专利名称：线性调速电位器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机床驱动领域，具体涉及一种应用于普通机床的线性调速电位
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背景技术：
众所周知，精确控制的机床主轴对提高机床的加工精度和生产效率都十分重要。 普通机床(非数控机床)的进给和主轴的驱动器控制一般都采用调速电位器(如线绕电位器和金属电位器)来实现，但这些电位器的可靠性和使用寿命十分不理想。在售后服务统计中，该类机床出现的故障中，电位器的故障就占30%。基于这种原因，研制者拟用数控系统中广泛使用的数字调速开关来替代，然而这种电位器是二进制的数字开关，因而在将给定信号送入驱动器之前，需要通过D/A电路转换成相应的模拟量后才能进行使用。目前常用的D/A电路多采用专用的D/A模数转换集成电路(如DAC0832)来实现，但经过试用依然存着下述问题1、抗干扰效果差，在机床给进调到低速时速度不稳定，进给轴难以正常工作；2、该电路组成的调速电位器无法对伺服驱动器和主轴驱动器低速限制进行调整。经分析，由于伺服驱动器和主轴驱动器模拟信号输出的供电电源都采用+10V，而D/A模数转换集成电路只能单电源供电，因此在单电源工作时二进制输入采用同向放大器就会有很高的输入阻抗，而现有的伺服驱动器和主轴驱动器都采用大功率脉宽调速，对机床电路造成十分大的干扰。其次，专用D/A模数转换集成的电阻矩阵电路在集成电路中无法改变。再者， D/A模数转换集成电路价格高不易购买，有一定的局限性。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是现有普通机床电位器可靠性差、寿命低的不足，提供一种抗干扰能力强、可靠性高、且不易损坏的线性调速电位器。为解决上述问题，本实用新型所设计的线性调速电位器，主要由正电源开关电路、 负电源开关电路、多位数字式波段开关、多位数模转换电路和输出电路构成；上述电源开关电路和负电源开关电路输出大小一致、极性相反的两个输出电压，且正电源开关电路连接在输出电路的正基准电平端上，负电源开关电路则与多位数模转换电路的负基准电平点相连；多位数字式波段开关经多位数模转换电路与输出电路相连。上述方案所述负电源开关电路主要由第一运算放大器、低通滤波电容、2个开关二极管、2个电解电容器和6个电阻构成；其中第一电阻和第二电阻相互串联后跨接在第一运算放大器的正电源端和负电源端上；第三电阻的一端连接在第一电阻和第二电阻之间，另一端则与第一运算放大器的同向输入端相连；第一运算放大器的反向输入端经过低通滤波电容连接在第一运算放大器的负电源端上，第一运算放大器的反向输入端和同向输入端还各经一个电阻连接至第一运算放大器的输出端上；第一运算放大器的输出端通过第一电解电容连接在第一开关二极管的负极上，第一开关二极管的负极经过第二电解电容连接在第一运算放大器的负电源端上；第二开关二极管的正端与第一开关二极管的负极相连，第二开关二极管的负端则与第一运算放大器的负电源端相连；第一开关二极管的负极经第六电阻连接至多位数模转换电路的负基准电平端上。上述方案所述正电源开关电路主要由整流二极管、电解电容和输入电阻构成；整流二极管和电解电容相互并联，其并联后的两端分别接在输入高电平和地之间；输入电阻的一端连接在输入高电平上，另一端则与输出电路的正基准电平端相连。上述方案中，负电源开关电路的输出电压为-2. 5V，正电源开关电路的输出电压为 2. 5V。上述方案所述多位数模转换电路包括高精度稳压器、电阻组合而成的低阻抗电阻桥、第二运算放大器和调节电阻；多位数模转换电路的负基准电平端经过高精度稳压器连接在第二运算放大器的同向输入端上；低阻抗电阻桥包括串联电阻和取样电阻，上述多个串联电阻串联后的一端连接在多位数模转换电路的负基准电平端上，另一端则连接在第二运算放大器的同向输入端上；每个取样电阻的一端接在上述2个串联电阻之间，另一端则分别与多位数字式波段开关上的一个开关相连；上述多位数字式波段开关的另一端共同连接在第二运算放大器的反向输入端上；调节电阻的两端分别接在第二运算放大器的反向输入端和输出端上；第二运算放大器的输出端与输出电路的输出端口相连。上述方案所述输出电路主要由正基准电平端、低电平端、高速输出端口、低速输出端口、电解电容和3个电阻串联而成的电阻桥构成，正基准电平端与正电源开关电路的输出端相连，低电平端与地相连，多位数模转换电路的输出端分别经电阻连接在高速输出端口上、经电阻连接在低速输出端口上、经阻桥连接在低电平端上；电解电容的两端分别接在高速输出端口和低电平端之间。本实用新型采用双电源供电方式，通过设计出一个负基准电平的电源，采用反向负电源输入方式，阻抗低、抗干扰能力强、具有纯净的低功耗信号，有效解决了放大器反向工作的问题；此外再加上对运算放大器设计的外围电阻的设计和合理组合，在抗干扰、机床进给低速稳定性和线性方面有很大提高，可以对伺服驱动器和主轴驱动器低速限制进行调整，给定电压为线性输入，不受驱动器输入阻抗的影响。
本实用新型一种优选线性调速电位器的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型一种用于普通机床上的线性调速电位器的电路原理图如图1所示，其主要由正电源开关电路、负电源开关电路、多位数字式波段开关、多位数模转换电路和输出电路构成；上述电源开关电路和负电源开关电路输出大小一致、极性相反的两个输出电压， 且正电源开关电路连接在输出电路的正基准电平端上，负电源开关电路则与多位数模转换电路的负基准电平点相连；多位数字式波段开关经多位数模转换电路与输出电路相连。本实用新型所述负电源开关电路主要由第一运算放大器UIA、低通滤波电容Cl、2 个开关二极管Dl、D2、2个电解电容器C2、C3和6个电阻Rl R6构成；其中第一电阻Rl 和第二电阻R2相互串联后跨接在第一运算放大器UIA的正电源端和负电源端上；第三电阻 R3的一端连接在第一电阻Rl和第二电阻R2之间，另一端则与第一运算放大器UIA的同向输入端相连；第一运算放大器UIA的反向输入端经过低通滤波电容Cl连接在第一运算放大器UIA的负电源端上，第一运算放大器UIA的反向输入端和同向输入端还各经一个电阻R4 或R5连接至第一运算放大器UIA的输出端上；第一运算放大器UIA的输出端通过第一电解电容C2连接在第一开关二极管Dl的负极上，第一开关二极管Dl的负极经过第二电解电容 C3连接在第一运算放大器UIA的负电源端上；第二开关二极管D2的正端与第一开关二极管Dl的负极相连，第二开关二极管D2的负端则与第一运算放大器UIA的负电源端相连；第一开关二极管Dl的负极经第六电阻R6连接至多位数模转换电路的负基准电平端上。在本实用新型优选实施例中，负电源开关电路产生的输出电压为-2. 5V。本实用新型所述正电源开关电路主要由整流二极管D5、电解电容C4和输入电阻 R22构成；整流二极管D5和电解电容C4相互并联，其并联后的两端分别接在输入高电平和地之间；输入电阻R22的一端连接在输入高电平上，另一端则与输出电路的正基准电平端相连。在本实用新型优选实施例中，正电源开关电路产生的输出电压为2. 5V。本实用新型所述多位数模转换电路包括高精度稳压器Z1、电阻R7 R17组合而成的低阻抗电阻桥、第二运算放大器UIB和调节电阻R18;多位数模转换电路的负基准电平端经过高精度稳压器Zl连接在第二运算放大器UIB的同向输入端上；低阻抗电阻桥包括串联电阻 R7、R9、R11、R13、R15、R17 和 R19 和取样电阻 R8、RIO、R12、R13、R14 和 R16，上述串联电阻R7、R9、Rll、R13、R15、R17和R19的一端连接在多位数模转换电路的负基准电平端上，另一端则连接在第二运算放大器UIB的同向输入端上；每个取样电阻R8、R10、R12、R13、 R14或R16的一端接在上述2个串联电阻R7与R9、R9与Rll、Rll与R13、R13与R15、R15 与R17、或R17与R19之间，另一端则分别与多位数字式波段开关上的一个开关相连；上述多位数字式波段开关的另一端共同连接在第二运算放大器UIB的反向输入端上；调节电阻 R18的两端分别接在第二运算放大器UIB的反向输入端和输出端上；第二运算放大器UIB 的输出端与输出电路的输出端口相连。本实用新型的调节电阻可以采用电位器来实现，但是为了提高该调节电阻的可靠性，在本实用新型优选实施例中，该调节电阻在安装时，根据不同机床的具体设计需求进行选型来实现匹配。本实用新型所述输出电路主要由正基准电平端V+、低电平端GND、高速输出端口 0UT1、低速输出端口 0UT2、电解电容C5和3个电阻R19、R24、R25串联而成的电阻桥构成， 正基准电平端V+与正电源开关电路的输出端相连，低电平端GND与地相连，多位数模转换电路的输出端分别经电阻R19连接在高速输出端口 OUTl上、经电阻R19和R25连接在低速输出端口 0UT2上、经阻桥R19、RM和R25连接在低电平端GND上；电解电容C5的两端分别接在高速输出端口 OUTl和低电平端GND之间。
权利要求1.线性调速电位器，其特征在于主要由正电源开关电路、负电源开关电路、多位数字式波段开关、多位数模转换电路和输出电路构成；上述电源开关电路和负电源开关电路输出大小一致、极性相反的两个输出电压，且正电源开关电路连接在输出电路的正基准电平端上，负电源开关电路则与多位数模转换电路的负基准电平点相连；多位数字式波段开关经多位数模转换电路与输出电路相连。
2.根据权利要求1所述的线性调速电位器，其特征在于所述负电源开关电路主要由第一运算放大器(UIA)、低通滤波电容(Cl)、2个开关二极管(D1、D》、2个电解电容器(C2、 C3)和6个电阻(Rl R6)构成；其中第一电阻(Rl)和第二电阻他)相互串联后跨接在第一运算放大器(UIA)的正电源端和负电源端上；第三电阻(R3)的一端连接在第一电阻 (Rl)和第二电阻(似)之间，另一端则与第一运算放大器(UIA)的同向输入端相连；第一运算放大器(UIA)的反向输入端经过低通滤波电容(Cl)连接在第一运算放大器(UIA)的负电源端上，第一运算放大器(UIA)的反向输入端和同向输入端还各经一个电阻(R4或R5) 连接至第一运算放大器(UIA)的输出端上；第一运算放大器(UIA)的输出端通过第一电解电容(以)连接在第一开关二极管(Dl)的负极上，第一开关二极管(Dl)的负极经过第二电解电容(O)连接在第一运算放大器(UIA)的负电源端上；第二开关二极管(拟)的正端与第一开关二极管(Dl)的负极相连，第二开关二极管(D2)的负端则与第一运算放大器(UIA) 的负电源端相连；第一开关二极管(Dl)的负极经第六电阻(R6)连接至多位数模转换电路的负基准电平端上。
3.根据权利要求1所述的线性调速电位器，其特征在于所述正电源开关电路主要由整流二极管(D5)、电解电容(C4)和输入电阻(R22)构成；整流二极管(D5)和电解电容(C4) 相互并联，其并联后的两端分别接在输入高电平和地之间；输入电阻(R22)的一端连接在输入高电平上，另一端则与输出电路的正基准电平端相连。
4.根据权利要求1 3中任意一项所述的线性调速电位器，其特征在于负电源开关电路的输出电压为-2. 5V，正电源开关电路的输出电压为2. 5V。
5.根据权利要求1所述的线性调速电位器，其特征在于所述多位数模转换电路包括高精度稳压器(Zl)、电阻(R7 R17)组合而成的低阻抗电阻桥、第二运算放大器(UIB)和调节电阻(R18)；多位数模转换电路的负基准电平端经过高精度稳压器(Zl)连接在第二运算放大器(UIB)的同向输入端上；低阻抗电阻桥包括串联电阻(R7、R9、R11、R13、R15、R17 和 R19)和取样电阻(R8、R10、R12、R13、R14 和 R16)，上述串联电阻(R7、R9、Rll、R13、R15、 R17和R19)的一端连接在多位数模转换电路的负基准电平端上，另一端则连接在第二运算放大器(UIB)的同向输入端上；每个取样电阻0 8、附0、1 12、1 13、1 14或1 16)的一端接在上述2个串联电阻(R7与R9、R9与R11、R11与R13、R13与R15、R15与R17、或R17与R19) 之间，另一端则分别与多位数字式波段开关上的一个开关相连；上述多位数字式波段开关的另一端共同连接在第二运算放大器(UIB)的反向输入端上；调节电阻(R18)的两端分别接在第二运算放大器(UIB)的反向输入端和输出端上；第二运算放大器(UIB)的输出端与输出电路的输出端口相连。
6.根据权利要求1所述的线性调速电位器，其特征在于所述输出电路主要由正基准电平端(V+)、低电平端(GND)、高速输出端口(0UT1)、低速输出端口(0UT2)、电解电容(C5) 和3个电阻(R19、RM、R25)串联而成的电阻桥构成，正基准电平端(V+)与正电源开关电路的输出端相连，低电平端(GND)与地相连，多位数模转换电路的输出端分别经电阻(R19)连接在高速输出端口(OUTl)上、经电阻(R19和R25)连接在低速输出端口(0UT2)上、经阻桥 (R19、RM和R2Q连接在低电平端(GND)上；电解电容((5)的两端分别接在高速输出端口 (OUTl)和低电平端(GND)之间。
专利摘要本实用新型公开一种线性调速电位器，主要由正电源开关电路、负电源开关电路、多位数字式波段开关、多位数模转换电路和输出电路构成；上述电源开关电路和负电源开关电路输出大小一致、极性相反的两个输出电压，且正电源开关电路连接在输出电路的正基准电平端上，负电源开关电路则与多位数模转换电路的负基准电平点相连；多位数字式波段开关经多位数模转换电路与输出电路相连。该线性调速电位器应用在普通机床，并具有抗干扰能力强、可靠性高、且不易损坏的特点。
文档编号H02P4/00GK201937529SQ20102066211
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者冯建国, 唐建生, 杨武军, 林振广, 陶晗 申请人:桂林机床股份有限公司