專利名稱：線性調速電位器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及機床驅動領域，具體涉及一種應用于普通機床的線性調速電位
O
背景技術：
眾所周知，精確控制的機床主軸對提高機床的加工精度和生產效率都十分重要。 普通機床(非數控機床)的進給和主軸的驅動器控制一般都采用調速電位器(如線繞電位器和金屬電位器)來實現，但這些電位器的可靠性和使用壽命十分不理想。在售后服務統計中，該類機床出現的故障中，電位器的故障就占30%。基于這種原因，研制者擬用數控系統中廣泛使用的數字調速開關來替代，然而這種電位器是二進制的數字開關，因而在將給定信號送入驅動器之前，需要通過D/A電路轉換成相應的模擬量后才能進行使用。目前常用的D/A電路多采用專用的D/A模數轉換集成電路(如DAC0832)來實現，但經過試用依然存著下述問題1、抗干擾效果差，在機床給進調到低速時速度不穩定，進給軸難以正常工作；2、該電路組成的調速電位器無法對伺服驅動器和主軸驅動器低速限制進行調整。經分析，由于伺服驅動器和主軸驅動器模擬信號輸出的供電電源都采用+10V，而D/A模數轉換集成電路只能單電源供電，因此在單電源工作時二進制輸入采用同向放大器就會有很高的輸入阻抗，而現有的伺服驅動器和主軸驅動器都采用大功率脈寬調速，對機床電路造成十分大的干擾。其次，專用D/A模數轉換集成的電阻矩陣電路在集成電路中無法改變。再者， D/A模數轉換集成電路價格高不易購買，有一定的局限性。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是現有普通機床電位器可靠性差、壽命低的不足，提供一種抗干擾能力強、可靠性高、且不易損壞的線性調速電位器。為解決上述問題，本實用新型所設計的線性調速電位器，主要由正電源開關電路、 負電源開關電路、多位數字式波段開關、多位數模轉換電路和輸出電路構成；上述電源開關電路和負電源開關電路輸出大小一致、極性相反的兩個輸出電壓，且正電源開關電路連接在輸出電路的正基準電平端上，負電源開關電路則與多位數模轉換電路的負基準電平點相連；多位數字式波段開關經多位數模轉換電路與輸出電路相連。上述方案所述負電源開關電路主要由第一運算放大器、低通濾波電容、2個開關二極管、2個電解電容器和6個電阻構成；其中第一電阻和第二電阻相互串聯后跨接在第一運算放大器的正電源端和負電源端上；第三電阻的一端連接在第一電阻和第二電阻之間，另一端則與第一運算放大器的同向輸入端相連；第一運算放大器的反向輸入端經過低通濾波電容連接在第一運算放大器的負電源端上，第一運算放大器的反向輸入端和同向輸入端還各經一個電阻連接至第一運算放大器的輸出端上；第一運算放大器的輸出端通過第一電解電容連接在第一開關二極管的負極上，第一開關二極管的負極經過第二電解電容連接在第一運算放大器的負電源端上；第二開關二極管的正端與第一開關二極管的負極相連，第二開關二極管的負端則與第一運算放大器的負電源端相連；第一開關二極管的負極經第六電阻連接至多位數模轉換電路的負基準電平端上。上述方案所述正電源開關電路主要由整流二極管、電解電容和輸入電阻構成；整流二極管和電解電容相互并聯，其并聯后的兩端分別接在輸入高電平和地之間；輸入電阻的一端連接在輸入高電平上，另一端則與輸出電路的正基準電平端相連。上述方案中，負電源開關電路的輸出電壓為-2. 5V，正電源開關電路的輸出電壓為 2. 5V。上述方案所述多位數模轉換電路包括高精度穩壓器、電阻組合而成的低阻抗電阻橋、第二運算放大器和調節電阻；多位數模轉換電路的負基準電平端經過高精度穩壓器連接在第二運算放大器的同向輸入端上；低阻抗電阻橋包括串聯電阻和取樣電阻，上述多個串聯電阻串聯后的一端連接在多位數模轉換電路的負基準電平端上，另一端則連接在第二運算放大器的同向輸入端上；每個取樣電阻的一端接在上述2個串聯電阻之間，另一端則分別與多位數字式波段開關上的一個開關相連；上述多位數字式波段開關的另一端共同連接在第二運算放大器的反向輸入端上；調節電阻的兩端分別接在第二運算放大器的反向輸入端和輸出端上；第二運算放大器的輸出端與輸出電路的輸出端口相連。上述方案所述輸出電路主要由正基準電平端、低電平端、高速輸出端口、低速輸出端口、電解電容和3個電阻串聯而成的電阻橋構成，正基準電平端與正電源開關電路的輸出端相連，低電平端與地相連，多位數模轉換電路的輸出端分別經電阻連接在高速輸出端口上、經電阻連接在低速輸出端口上、經阻橋連接在低電平端上；電解電容的兩端分別接在高速輸出端口和低電平端之間。本實用新型采用雙電源供電方式，通過設計出一個負基準電平的電源，采用反向負電源輸入方式，阻抗低、抗干擾能力強、具有純凈的低功耗信號，有效解決了放大器反向工作的問題；此外再加上對運算放大器設計的外圍電阻的設計和合理組合，在抗干擾、機床進給低速穩定性和線性方面有很大提高，可以對伺服驅動器和主軸驅動器低速限制進行調整，給定電壓為線性輸入，不受驅動器輸入阻抗的影響。
本實用新型一種優選線性調速電位器的電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型一種用于普通機床上的線性調速電位器的電路原理圖如圖1所示，其主要由正電源開關電路、負電源開關電路、多位數字式波段開關、多位數模轉換電路和輸出電路構成；上述電源開關電路和負電源開關電路輸出大小一致、極性相反的兩個輸出電壓， 且正電源開關電路連接在輸出電路的正基準電平端上，負電源開關電路則與多位數模轉換電路的負基準電平點相連；多位數字式波段開關經多位數模轉換電路與輸出電路相連。本實用新型所述負電源開關電路主要由第一運算放大器UIA、低通濾波電容Cl、2 個開關二極管Dl、D2、2個電解電容器C2、C3和6個電阻Rl R6構成；其中第一電阻Rl 和第二電阻R2相互串聯后跨接在第一運算放大器UIA的正電源端和負電源端上；第三電阻 R3的一端連接在第一電阻Rl和第二電阻R2之間，另一端則與第一運算放大器UIA的同向輸入端相連；第一運算放大器UIA的反向輸入端經過低通濾波電容Cl連接在第一運算放大器UIA的負電源端上，第一運算放大器UIA的反向輸入端和同向輸入端還各經一個電阻R4 或R5連接至第一運算放大器UIA的輸出端上；第一運算放大器UIA的輸出端通過第一電解電容C2連接在第一開關二極管Dl的負極上，第一開關二極管Dl的負極經過第二電解電容 C3連接在第一運算放大器UIA的負電源端上；第二開關二極管D2的正端與第一開關二極管Dl的負極相連，第二開關二極管D2的負端則與第一運算放大器UIA的負電源端相連；第一開關二極管Dl的負極經第六電阻R6連接至多位數模轉換電路的負基準電平端上。在本實用新型優選實施例中，負電源開關電路產生的輸出電壓為-2. 5V。本實用新型所述正電源開關電路主要由整流二極管D5、電解電容C4和輸入電阻 R22構成；整流二極管D5和電解電容C4相互并聯，其并聯后的兩端分別接在輸入高電平和地之間；輸入電阻R22的一端連接在輸入高電平上，另一端則與輸出電路的正基準電平端相連。在本實用新型優選實施例中，正電源開關電路產生的輸出電壓為2. 5V。本實用新型所述多位數模轉換電路包括高精度穩壓器Z1、電阻R7 R17組合而成的低阻抗電阻橋、第二運算放大器UIB和調節電阻R18;多位數模轉換電路的負基準電平端經過高精度穩壓器Zl連接在第二運算放大器UIB的同向輸入端上；低阻抗電阻橋包括串聯電阻 R7、R9、R11、R13、R15、R17 和 R19 和取樣電阻 R8、RIO、R12、R13、R14 和 R16，上述串聯電阻R7、R9、Rll、R13、R15、R17和R19的一端連接在多位數模轉換電路的負基準電平端上，另一端則連接在第二運算放大器UIB的同向輸入端上；每個取樣電阻R8、R10、R12、R13、 R14或R16的一端接在上述2個串聯電阻R7與R9、R9與Rll、Rll與R13、R13與R15、R15 與R17、或R17與R19之間，另一端則分別與多位數字式波段開關上的一個開關相連；上述多位數字式波段開關的另一端共同連接在第二運算放大器UIB的反向輸入端上；調節電阻 R18的兩端分別接在第二運算放大器UIB的反向輸入端和輸出端上；第二運算放大器UIB 的輸出端與輸出電路的輸出端口相連。本實用新型的調節電阻可以采用電位器來實現，但是為了提高該調節電阻的可靠性，在本實用新型優選實施例中，該調節電阻在安裝時，根據不同機床的具體設計需求進行選型來實現匹配。本實用新型所述輸出電路主要由正基準電平端V+、低電平端GND、高速輸出端口 0UT1、低速輸出端口 0UT2、電解電容C5和3個電阻R19、R24、R25串聯而成的電阻橋構成， 正基準電平端V+與正電源開關電路的輸出端相連，低電平端GND與地相連，多位數模轉換電路的輸出端分別經電阻R19連接在高速輸出端口 OUTl上、經電阻R19和R25連接在低速輸出端口 0UT2上、經阻橋R19、RM和R25連接在低電平端GND上；電解電容C5的兩端分別接在高速輸出端口 OUTl和低電平端GND之間。
權利要求1.線性調速電位器，其特征在于主要由正電源開關電路、負電源開關電路、多位數字式波段開關、多位數模轉換電路和輸出電路構成；上述電源開關電路和負電源開關電路輸出大小一致、極性相反的兩個輸出電壓，且正電源開關電路連接在輸出電路的正基準電平端上，負電源開關電路則與多位數模轉換電路的負基準電平點相連；多位數字式波段開關經多位數模轉換電路與輸出電路相連。
2.根據權利要求1所述的線性調速電位器，其特征在于所述負電源開關電路主要由第一運算放大器(UIA)、低通濾波電容(Cl)、2個開關二極管(D1、D》、2個電解電容器(C2、 C3)和6個電阻(Rl R6)構成；其中第一電阻(Rl)和第二電阻他)相互串聯后跨接在第一運算放大器(UIA)的正電源端和負電源端上；第三電阻(R3)的一端連接在第一電阻 (Rl)和第二電阻(似)之間，另一端則與第一運算放大器(UIA)的同向輸入端相連；第一運算放大器(UIA)的反向輸入端經過低通濾波電容(Cl)連接在第一運算放大器(UIA)的負電源端上，第一運算放大器(UIA)的反向輸入端和同向輸入端還各經一個電阻(R4或R5) 連接至第一運算放大器(UIA)的輸出端上；第一運算放大器(UIA)的輸出端通過第一電解電容(以)連接在第一開關二極管(Dl)的負極上，第一開關二極管(Dl)的負極經過第二電解電容(O)連接在第一運算放大器(UIA)的負電源端上；第二開關二極管(擬)的正端與第一開關二極管(Dl)的負極相連，第二開關二極管(D2)的負端則與第一運算放大器(UIA) 的負電源端相連；第一開關二極管(Dl)的負極經第六電阻(R6)連接至多位數模轉換電路的負基準電平端上。
3.根據權利要求1所述的線性調速電位器，其特征在于所述正電源開關電路主要由整流二極管(D5)、電解電容(C4)和輸入電阻(R22)構成；整流二極管(D5)和電解電容(C4) 相互并聯，其并聯后的兩端分別接在輸入高電平和地之間；輸入電阻(R22)的一端連接在輸入高電平上，另一端則與輸出電路的正基準電平端相連。
4.根據權利要求1 3中任意一項所述的線性調速電位器，其特征在于負電源開關電路的輸出電壓為-2. 5V，正電源開關電路的輸出電壓為2. 5V。
5.根據權利要求1所述的線性調速電位器，其特征在于所述多位數模轉換電路包括高精度穩壓器(Zl)、電阻(R7 R17)組合而成的低阻抗電阻橋、第二運算放大器(UIB)和調節電阻(R18)；多位數模轉換電路的負基準電平端經過高精度穩壓器(Zl)連接在第二運算放大器(UIB)的同向輸入端上；低阻抗電阻橋包括串聯電阻(R7、R9、R11、R13、R15、R17 和 R19)和取樣電阻(R8、R10、R12、R13、R14 和 R16)，上述串聯電阻(R7、R9、Rll、R13、R15、 R17和R19)的一端連接在多位數模轉換電路的負基準電平端上，另一端則連接在第二運算放大器(UIB)的同向輸入端上；每個取樣電阻0 8、附0、1 12、1 13、1 14或1 16)的一端接在上述2個串聯電阻(R7與R9、R9與R11、R11與R13、R13與R15、R15與R17、或R17與R19) 之間，另一端則分別與多位數字式波段開關上的一個開關相連；上述多位數字式波段開關的另一端共同連接在第二運算放大器(UIB)的反向輸入端上；調節電阻(R18)的兩端分別接在第二運算放大器(UIB)的反向輸入端和輸出端上；第二運算放大器(UIB)的輸出端與輸出電路的輸出端口相連。
6.根據權利要求1所述的線性調速電位器，其特征在于所述輸出電路主要由正基準電平端(V+)、低電平端(GND)、高速輸出端口(0UT1)、低速輸出端口(0UT2)、電解電容(C5) 和3個電阻(R19、RM、R25)串聯而成的電阻橋構成，正基準電平端(V+)與正電源開關電路的輸出端相連，低電平端(GND)與地相連，多位數模轉換電路的輸出端分別經電阻(R19)連接在高速輸出端口(OUTl)上、經電阻(R19和R25)連接在低速輸出端口(0UT2)上、經阻橋 (R19、RM和R2Q連接在低電平端(GND)上；電解電容((5)的兩端分別接在高速輸出端口 (OUTl)和低電平端(GND)之間。
專利摘要本實用新型公開一種線性調速電位器，主要由正電源開關電路、負電源開關電路、多位數字式波段開關、多位數模轉換電路和輸出電路構成；上述電源開關電路和負電源開關電路輸出大小一致、極性相反的兩個輸出電壓，且正電源開關電路連接在輸出電路的正基準電平端上，負電源開關電路則與多位數模轉換電路的負基準電平點相連；多位數字式波段開關經多位數模轉換電路與輸出電路相連。該線性調速電位器應用在普通機床，并具有抗干擾能力強、可靠性高、且不易損壞的特點。
文檔編號H02P4/00GK201937529SQ20102066211
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月15日 優先權日2010年12月15日
發明者馮建國, 唐建生, 楊武軍, 林振廣, 陶晗 申請人:桂林機床股份有限公司