本帖最后由 targus2009 于 2017-6-22 11:31 编辑
照着外国的openbuilds shapeoko和c-beam等开源雕刻机项目也做了一个5050的玩具雕刻机玩玩，因为第一次做没什么经验，看到国外都用牧田和得伟的修边机做电主轴，于是就上网也买了个东成修边机想凑合着用。买回来一试机就后悔了，额定32000的转速实测差不多都40000转了，机子一开就跟飞机起飞一样耳朵都疼，看来调速功能还是少不了啊。上某宝一看可控硅的调速器倒是不少，买了一个回来试了一下，速度是降下来了可功率和扭矩也没了。研究了一下才发现牧田RT0700C和得伟DWP611这种高端货都带有一个磁环可以闭环反馈调速保持恒功，可惜价钱贵的要死而且最低速也只能调到10000RPM左右。真是很郁闷啊，雕刻机先停工几天思考思考再说！ 偶然间在fan qiang看YOUTUBE时发现了这个调速器，顿时希望重生了。性能看起来很强大，不过光电路板就要155刀，其它配件加空运费七七八八没200刀搞不定，也不知道到底是国外物价贵还是他们心黑，反正我这种天C人肯定是玩不起的了。想到自己大学里也参加过飞思卡尔玩过PID，于是我决定自己做一个，前前后后抽时间也做了近4个月了，早已完工。有空时特意拍了些照片，现在发个帖子跟大家分享一下做的过程顺便开源（开源电路图程序结构参考附件部分），动手能力强的也可以自己做一个玩玩。 先讲一下这种带反馈闭环调速器的特点，大部分机友对伺服调速没什么概念。首先这种调速器跟淘宝上卖的十几块的那种可控硅调速器就调速方式上是一样的，都是用可控硅移相调压来调整速度。所不同的是这种调速器带了速度反馈，这样可以精确控速。一般的调速器将修边机速度调到8000RPM以下时，这时的修边机连普通775电机都比不上，而带反馈的调速器将修边机速度调到8000RPM以下时，其最大扭矩远超2.2KW变频主轴。因为修边机作为串激电机，其励磁线圈与电枢串联，定子和电枢中的电流均随负载的增加而增加，因此这类电机是大转矩应用的最理想之选。另一方面由于这种调速器是闭环调速，因此可以根据负载动态智能地调节功耗起到节能作用，在雕刻这类轻负载下基本才消耗50W左右的功率非常节能，修边机基本不发热，可以用内带的散热风扇轻松散热。 讲完理论接下来开始正式动工，先大概画了个原理图，然后就是买买买了，电子物料不多但比较分散，快递费倒花了很多。 接下来开始改装修边机，先全部拆开，做工还不错，全铝机壳，NSK的轴承，铸造散热风扇，转子也够精细。将转子尾部贴上黑白贴，我是用细砂纸和牛奶盒内部的铝层做的。然后在顶盖上开个孔用于放速度传感器，最后将传感器插入用热熔胶固定。所谓的速度传感器就是一个光电开关，光电开关发出的光照到黑白贴纸上面会产生反光，电机转子在不同角度反光强度不同，这样就会随着电机转动产生一系列类似正弦波的信号，通过比较器整形后就可以输入单片机计数测量了。 接下来开始照着原理图搭电路，用洞洞板加手工焊接。第一次搞强电没经验，开始时候那方案没加光耦隔离，期间给电了一次还好缩手快，吓得不轻，一个多礼拜都没再碰。后来想了下决定改方案必须光耦隔离，小命最值钱。光耦隔离主要分两个部分，一部分是交流过零检测，另一部分是可控硅的驱动部分（注意看示波器中的这两部分波形），通过光耦隔离就可以用普通9V电源驱动单片机来控制强电下的可控硅从而控制电机。单片机部分选了很多方案，最后定为STM8S系列的，直接买的模块，10块钱不到搞定。 电路搭好后开始初步编程，单片机编程也不是什么深奥的东西，会C语言基本就能编。调速的程序很简单，流程就是检测速度--->与设定速度做对比-->超了减小可控硅打开时间（降压），小了增加可控硅打开时间（升压），就这样不停的循环。唯一的难点在于减小和增加时间的计算，这里就要用到所谓的PID算法了。PID是比例（proportion）积分（integral）导数（derivative）三者的英文简称，百来年前就有了，发展到如今只要是需要控制的地方就离不开它。这里单独讲一下容易理解的P比例部分，其实很多情况下单靠比例控制系统就能很好的工作了，举个例瓦特的蒸汽机就是单比例控制的。假设检测到的速度比设定的速度小了1000RPM，P比例系数定为0.002，那么就将可控硅的打开时间增加0.002*1000=2ms，50HZ的交流电半周期为10ms。同理如果检测到的速度比设定的速度大了1000RPM，那么就将可控硅的打开时间减小2ms，就这么简单。值得一提的是现在网上的关于PID的资料大部分都是胡说的，像百度文库里面基本上90%讲PID的都不在点上，这种资料不看还好，看多了越看越迷糊。这里上传一个关于PID的文档，是我到现在看到的最适合入门的了。讲了几种工况下PID的不同使用案例，感兴趣的机友可以看下，还是很有用的。 程序验证的差不多就可以出PCB了，用AD画两层板也是比较简单的活。然后外发JLC做样板，50块钱10片，两三天就能搞定。抽空又用CATIA画了个亚克力外壳外发激光切割，裸奔实在太难看了还危险。等了几天板子终于来了，立刻手工焊好一块，装入亚克力外壳，终于不要再提心吊胆的用那简陋的洞洞板电路调程序了。 接下来开始上机实测，用的是自己做的5050玩具雕刻机，滑轨的精度不是很高，刚性也差。先是铣木头，比较轻松，可以一刀下4mm才用掉100W功率。然后开始铣铝合金，用3mm厚度的6061铝板做了一批可控硅散热片。接着试了一下8mm的中厚铝板，下刀极限0.5mm机子烂再高就全机发抖了，看了下也才用掉100W左右功率，按照东成修边机440W的额定功率用铸铁机下刀1.5mm应该不成问题。 最后用雕刻机干了个轻活，雕了张塑料钢网，才用掉50W功率非常省电。精度还不错，0603对的还比较准。给其它的电路板刷上锡膏，手工贴片，量太少上贴片机机合不来。然后上电陶炉版回流焊，直插元件手工焊，电路搞定。装上亚克力外壳，正式打完收工！
开源的电路图程序源码和一些参考资料比较大，可以去我的百度网盘直接下，版主不要删外链：http://pan.baidu.com/s/1c1HThLI
?from=s1.8-1-1.2[/media]
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发表于 2017-6-22 11:32
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