«Juvelir DC Drive» — привод шпинделя ювелирного станка ЧПУ (экономвариант)

ПРЕАМБУЛА:

В одной из статей сайта речь шла о созданном Шаговый электропривод фрезерного станка с ЧПУ.  В конкретном случае шпиндель (рисунок 1, 2) был по типу «RAM Product 45000″.

High-quality-45K-RPM-Dental-Lab-Jewelry-Micromotor-Polishing-Micro-Motor-Handpiece-Ram-45000-rpm

Рисунок 1 — RAM Product 45000

203319517_w640_h640_strong_102l

Рисунок 2 — Китайский аналог ( коих множество)

Регулируется сие чудо при помощи простенького блока управления (рисунок 3), в основе которого лежит трансформатор, выпрямитель и линейный регулятор напряжения. Частота вращения шпинделя задается в ручную, максимум автоматизации — вход для подключения внешнего сигнала включения (как вариант  — педаль и т.д.).

a20791f1369fcfdc6d375a_m

Рисунок 3 — Блок питания шпинделя

Решить проблему с включением с программы ЧПУ шпинделя не составляет труда, а вот регулировать частоту вращения с таким блоком невозможно, только в ручную. Именно для решения этой задачи была разработан простейший регулятор оборотов для расширения функциональных возможностей работы станка. В приведенной выше кратко был описан первый вариант данного регулятора, здесь же речь пойдет о следующей итерации регулятора.

ЗАДАЧИ:

С минимальными затратами и максимальной простотой нужно реализовать регулятор оборотов шпинделя без реверса и без стабилизации частоты вращения с возможностью управления из ЧПУ (если быть точнее регулятор должен влиться в систему ЧПУ).

РЕШЕНИЕ:

В основу данного решения лежит возможность программы Mach3 генерировать ШИМ (если его так можно назвать) на одну из ног порта LPT. Соответственно генерация ШИМ от нашего регулятора отпадает (здесь нужно привести уточнение: никаких возможностей стабилизации частоты вращения не предусматривается). Задача упростилась, нужно всего-лишь реализовать силовой модуль под необходимые нам параметры. Гальваническая развязка ложится на привод  шаговых двигателей, в большинстве случаев на нем установлено реле подающее питание на шпиндель, к оптрону отвечающему за канал управления реле легко подключиться и снимать с него необходимый нам ШИМ (при этом обмотку реле желательно отключить каким либо способом).

Возможны несколько вариантов решения задачи:

  • драйвер нижнего ключа по типу UCC37322 и естественно сам нижний ключ IGBT или MOSFET;
  • драйвер верхнего ключа по типу IR2117 и естественно сам верхний ключ IGBT или MOSFET;
  • драйвер по типу IR2110 + два ключа IGBT или MOSFET;
  • готовая транзисторная сборка Н-моста или одного плеча Н-моста по типу L6203 или L298D;
  • спарка из двух транзисторов разной проводимости (n и p);
  • линейный регулятор по типу LM317ADJ;
  • и т.д.

При решении был выбран вариант с транзисторной сборкой, что упростит проектирование.
В ценовом эквиваленте выигрывает L298D, по технологичности L6203. В результате долгой внутренней борьбы добра со злом выбор пал на L298D:

Напряжение питания двигателей - до 50 V;
Напряжение питания микросхемы - 7 V;
Максимальный пиковый ток ключей (t<100мксек) - 3 А;
Средний(постоянный) ток ключей - 2 А;
Потребляемый микросхемой ток не более - 70 мА;
Рассеиваемая мощность - 25 Ватт;
Входной уровень «Лог 0» менее - 1,5 V;
Входной уровень «Лог 1» более - 2,3 V;
Падение напряжения на ключах при токе 1 А - не более 1,7 В;
Падение напряжения на ключах при токе 2 А - не более 2,7 В.

Внутренности (блоксхема) L298D приведены на рисунке 3.

1

 Рисунок 3 — L298D

Для усиления по току будем использовать два Н-моста подключенных параллельно, по примеру из даташита (рисунок 4).

2 Рисунок 4 — Параллельное подключение двух Н-мостов на одну нагрузку

Менять направление вращения шпинделя (реверс) данный регулятор не будет, поэтому можно использовать только одно плечо Н-моста. Упрощенная схема подключения нагрузки при таком варианте реализации приведена на рисунке 5.

3Рисунок 5 — Пример подключения нагрузки к одному плечу

Так же нужно реализовать защиту от перегрузки по току. В основу защиты заложен компаратор, значение тока будет сниматься с шунта и сравниваться с значением напряжения с делителя (которым задается значение тока). Схема защиты с компаратором приведена на рисунке 6.

4Рисунок 6 — Инвертирующий компаратор

С LPT также идет сигнал Enable — дающий разрешение на работу. Сигнал с компаратора через логический «И» с сигналом Enable подается на вход разрешения L298D. Для упрощения схемы элемент «И» сделан по технологии диодно-транзисторной логики (рисунок 7).

5Рисунок 7 — Логический элемент «И»

Полная схема регулятора приведена на рисунке 8.

6

 Рисунок 8 — Схема регулятора оборотов

Результаты разводки печатной платы приведены на рисунках 9 — 11

JDCD_1

Рисунок 9

JDCD_2

Рисунок 10

JDCD_3

Рисунок 11

Конструктивные особенности реализации (более подробно об этих моментах будет описано в следующих публикациях):

  • Ограниченные размеры печатной платы 50×60 mm;
  • Подключение модуля разъемом BH-26R;

You may also like...

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>