專利名稱：線性調(diào)速電位器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)床驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于普通機(jī)床的線性調(diào)速電位器。
背景技術(shù)：
眾所周知，精確控制的機(jī)床主軸對(duì)提高機(jī)床的加工精度和生產(chǎn)效率都十分重要。 普通機(jī)床(非數(shù)控機(jī)床)的進(jìn)給和主軸的驅(qū)動(dòng)器控制一般都采用調(diào)速電位器(如線繞電位 器和金屬電位器)來(lái)實(shí)現(xiàn)，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(wù)統(tǒng) 計(jì)中，該類機(jī)床出現(xiàn)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(shù)控系 統(tǒng)中廣泛使用的數(shù)字調(diào)速開(kāi)關(guān)來(lái)替代，然而這種電位器是二進(jìn)制的數(shù)字開(kāi)關(guān)，因而在將給 定信號(hào)送入驅(qū)動(dòng)器之前，需要通過(guò)D/A電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量后才能進(jìn)行使用。目前常 用的D/A電路多采用專用的D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路(如DAC0832)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但經(jīng)過(guò)試用依 然存著下述問(wèn)題1、抗干擾效果差，在機(jī)床給進(jìn)調(diào)到低速時(shí)速度不穩(wěn)定，進(jìn)給軸難以正常工 作；2、該電路組成的調(diào)速電位器無(wú)法對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器和主軸驅(qū)動(dòng)器低速限制進(jìn)行調(diào)整。經(jīng)分 析，由于伺服驅(qū)動(dòng)器和主軸驅(qū)動(dòng)器模擬信號(hào)輸出的供電電源都采用+10V，而D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換 集成電路只能單電源供電，因此在單電源工作時(shí)二進(jìn)制輸入采用同向放大器就會(huì)有很高的 輸入阻抗，而現(xiàn)有的伺服驅(qū)動(dòng)器和主軸驅(qū)動(dòng)器都采用大功率脈寬調(diào)速，對(duì)機(jī)床電路造成十 分大的干擾。其次，專用D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換集成的電阻矩陣電路在集成電路中無(wú)法改變。再者， D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路價(jià)格高不易購(gòu)買，有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有普通機(jī)床電位器可靠性差、壽命低的不足，提 供一種抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、且不易損壞的線性調(diào)速電位器。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的線性調(diào)速電位器，主要由正電源開(kāi)關(guān)電路、負(fù)電 源開(kāi)關(guān)電路、多位數(shù)字式波段開(kāi)關(guān)、多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和輸出電路構(gòu)成；上述電源開(kāi)關(guān)電路 和負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路輸出大小一致、極性相反的兩個(gè)輸出電壓，且正電源開(kāi)關(guān)電路連接在輸 出電路的正基準(zhǔn)電平端上，負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路則與多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的負(fù)基準(zhǔn)電平點(diǎn)相連; 多位數(shù)字式波段開(kāi)關(guān)經(jīng)多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與輸出電路相連。上述方案所述負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路主要由第一運(yùn)算放大器、低通濾波電容、2個(gè)開(kāi)關(guān)二 極管、2個(gè)電解電容器和6個(gè)電阻構(gòu)成；其中第一電阻和第二電阻相互串聯(lián)后跨接在第一運(yùn) 算放大器的正電源端和負(fù)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(yùn)算放大器的同向輸入端相連；第一運(yùn)算放大器的反向輸入端經(jīng)過(guò)低通濾波 電容連接在第一運(yùn)算放大器的負(fù)電源端上，第一運(yùn)算放大器的反向輸入端和同向輸入端還 各經(jīng)一個(gè)電阻連接至第一運(yùn)算放大器的輸出端上；第一運(yùn)算放大器的輸出端通過(guò)第一電解 電容連接在第一開(kāi)關(guān)二極管的負(fù)極上，第一開(kāi)關(guān)二極管的負(fù)極經(jīng)過(guò)第二電解電容連接在第 一運(yùn)算放大器的負(fù)電源端上；第二開(kāi)關(guān)二極管的正端與第一開(kāi)關(guān)二極管的負(fù)極相連，第二 開(kāi)關(guān)二極管的負(fù)端則與第一運(yùn)算放大器的負(fù)電源端相連；第一開(kāi)關(guān)二極管的負(fù)極經(jīng)第六電阻連接至多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的負(fù)基準(zhǔn)電平端上。上述方案所述正電源開(kāi)關(guān)電路主要由整流二極管、電解電容和輸入電阻構(gòu)成；整 流二極管和電解電容相互并聯(lián)，其并聯(lián)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(zhǔn)電平端相連。上述方案中，負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路的輸出電壓為-2. 5V，正電源開(kāi)關(guān)電路的輸出電壓為 2. 5V。上述方案所述多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括高精度穩(wěn)壓器、電阻組合而成的低阻抗電阻 橋、第二運(yùn)算放大器和調(diào)節(jié)電阻；多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的負(fù)基準(zhǔn)電平端經(jīng)過(guò)高精度穩(wěn)壓器連 接在第二運(yùn)算放大器的同向輸入端上；低阻抗電阻橋包括串聯(lián)電阻和取樣電阻，上述多個(gè) 串聯(lián)電阻串聯(lián)后的一端連接在多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的負(fù)基準(zhǔn)電平端上，另一端則連接在第二 運(yùn)算放大器的同向輸入端上；每個(gè)取樣電阻的一端接在上述2個(gè)串聯(lián)電阻之間，另一端則 分別與多位數(shù)字式波段開(kāi)關(guān)上的一個(gè)開(kāi)關(guān)相連；上述多位數(shù)字式波段開(kāi)關(guān)的另一端共同連 接在第二運(yùn)算放大器的反向輸入端上；調(diào)節(jié)電阻的兩端分別接在第二運(yùn)算放大器的反向輸 入端和輸出端上；第二運(yùn)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(zhǔn)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(gè)電阻串聯(lián)而成的電阻橋構(gòu)成，正基準(zhǔn)電平端與正電源開(kāi)關(guān)電路的輸 出端相連，低電平端與地相連，多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端分別經(jīng)電阻連接在高速輸出端 口上、經(jīng)電阻連接在低速輸出端口上、經(jīng)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。本發(fā)明采用雙電源供電方式，通過(guò)設(shè)計(jì)出一個(gè)負(fù)基準(zhǔn)電平的電源，采用反向負(fù)電 源輸入方式，阻抗低、抗干擾能力強(qiáng)、具有純凈的低功耗信號(hào)，有效解決了放大器反向工作 的問(wèn)題；此外再加上對(duì)運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的外圍電阻的設(shè)計(jì)和合理組合，在抗干擾、機(jī)床進(jìn)給 低速穩(wěn)定性和線性方面有很大提高，可以對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)器和主軸驅(qū)動(dòng)器低速限制進(jìn)行調(diào)整， 給定電壓為線性輸入，不受驅(qū)動(dòng)器輸入阻抗的影響。


本發(fā)明一種優(yōu)選線性調(diào)速電位器的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種用于普通機(jī)床上的線性調(diào)速電位器的電路原理圖如圖1所示，其主要 由正電源開(kāi)關(guān)電路、負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路、多位數(shù)字式波段開(kāi)關(guān)、多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和輸出電路 構(gòu)成；上述電源開(kāi)關(guān)電路和負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路輸出大小一致、極性相反的兩個(gè)輸出電壓，且正 電源開(kāi)關(guān)電路連接在輸出電路的正基準(zhǔn)電平端上，負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路則與多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 的負(fù)基準(zhǔn)電平點(diǎn)相連；多位數(shù)字式波段開(kāi)關(guān)經(jīng)多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與輸出電路相連。本發(fā)明所述負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路主要由第一運(yùn)算放大器UIA、低通濾波電容Cl、2個(gè)開(kāi) 關(guān)二極管Dl、D2、2個(gè)電解電容器C2、C3和6個(gè)電阻Rl R6構(gòu)成；其中第一電阻Rl和第 二電阻R2相互串聯(lián)后跨接在第一運(yùn)算放大器UIA的正電源端和負(fù)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(yùn)算放大器UIA的同向輸 入端相連；第一運(yùn)算放大器UIA的反向輸入端經(jīng)過(guò)低通濾波電容Cl連接在第一運(yùn)算放大器UIA的負(fù)電源端上，第一運(yùn)算放大器UIA的反向輸入端和同向輸入端還各經(jīng)一個(gè)電阻R4或 R5連接至第一運(yùn)算放大器UIA的輸出端上；第一運(yùn)算放大器UIA的輸出端通過(guò)第一電解電 容C2連接在第一開(kāi)關(guān)二極管Dl的負(fù)極上，第一開(kāi)關(guān)二極管Dl的負(fù)極經(jīng)過(guò)第二電解電容C3 連接在第一運(yùn)算放大器UIA的負(fù)電源端上；第二開(kāi)關(guān)二極管D2的正端與第一開(kāi)關(guān)二極管 Dl的負(fù)極相連，第二開(kāi)關(guān)二極管D2的負(fù)端則與第一運(yùn)算放大器UIA的負(fù)電源端相連；第一 開(kāi)關(guān)二極管Dl的負(fù)極經(jīng)第六電阻R6連接至多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的負(fù)基準(zhǔn)電平端上。在本發(fā) 明優(yōu)選實(shí)施例中，負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的輸出電壓為-2. 5V。本發(fā)明所述正電源開(kāi)關(guān)電路主要由整流二極管D5、電解電容C4和輸入電阻R22構(gòu) 成；整流二極管D5和電解電容C4相互并聯(lián)，其并聯(lián)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(zhǔn)電平端相連。 在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，正電源開(kāi)關(guān)電路產(chǎn)生的輸出電壓為2. 5V。本發(fā)明所述多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括高精度穩(wěn)壓器Z1、電阻R7 R17組合而成的低 阻抗電阻橋、第二運(yùn)算放大器UIB和調(diào)節(jié)電阻R18;多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的負(fù)基準(zhǔn)電平端經(jīng)過(guò) 高精度穩(wěn)壓器Zl連接在第二運(yùn)算放大器UIB的同向輸入端上；低阻抗電阻橋包括串聯(lián)電阻 R7、R9、Rll、R13、R15、R17 和 R19 和取樣電阻 R8、RIO、R12、R13、R14 和 R16,上述串聯(lián)電阻 R7、R9、Rll、R13、R15、R17和R19的一端連接在多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的負(fù)基準(zhǔn)電平端上，另一 端則連接在第二運(yùn)算放大器UIB的同向輸入端上；每個(gè)取樣電阻R8、RIO、R12、R13、R14或 R16的一端接在上述2個(gè)串聯(lián)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(shù)字式波段開(kāi)關(guān)上的一個(gè)開(kāi)關(guān)相連；上述多位數(shù)字 式波段開(kāi)關(guān)的另一端共同連接在第二運(yùn)算放大器UIB的反向輸入端上；調(diào)節(jié)電阻R18的兩 端分別接在第二運(yùn)算放大器UIB的反向輸入端和輸出端上；第二運(yùn)算放大器UIB的輸出端 與輸出電路的輸出端口相連。本發(fā)明的調(diào)節(jié)電阻可以采用電位器來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是為了提高該 調(diào)節(jié)電阻的可靠性，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，該調(diào)節(jié)電阻在安裝時(shí)，根據(jù)不同機(jī)床的具體設(shè) 計(jì)需求進(jìn)行選型來(lái)實(shí)現(xiàn)匹配。本發(fā)明所述輸出電路主要由正基準(zhǔn)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(gè)電阻R19、RM、R25串聯(lián)而成的電阻橋構(gòu)成，正基準(zhǔn) 電平端V+與正電源開(kāi)關(guān)電路的輸出端相連，低電平端GND與地相連，多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的 輸出端分別經(jīng)電阻R19連接在高速輸出端口 OUTl上、經(jīng)電阻R19和R25連接在低速輸出端 口 0UT2上、經(jīng)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(quán)利要求
1.線性調(diào)速電位器，其特征在于主要由正電源開(kāi)關(guān)電路、負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路、多位數(shù)字 式波段開(kāi)關(guān)、多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和輸出電路構(gòu)成；上述電源開(kāi)關(guān)電路和負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路輸 出大小一致、極性相反的兩個(gè)輸出電壓，且正電源開(kāi)關(guān)電路連接在輸出電路的正基準(zhǔn)電平 端上，負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路則與多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的負(fù)基準(zhǔn)電平點(diǎn)相連；多位數(shù)字式波段開(kāi)關(guān) 經(jīng)多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與輸出電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性調(diào)速電位器，其特征在于所述負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路主要由 第一運(yùn)算放大器(UIA)、低通濾波電容(Cl)、2個(gè)開(kāi)關(guān)二極管(D1、D》、2個(gè)電解電容器(C2、 C3)和6個(gè)電阻(Rl R6)構(gòu)成；其中第一電阻(Rl)和第二電阻他)相互串聯(lián)后跨接在 第一運(yùn)算放大器(UIA)的正電源端和負(fù)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(yùn)算放大器(UIA)的同向輸入端相連；第一運(yùn) 算放大器(UIA)的反向輸入端經(jīng)過(guò)低通濾波電容(Cl)連接在第一運(yùn)算放大器(UIA)的負(fù) 電源端上，第一運(yùn)算放大器(UIA)的反向輸入端和同向輸入端還各經(jīng)一個(gè)電阻(R4或R5) 連接至第一運(yùn)算放大器(UIA)的輸出端上；第一運(yùn)算放大器(UIA)的輸出端通過(guò)第一電解 電容(以)連接在第一開(kāi)關(guān)二極管(Dl)的負(fù)極上，第一開(kāi)關(guān)二極管(Dl)的負(fù)極經(jīng)過(guò)第二電 解電容(O)連接在第一運(yùn)算放大器(UIA)的負(fù)電源端上；第二開(kāi)關(guān)二極管(擬)的正端與 第一開(kāi)關(guān)二極管(Dl)的負(fù)極相連，第二開(kāi)關(guān)二極管(D2)的負(fù)端則與第一運(yùn)算放大器(UIA) 的負(fù)電源端相連；第一開(kāi)關(guān)二極管(Dl)的負(fù)極經(jīng)第六電阻(R6)連接至多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 的負(fù)基準(zhǔn)電平端上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性調(diào)速電位器，其特征在于所述正電源開(kāi)關(guān)電路主要由 整流二極管(D5)、電解電容(C4)和輸入電阻(R22)構(gòu)成；整流二極管(D5)和電解電容(C4) 相互并聯(lián)，其并聯(lián)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(zhǔn)電平端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任意一項(xiàng)所述的線性調(diào)速電位器，其特征在于負(fù)電源開(kāi)關(guān) 電路的輸出電壓為-2. 5V，正電源開(kāi)關(guān)電路的輸出電壓為2. 5V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性調(diào)速電位器，其特征在于所述多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括 高精度穩(wěn)壓器(Zl)、電阻(R7 R17)組合而成的低阻抗電阻橋、第二運(yùn)算放大器(UIB)和 調(diào)節(jié)電阻(R18)；多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的負(fù)基準(zhǔn)電平端經(jīng)過(guò)高精度穩(wěn)壓器(Zl)連接在第二運(yùn) 算放大器(UIB)的同向輸入端上；低阻抗電阻橋包括串聯(lián)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(lián)電阻(R7、R9、Rll、R13、R15、 R17和R19)的一端連接在多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的負(fù)基準(zhǔn)電平端上，另一端則連接在第二運(yùn)算 放大器(UIB)的同向輸入端上；每個(gè)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(gè)串聯(lián)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(shù)字式波段開(kāi)關(guān)上的一個(gè)開(kāi)關(guān)相連；上述多位數(shù)字式波段開(kāi)關(guān) 的另一端共同連接在第二運(yùn)算放大器(UIB)的反向輸入端上；調(diào)節(jié)電阻(R18)的兩端分別 接在第二運(yùn)算放大器(UIB)的反向輸入端和輸出端上；第二運(yùn)算放大器(UIB)的輸出端與 輸出電路的輸出端口相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性調(diào)速電位器，其特征在于所述輸出電路主要由正基準(zhǔn) 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(gè)電阻(R19、RM、R25)串聯(lián)而成的電阻橋構(gòu)成，正基準(zhǔn)電平端(V+)與正電源開(kāi)關(guān)電路的輸出端相連，低電平端(GND)與地相連，多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端分別經(jīng)電阻(R19)連 接在高速輸出端口(OUTl)上、經(jīng)電阻(R19和R25)連接在低速輸出端口(0UT2)上、經(jīng)阻橋 (R19、RM和R2Q連接在低電平端(GND)上；電解電容(( )的兩端分別接在高速輸出端口 (OUTl)和低電平端(GND)之間。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種線性調(diào)速電位器，主要由正電源開(kāi)關(guān)電路、負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路、多位數(shù)字式波段開(kāi)關(guān)、多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和輸出電路構(gòu)成；上述電源開(kāi)關(guān)電路和負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路輸出大小一致、極性相反的兩個(gè)輸出電壓，且正電源開(kāi)關(guān)電路連接在輸出電路的正基準(zhǔn)電平端上，負(fù)電源開(kāi)關(guān)電路則與多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的負(fù)基準(zhǔn)電平點(diǎn)相連；多位數(shù)字式波段開(kāi)關(guān)經(jīng)多位數(shù)模轉(zhuǎn)換電路與輸出電路相連。該線性調(diào)速電位器應(yīng)用在普通機(jī)床，并具有抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、且不易損壞的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H03H11/12GK102082558SQ201010590478
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月15日
發(fā)明者馮建國(guó), 唐建生, 楊武軍, 林振廣, 陶晗 申請(qǐng)人:桂林機(jī)床股份有限公司