在汽車、拖拉機零部件的許多加工領域需要對各類加工工件的端面或圓周面進行均勻分度。傳統的分度是采用定位卡盤和定位銷的機械構件進行分度定位，對不同型號和不同要求的工件進行加工時。由于所需分度位數不同，要求更換不同的卡盤。需準備多套與之配套的定位卡盤。隨著定位卡盤和定位銷使用次數的不斷增加，存在著機械磨損，從而導致不能準確均勻分度，加工精度變差。我們設計研制的智能自動分度控制系統，是基于可編程序控制器(PLC)，利用其功能指令中脈沖輸出指令控制步進電動機，通過軟件編程技巧消除均勻分度的累積誤差，從而實現智能、隨機、精密、自動分度的定位控制。該智能自動分度控制系統，根據加工工件均勻分度所要求的分度值不同，即可準確實現各種工件端面隨機均勻分度，亦可準確實現其圓周面上隨機均勻分度。此智能自動分度控制系統具有以下特點：

　　1)針對不同加工工件的需要，通過兩位撥碼開關輸入分度位數，范圍可以從2到99。

　　2)PLC根據輸入的分度位數值，通過精確運算處理，輸出一定的脈沖量，從而控制步進電動機準確定位。

　　由于選取步進電動機的步距角為0.9°，步進電動機不加細分控制時，控制精度可達到0.9°/N；步進電動機加入細分控制時，理論控制精度最高町達的0.9°／N／M(其N為傳動裝置的傳動比，肘為細分值)。

　　3)對在分度運算中存在余數造成的累積誤差，進行軟件編程實現消除處理，確保均勻分度的精確控制。

2 控制系統硬件設計

　　輸入點：X1：原點；X2：自動；X3：手動；X4：啟動；x5：分度正反轉；x6：分度軸鎖緊與松開；X20，x2l，X趨和X23：8421BCD撥碼開關數字輸入。

　　輸出點：Y0：驅動步進電動機；Y1：分度正反向；Y2：分度軸鎖緊；Y4和Y5：8421 BCD撥碼開關輸入控制。

　　根據分度要求及一般機械加工裝置所需的輸入輸出點數，主控制單元采用日本三菱公司的FXlr40MT型PLC。該PLC體積小、功能強、性價比高，且具有定佗控制及脈沖輸出功能。其系統輸入、輸出點和撥碼開關控制系統原理如圖1所示。該智能自動分度控制系統是針對各種類型加工工件的精密分度，分度位數根據要求可由2至99個之間隨機選取，利用兩位8421 BCD撥碼開關實現加工分度位數的輸入。撥碼開關輸入控制由PLC輸入點x20。x21，x22和x23，及輸出點Y4和Y5協同實現。

圖1控制系統原理圖

　　在實際應用的多軸數控系統中，通常的定位控制是采用PLC加定位模塊實現。但當進行定位控制的定位軸較少時，可直接利用PLC本身的高速脈沖輸出口控制驅動步進電動機，這樣控制方法簡單方便，又可降低控制成本。

　　FxlN-40MT型PIE，具備簡易的定位控制及脈沖輸出功能。其輸出點Y0具有脈沖輸出功能，輸出脈沖頻率最高可達100 kHz。選取的步進電動機驅動器SH2046M是采用高速單片機技術開發的細分驅動器。該驅動器采用商頻脈寬調制技術，具有噪音低、效率高、電壓范圍寬、設置靈活、運行平穩等優點。步進電動機采用86BYG402永磁感應式步進電動機，其步距角為0.9°。完全可以滿足精確分度的要求。

　　如圖1所示，PLC的輸出端Yo(脈沖輸出)控制驅動步進電動機實現均勻分度；PLC的輸出端Y。控制步進電動機分度的旋轉方向。PLC脈沖輸出端Y0、輸出端Yl的公共端COM0與PLC的24 V地COM相連。步進電動機驅動器的輸入信號公共端OPTP與PLC的+24 V電源相連。PLC的脈沖輸出端Y0外接1.8 kfl的限流電阻連接至步進電動機驅動器的脈沖輸入端CP，用于驅動步進電動機旋轉分度。PLC的輸出點Y1。外接1.8 kΩ的限流電阻連接至步進電動機驅動器的方向輸入端DIR，用于控制步進電動機的旋轉方向。以此來實現智能、自動精確分度的硬件連接。

3 控制系統軟件設計

　　3.1 撥碼開關控制實現

　　數據撥碼開關是將十進制自動轉換為8421BCD碼的編碼電路模塊。按動“+”或“-”按鈕，自動實現十進制數加1或減1，同時在相應的DCBA輸出端產生8421BCD碼。

　　在此智能自動分度控制系統中，采用兩位撥碼開關，根據工件分度位數，在2到99之間由用戶選擇直接輸入。軟件編程運用FX1N系列PLC的數字開關指令FNC72。直接讀出撥碼開關所設置的數據。其指令示意圖如圖2所示。

圖2數字開關指令

　　3.2 PLC脈沖輸出控制驅動步進電動機的實現

　　FX1N系列PLC的功能指令FNC57和FNC59，分別為脈沖輸出PLSY指令和可調脈沖輸出PLSR指令。指令示意如圖3、圖4所示。

　　由圖3可知，運行PLSY指令可在PLC的輸出端Y0輸出設定數量和頻率的脈沖。操作數[S1·]用來設定脈沖頻率。操作數[S2·]用來設定輸出的脈沖個數。若設定脈沖數為0。則持續產生脈沖，控制步進電動機持續旋轉。操作數[D·]用來設定脈沖輸出元件，只可使用可編程序控制器的Y0或Y1。圖3中所示的指令是當可編程序控制器PLC的輸入點X4有ON時，輸出端Yo輸出頻率l 000 Hz的脈沖，輸出脈沖的個數由通用數據寄存器Do中的數據確定。當要求步進電動機具有較高轉速時，需采用具有加減速功能的脈沖輸出指令PLSR來實現。加減速功能的脈沖輸出指令PLSR如圖4所示，其操作數[S1·]用來設定最高頻率；[S2·]用來設定輸出的脈沖個數；而操作數[S3·]是用于設定加減速時間(50—5 000m)；操作數[D·]設定脈沖輸出元件，對此系列可編程序控制器只能使用輸出端Y0或Y1。

圖5分廑程序漉程圈

　　3.3 分度控制軟件設計

　　實現智能自動分度系統的工作過程是：從原點開始。完成1個定位位的加工。使軸鎖緊電磁閥復位松開，從而驅動步進電動機帶動工件軸旋轉一個角度，實現下一分度定位；之后軸鎖緊電磁閥置位鎖緊，保持此分度定位固定不動，以便進行加工。根據設定撥碼開關輸入的分度數，依次在圓形工件的端面或圓周面完成要求均勻分布的分度位。軟件結構根據工作過程控制要求而設計，主要通過PLC實現定位控制及輸出脈沖驅動步進電動機分度，即對輸出口Y0的脈沖輸出功能進行編程實現。

　　由于選用的步進電動機的步距角為0.9°，即可編程序控制器PLC的脈沖輸出口Yo每輸出一個脈沖數，步進電動機輸出軸就轉動0.9°，當傳動裝置的傳動比為N：1。其驅動工件轉動0.9°／N角度。工件轉動一周即360。時k需要輸出的脈沖總數為360°÷0.9°／N。若需均勻分度位數為rt。則PLC的輸出口Y。需輸出0.9°／N÷n個脈沖，驅動控制步進電動機實現一次分度。由于在n的取值范圍中，具有使表達式0.9°／N÷n存在余數的值。如果不對余數進行科學處理，那么在最后一個分度位和第一個分度位之間必然產生累積誤差，從而影響分度精度。因此在輸出分度脈沖的編程設計中，每進行一次分度．將余數累加一次；在下一個分度之前，先將累加值與撥碼開關設定值n進行比較，當累加值大于11,時。將累加值減去n，同時將輸出脈數加一后再進行輸出分度；若累加值小于n值，Y0輸出原有脈沖個數進行分度輸出，同時仍將余數累加一次。以此使均勻分度中任意相鄰兩分度位的誤差小于步進電動機的一個步距角。在加工工件上分度誤差不會超過0.9°／N度。其分度程序流程圖如圖5所示。

　　PLC通用數據寄存器D2中，讀入撥碼開關設定分度位數n；將整體需輸出的脈沖總數360°÷0.9°／N值，存人通用數據寄存器D0中；利用PIE的功能指令FNC23(除法指令DIV)進行除法運算。如圖6所示，其商送到通用數據寄存器D4，余數送到通用數據寄存器D5。余數的累加單元使用通用數據寄存器D6，它在開始分度之前處于清零的狀態。

圖6除法指令

4 結束語

　　此智能自動分度控制系統，可用于加工汽車、拖拉機等零部件需均勻分度的機床上。以此構成的數控系統已用于精密鏜孔及感應加熱中大齒輪的單齒淬火，通過對現場生產產品進行檢驗，完全滿足生產要求，使用效果良好。相關的《多用精巒數控機床自動分度技術的研究》科研項目2008年通過河南省科技廳鑒定為國內領先水平。