2015 年 4 月 15 日

一、国内外对本课题研究动态,选题的依据和意义:
(一)国内外对本课体研究动态
    一个国家的繁荣与其先进制造业密切相关，然而制造是离不开先进机器作为辅助，机床包括床身、立柱、工作台、进给机构等机械部件。工作台作为数控机床的重要组成部分，也是影响加工精度的重要组成环节。从一开始为了满足加工简单的零件而设计的直线运动的直线运动工作台，到现在为了实现多任务位加工而制造的分度工作台和回转工作台等。为了满足现代制造业的发展，也为了环境的要求，一作台的驱动装置从原来的机械驱动变为液旅驱动，现在更多的采用了气动装置，更好的保护了环境，节约了资源。由于工作台是一台机床的关键配套部件，因此世界各国都有对其进行研究，我国在工作台的研究开发方面也取得了长足的进步。
(二)依据和意义
    ①使工作台实现数控控制；让数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工；提升机床的加工精度、柔性、生产率和操控，实现计算机控制，排除人为误差，使零件的加工一致性好，质量稳定可靠；提升机床自动化程度，降低操作人员劳动强度。 
    ②能够正确运用机床数控系统等课程的基本理论个有关知识，学会设备数控化改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算；通过对设备改造的机械部分设计，掌握数控设备典型零件的计算方法和步骤以及正确的结构设计方法；通过设备的数控系统硬件和软件设计，掌握简单的数控系统硬件及软件设计的基本方法；通过课程设计，初步树立正确的设计思想，培养自己分析问题和解决问题的能力；提高自己应用手册、标准以及编写文件等资料的能力。
数控步进工作台设计的意义  工作台是机床上必不可少的部件，因此工作台的设计具有重要意义，工作台的自动化能大大减轻劳动强度，提高劳动生产效率。直线运动数控工作台机电系统设计是一个开环控制系统，其结构简单，实现方便而且能保证一定的精度。降低成本，是微机控制技术的最简单的应用，它充分的利用了微机的软硬件功能以实现对机床的控制，使机床的加工范围扩大，精度和可靠性进一步提高。随着经济的发展，机械行业的许多普通机床和闲置设备，经过数控改造以后，不但可以提高加工精度和劳动生产率，而且能有效的适应多品种，小批量的市场经济的需要，使之更有效的发挥经济效益和社会效益。
二、研究的基本内容,拟解决的主要问题:
研究的基本内容
随着现代信息技术的进步，制造业得到了快速发展，促使机械加工技术发生深刻的变化，企业不仅追求高效率的生产模式，更追求高标准的质量要求，因此要求机械设备的功能越来越强大，其结构及功能随之也变得更复杂。所以，能够设计出功能全面、效率高、耐压性强、加工精度高的机械加工设备是制造业中最重要的课题之一。我们此次研究的课题—直线运动数控工作台属于高精密加工的核心部件，它的传动部件的定位精度直接影响系统的加工精度。
直线运动数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，如数控车床的纵—横向进刀机构、数控铣床和数控钻床的直线运动工作台、激光加工设备的工作台等。数控工作台的运动控制精度与加工零件的精度直接相关，传统的人工控制已无法满足要求，因而采用微机控制系统来实现精确的运动控制。
研究难点及预期目标
难点：完成系统的仿真
预期目标：本系统能够通过Proteus和Keil软件进行仿真，通过该仿真电路图在仿真软件Proteus上实现对步进电动机的控制，步进电机的相应动作。

三、研究的步骤、方法、措施及进度安排
研究的内容
    直线运动数控工作台是许多机电一体化设备的基本部件，通常由导轨座、滑动模块、工作平台、滚珠丝杠螺母副，以及步进电机等部件构成。控制系统可选用标准的工业控制计算机，也可设计专用的微机控制系统。本设计用AT89C51组成专用单片机控制系统，来控制步进电机的正反转，进而控制直线运动数控工作台运动。设计要求完成整个控制系统的硬件设计和完成整个控制系统的人机接口软件设计，通过Keil编译和调试程序，并最终在Proteus软件中仿真。
研究的方法
    为了保证直线运动工作台具有一定的传动精度和平稳性，并考虑总体结构的紧凑性要求，采用滚珠丝杠螺母作为传动副。由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，故选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高其运动的可靠性和平稳性。
    由于步进电机的步距角和滚珠丝杠的导程是按标准选取的，为达到传动要求，并综合考虑步进电机负载匹配，决定采用齿轮减速传动。
进度安排
①2014.11.10～2014.11.30：下达设计任务书，学生根据设计任务书的要求，利用文献检索平台获取《直线运行工作台定位控制器》各组成部分的相关资料，（包括机械结构和工作原理以及控制要求）的相关资料，进行系统方案设计及论证。包括确定I/O设备，定位传感器选型，电机选型等。探讨《直线运行工作台定位控制器》的基本组成和实现的基本技术方法。
②2014.12.1～2014.12.20：进行硬件系统规划和论证，包括电机接口及驱动方案；人机交互接口界面；传感器接口等方案论证。
③2014.12.21～2015.1.10：根据对《直线运行工作台定位控制器》各组成部分的深入研究，按照机械工程学院毕业设计开题报告的格式要求，完成并提交毕业设计开题报告。
④2015.1.11～2015.2.11：分模块对硬件系统进行详细设计，并在Proteus平台上画出硬件系统的原理图，进行电气规则检查并对硬件系统各组成部分进行虚拟仿真测试（仿真时可以用指示灯指示电机的运转状态）。
⑤2015.2.12～2015.3.10对系统顶层软件进行设计，画出系统软件流程图，确定子程序模块数量及调用规则，确定各子程序模块的入口参数和出口参数，画出各子程序模块的流程图。在Keil C平台上进行子程序的调试和主子程序联调。并提交中期检查表。
⑥2015.3.11～2015.3.30：在Proteus平台上进行系统软硬件联调，完成系统设计。
⑦2015.4.1～2015.4.10：归纳整理设计调试结果，整理软、硬件设计文档资料，总结单片机应用系统设计的一般方法和收获，为今后从事类似的设计提供参考依据和积累经验。同时完成毕业论文的撰写完成毕业设计初稿，并提交毕业答辩审批表。
⑧2015年4月11日-5月20日：毕业设计送审、修改、定稿；