述横框上杆51是在中后部设有槽沟的矩形硬板杆，所述横框上杆51的槽沟中设有第九滑块54，所述横框上杆51的右端设有垂直的矩形硬直板横框立板53，所述横框立板53后边棱上设有矩形的第三豁口56，所述横框立板53外端设有横框下杆52，所述横框下杆52与横框上杆51相同且平行相对，所述横框下杆52的槽沟中设有第十滑块55，所述第十滑块55上设有第二栓轴57，所述第二栓轴57是在外螺纹管上设有两个螺母形成的螺栓，所述横框下杆52和横框上杆51外端设有端连的横框立板53，两个横框立板53相同且平行相对，所述两个横框立板53外侧中部分别设有第一支杆58，所述第一支杆58中心到它下方第三豁口56中心的距离于第五滑块23和第六滑块24上下间的中心距。

所述切向滑杆6包括切向槽板61、第十一滑块62、第二刻度63、第三栓轴64和第二支杆65，所述切向槽板61是在前部设有槽沟的硬直板，所述切向槽板61的槽沟中设有第十一滑块62，所述第十一滑块62上设有第三栓轴64，所述切向槽板61上的槽沟后面设有第二刻度63，所述切向槽板61的两端后部分别设有宽度小于切向槽板61宽度的第二支杆65。

所述纵向滑框7包括纵框上杆71、纵框下杆72和纵框连杆73，所述纵框上杆71是在中部设有槽沟的硬板杆，所述纵框上杆71的槽沟中设有第十二滑块74，所述纵框上杆71的前端设有垂直的矩形硬板纵框连杆73，所述纵框连杆73外端设有纵框下杆72，所述纵框下杆72与纵框上杆71相同且平行相对，所述纵框下杆72的槽沟中设有第十三滑块75，所述纵框下杆72和纵框上杆71后端设有端连的纵框连杆73，两个纵框连杆73相同且平行相对，所述两个纵框连杆73外侧中部分别设有固定的第三支杆76。

所述基圆转杆8包括转杆基板81、第一撑杆82、第二撑杆83、第二电机84和外螺纹管86，所述包括长方体硬板块做成的转杆基板81下面设有固定的圆管89，所述圆管89的下端前半圆弧上设有半圆管810，所述转杆基板81上面左右边棱处分别设有固定的l形棱板88，两根l形棱板88间形成截面形状为┴的槽沟，所述转杆基板81上┴形槽沟中部设有垂直的外螺纹管86，所述外螺纹管86和圆管89轴线相同，所述转杆基板81上部的外螺纹管86上分别设有第一撑杆82和螺母87，所述第一撑杆82是中部设有槽沟的矩形硬板杆，所述第一撑杆82插在┴形槽沟的横沟内，所述第一撑杆82的槽沟套在外螺纹管86上，所述螺母87在第一撑杆82上面，所述拧紧螺母87能使第一撑杆82固定，所述第一撑杆82上面边棱和后端依次设有第三刻度812和固定的第二电机84，所述第二电机84与第一电机37相同，所述第二电机84的电机轴杆85垂直向上，所述电机轴杆85上端设有固定的第二撑杆83，所述第二撑杆83与第一撑杆82相同，所述第一撑杆82上面和槽沟中依次设有第四刻度813和第十四滑块811，所述第十四滑块811上设有销锁。

工作原理：

本发明的交叉重叠式全自动箕舌线打印机的工作原理是，包括定圆直径及其两端点切线和割线围成的直角三角形，斜边中弦与弦外部分的变化为反向，利用平行滑杆间交叉及重叠关系将圆周运动和切向运动合成为正交运动，通过转杆上点的连续性达到变基圆多样任意性的目的。其特点是：操作简单，所述初始条件下只要推拉把手就能完成所有功能。功能齐全：能完成多个基圆形成的箕舌线的演示、轨迹曲线绘制、槽沟切割；所成曲线准确精度高，结构紧凑成本低廉携带方便；适用性强：能在多种场合任意角度演示，能在纸张或事物板面是绘图或切割。适用于教学、雕刻、工程设计及机械加工。

本发明的交叉重叠式全自动箕舌线打印机，具有连续绘制出完整曲线的功能，操作步骤是：

一、仪器组装，1]将底盘支架1置于平台上转动调节地脚12使管形框架11处于平稳状态。2]将横向滑框5、切向滑杆6分别置于滑道板架2内。3]将装有横向滑框5、切向滑杆6的滑道板架2固定在底盘支架1上。4]将纵向滑框7置于管形框架11内并与横向滑框5连接。5]将驱动器3置于滑道板架2上。6]将径向转杆4固定在驱动器3上并与切向滑杆6和纵向滑框6连接。7]将基圆转杆8置于驱动器3上并与横向滑框5和径向转杆4连接。8]将托板200置于底盘支架1上。9]将储料箱300置于驱动底板31上，关闭阀门3003。10]从打印机构9中选定适宜的打印工具91置于第二栓轴57下端管内。

二、符号设置：1]方程为x2+y2-ay＝0的圆记为⊙a，所述⊙a上以定点(0，0)割线形成的箕舌线记为oq，⊙a称为oq的基圆，oq的参数方程为：x＝atanθ，y＝acos2θ，oq的函数表达式为：y＝a3/(x2+a2)，oq的顶点为(0，a)，特殊对称点为(a，a/2)和(-a，a/2)。2]托板200上坐标系设为oxy，所述oxy中以基圆⊙a上点o为定切点形成的箕舌线为oq，q为箕舌线上动点。3]第一圆轴管35的中心线在托板200上oxy中的垂足为点o。4]第二撑杆83随第二电机84转动第十四滑块811上第一栓轴46的中心点做圆周运动，这个圆投影在oxy中就是基圆⊙a，5]切向滑杆6上第十一滑块62上第三栓轴64的中心点做水平直线运动，所述oxy中投影就是基圆⊙a在顶点a处的切线上。6]径向转杆4上第一栓轴46的中心点所在的直线投影在oxy中就是基圆⊙a在点o处的割线。7]纵框下杆72和横框下杆42上的第二栓轴57中心点所做运动的轨迹在oxy中投影就是箕舌线。8]电机轴杆85轴线分别到外螺纹管86中心线和第十四滑块811上第一栓轴46中心线的距离相都是基圆⊙a的半径。9]第一刻度25的零点与第一圆轴管35轴线前后一致，第一撑杆82中线过电机轴杆85轴线及外螺纹管86中心且为水平状态，第三刻度812和第四刻度813的零点都在电机轴杆85的轴线处，第二刻度63的零点在第一撑杆82中线所在的垂直面上。10]第二电机84的转速是第一电机37的2倍，都用同一开关k控制，k处在正转档位表示第二撑杆83和径向转杆4逆时针转动，k处在负转档位表示第二撑杆83和径向转杆4顺时针转动，k处在零档位表示静止。

三、初始位置调整：1]定基圆⊙a及直径为a，松开螺母87使第一撑杆82上第三刻度812值a/2位置对准外螺纹管86中心线后拧紧。2]移动切向滑杆6使第三栓轴64的中心位于第二刻度63上的刻度值a处后固定。3]将画有坐标系oxy，方程为x2+y2-ay＝0的圆⊙a，特殊点a(0，a)、q1(a，a/2)、q2(-a，a/2)、q3(31/2a，a/4)、q4(-31/2a，a/4)的纸张m固定在托板200上，将定位杆38下端定在原点o处。4]移动第十四滑块811使其上第一栓轴46的中心位于第四刻度813上的刻度值a/2处后固定。分别启动第二电机84和第一电机37调整横向滑框5与第二撑杆83上下重合，打印工具91外端位于点q1后关闭电机。5]移动第三滑块16和第四滑块17分别与第二u形架22上两个第六滑块24相同位置后固定。

四、绘制箕舌线：1]把打印工具91内缩于管内。2]把k处在负转档位，打印工具91投影点向点q3移动，所述打印工具91投影点到达点q3时将k处在零档位。3]将打印工具91伸出并与点q3接触，把k处在正转档位，打印工具91的工作点从q3开始经点q1向点a移动并绘出曲线aq1q3。4]打印工具91工作点经过点a后继续向点q4移动并绘出曲线，所述工作点到达点q4时将k处在零档位，曲线aq2q4与曲线aq1q3对称。5]把打印工具91内缩于管内。

五、绘制结束：取下图纸m，将装置恢复到初始状态。

本发明的交叉重叠式全自动箕舌线打印机，具有连续切割出完整箕舌线槽沟的功能，操作步骤是：

一、仪器组装：1]-9]与具有连续绘制出完整曲线的相同。10]从打印机构9中选定适宜的切割工具92置于第二栓轴57下端管内。

二、符号设置：与具有连续绘制出完整曲线的相同。

三、初始位置调整：1]-2]与具有连续绘制出完整曲线的相同。3]将画有坐标系oxy，方程为x2+y2-ay＝0的圆⊙a、点a(0，a)、q1(a，a/2)、q2(-a，a/2)、q3(31/2a，a/4)、q4(-31/2a，a/4)的待切割板材m固定在托板200上，将定位杆38下端定在原点o处。4]-5]与具有连续绘制出完整曲线的相同。

四、切割箕舌线槽沟：与具有连续绘制出完整曲线的相同。

五、切割结束：取下工件m，将装置恢复到初始状态。

本发明的交叉重叠式全自动箕舌线打印机，具有连续快速注塑箕舌线柱面板材的功能，操作步骤是：

一、仪器组装：1]-9]与具有连续绘制出完整曲线的相同。10]从打印机构9中选定适宜的注塑工具93置于第二栓轴57下端管内，并与储料箱300的输液管3002相接。

二、符号设置：1]-10]与与具有连续绘制出完整曲线的相同。11]注塑工具93自带快速冷却装置，出料口的伸出长度是可控的。

三、初始位置调整：1]-2]与具有连续绘制出完整曲线的相同。3]将画有坐标系oxy，方程为x2+y2-ay＝0的圆⊙a，特殊标志点a(0，a)、q1(a，a/2)、q2(-a，a/2)及左右最大边点q3(b，c)、q4(-b，c)(2b和c是构件截面外接矩形的长和宽)的平面垫板m固定在托板200上，将定位杆38下端定在原点o处。4]-5]与具有连续绘制出完整曲线的相同。6]在储料箱300中加入要注塑的流体原料。7]调整注塑工具93出料口处限制辅板位置使出料凝固的厚度与要求相同。

四、箕舌线柱面板材注塑：1]把注塑工具93出料口内缩。2]把k处在负转档位，第二栓轴57中心向点q3移动，所述到达点q3时将k处在零档位。3]将注塑工具93出料口伸出使中心点接近点q3，打开阀门3003，把k处在正转档位，注塑工具93的注塑点从q3开始经点q1向点a移动并注塑出准线为曲线aq1q3的柱面板。4]注塑工具93的注塑点从a继续运行经过点q2后到达点q4时，关闭阀门3003将k处在零档位，注塑工具93注塑出准线为箕舌线q4q2aq1q3的柱面板。5]抬高注塑工具93出料口，打开阀门3003，把k处在负转档位，注塑工具93在q4q2aq1q3的柱面板上继续注塑，所述到达点q3时将k处在零档位关闭阀门3003，q4q2aq1q3的柱面板高度升高。6]抬高注塑工具93出料口，打开阀门3003，把k处在正转档位，这样可以多次连续反复注塑。7]在达到需要高度时，将k处在零档位关闭阀门3003，注塑工具93出料口内缩。

五、注塑结束：将m及其q4q2aq1q3的柱面板材取下，把装置恢复到初始状态。如果继续注塑相同构建则只把q4q2aq1q3的柱面板材取下，所述m上重新注塑。

本发明的交叉重叠式全自动箕舌线打印机，能在不可移动的平面或曲面上完成绘制、切割、注塑功能，只要在组装中卸掉托板200把调节地脚12用吸盘固定在待加工物上上，其余与绘制、切割、注塑的操作完全相同。

本发明的交叉重叠式全自动箕舌线打印机，能完成任意直径基圆形成的箕舌线的诸多功能，只要在初始位置调整中把第一撑杆82和第十四滑块811分别移动到需要的直径，其他做相应调整即可。

本发明交叉重叠式全自动箕舌线打印机的经济价值和应用前景：随着技术进步和经济发展，越来越需要先进的装备提高教学效果和多样性产品质量，急需一种操作简单使用方便的交叉重叠式全自动箕舌线打印机，仅高教育全国共有学校几千所，还有众多的工程设计及制造企业，数量相当可观，其市场前景非常广阔，具有良好的经济收益和社会效益。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括包括以上技术特征同替换所组成的技术方案。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。