【正文】 基于虛擬儀器的切削加工測(cè)試與分析系統(tǒng)軟件的建立基礎(chǔ)是對(duì)切削過(guò)程中的力進(jìn)行測(cè)試與分析，對(duì)于切削過(guò)程的其它物理量的測(cè)量，如振動(dòng)信號(hào)、機(jī)床主軸功率信號(hào)等并沒(méi)有涉及，考慮到虛擬儀器具有強(qiáng)大的開(kāi)放性和擴(kuò)展性，下一步可以考慮在這些方面對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行擴(kuò)充。力信號(hào)上升，處于銑削過(guò)程，當(dāng)無(wú)力信號(hào)時(shí)，則是沒(méi)有銑削工件。在通帶中貝塞爾濾波器的相位響應(yīng)近似于線性，必須通過(guò)提高階數(shù)來(lái)減少誤差，因此應(yīng)用不太廣泛[21]。（3） 不會(huì)因溫度、濕度的影響產(chǎn)生誤差，不需要精度組件。3） 二進(jìn)制文件二進(jìn)制文件格式是計(jì)算機(jī)上存取速度最快，格式最為緊湊，冗余數(shù)據(jù)比較少的一種文件格式。采集到的是電壓信號(hào)，要將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為我們所需要的力的值，通過(guò)DAQ助手里的自定義換算可以實(shí)現(xiàn)。2） 采集設(shè)置：采樣頻率的設(shè)置。根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。有時(shí)不能把被測(cè)信號(hào)直接連接到DAQ卡，而必須使用信號(hào)調(diào)理輔助電路，先將信號(hào)進(jìn)行一定處理[17]。如果沒(méi)有采集處理軟件，一切沒(méi)有意義，因此軟件設(shè)計(jì)部分是本課題的一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。除了通用程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言以外，還有一些專(zhuān)用的虛擬儀器開(kāi)發(fā)語(yǔ)言和軟件，其中有影響的開(kāi)發(fā)軟件有：NI公司的LabVIEW，LabWindows/CVI。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。這樣，在每個(gè)分面板上就可以實(shí)現(xiàn)功能操作的單純化和面板布置的簡(jiǎn)潔化，從而提高操作的正確性和便捷性。本課題的主要工作內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)：1. 設(shè)計(jì)切削力采集與分析系統(tǒng) a:完成三通道數(shù)據(jù)同時(shí)采集，獲得各切削力在線動(dòng)態(tài)波形曲線顯示，監(jiān)測(cè)各向切削力的瞬態(tài)值。兩種方式的共同點(diǎn)是都需要上位機(jī)軟件為用戶(hù)提供圖形化可視操作界面，但都存在著優(yōu)缺點(diǎn)。隨著國(guó)外微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、測(cè)控技術(shù)和數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，近幾年國(guó)外數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品層次全面，涵蓋了從實(shí)際電流、電壓信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，到工業(yè)總線上的數(shù)據(jù)采集，從單體數(shù)據(jù)采集設(shè)備到基于計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，都有很成熟的產(chǎn)品及應(yīng)用。大量的研究結(jié)果表明，對(duì)于切削力的測(cè)量對(duì)金屬切削研究起事半功倍的作用。 machining 。外部世界的大部分信息是以連續(xù)變化的物理形式出現(xiàn)的，例如溫度、壓力、位移、速度等。工業(yè)組態(tài)軟件的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)圖形化的界面與現(xiàn)場(chǎng)控制單元相對(duì)應(yīng)，便于直觀了解及控制系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、工藝流程及過(guò)程參數(shù)，參與系統(tǒng)的控制，同時(shí)可以完成記錄數(shù)據(jù)、生成報(bào)表等功能。目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)、GPIB儀器控制系統(tǒng)、VXI儀器系統(tǒng)以及這三者之間的任意組合[5]。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用低開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用高技術(shù)更新周期短（～1年）技術(shù)更新周期短（5～10年）軟件是關(guān)鍵硬件是關(guān)鍵價(jià)格低價(jià)格昂貴開(kāi)放、靈活與計(jì)算機(jī)同步，可重復(fù)用和重配置固定可用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)周邊各儀器只可連有限的設(shè)備自動(dòng)化、智能化、多功能、遠(yuǎn)距離傳輸功能單一，操作不便近年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，己經(jīng)形成了網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器。以美國(guó)NI公司的軟件產(chǎn)品LabVIEW和LabWindows/CVI為代表的虛擬儀器專(zhuān)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)是當(dāng)前流行的集成化開(kāi)發(fā)工具。而LabVIEW是基于數(shù)據(jù)流的工作方式，同時(shí)是基于圖形化的編程，這使得設(shè)計(jì)者不必掌握大量的編程語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)技巧便可設(shè)計(jì)出虛擬儀器系統(tǒng)[11]。根據(jù)對(duì)此系統(tǒng)的功能分析，把整個(gè)系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析 兩個(gè)部分。其主要性能指標(biāo)：USB總線，16位ADC，16路模擬輸入；250ks/s單通道采樣率；2路模擬輸出；8路數(shù)字輸入線；每通道有4個(gè)可編程輸入范圍。 不同采樣率的采樣結(jié)果本設(shè)計(jì)方案在確定采樣頻率時(shí)，根據(jù)切削加工的實(shí)際頻率和數(shù)據(jù)采集卡的特性，確定采樣頻率為1000點(diǎn)/秒。采樣點(diǎn)數(shù)也即采樣率是單位時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集的次數(shù)。1） 電子表格電子表格文件已ASCII碼的格式來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，是一種特殊的文本文件。 數(shù)據(jù)讀取2 信號(hào)濾波及濾波器的選擇在測(cè)試信號(hào)處理中，通常需要對(duì)噪聲干擾進(jìn)行抑制或衰減，但同時(shí)又希望測(cè)試信號(hào)能正常通過(guò)，這時(shí)可選用一種對(duì)特定頻率具有選擇性的電路來(lái)達(dá)到上述目的，這就是濾波的概念[20]。Labview提供的IIR濾波器類(lèi)型有Butterworth 、Chebyshaev、Inverse Chebyshave、Elliptic和Besel。第二部分：在主軸轉(zhuǎn)速相同時(shí)，不同的切深對(duì)切削力的影響。 第四章 總結(jié)和展望虛擬儀器技術(shù)是目前計(jì)算機(jī)測(cè)試的前沿技術(shù)，將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于工程實(shí)際是目前研究的熱門(mén)。 機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院 機(jī)械工程及自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)09級(jí) 陳娟 2013年6月1日 參考文獻(xiàn)1 李志忠, [M]，北京：清華大學(xué)出版社，1998:3638,4647.2 王琳，商周，[J].電測(cè)與儀表，2008,41（464）：37.3金問(wèn)林，李更生，張幼禎，計(jì)算機(jī)輔助切削數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，航空學(xué)報(bào)，1986，9(6):309312.4 王福明，于明霞，劉吉主編. ：西安電子科技大學(xué)出版社，太原理工大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文，2010：356 鄭耀添，[J],中國(guó)科技信息，2006年第2期.7 陳錫輝，[M]，清華大學(xué)出版社，.8 ，南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2008：2430.，中北大學(xué)，2012:4047.10肖成勇，雷振山，北京：中國(guó)鐵道出版社，11 豈興明，田京京，：電子工業(yè)出版社，.12 孫寶元等，切削力測(cè)試系統(tǒng)研究，機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2002(38):151154.13伊淑梅，基于LabVIEW的切削力測(cè)量虛擬儀器設(shè)計(jì)，華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文，2004:15.14康文利，伊淑梅，盧永霞，基于LabVIEW的切削力數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)，儀表技術(shù)，2004(2):1314.15 ，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988，38107，169～218.16 趙芝眉，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1986，17～35.17 楊樂(lè)平，李海濤，北京：電子工業(yè)出版社，2002，100～150.18 [D].:中北大學(xué),2009.[D].:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所,2008.20 樊京,王金菊,[J].:89～102.21王劍，張利國(guó)，鄭福杰，劉獻(xiàn)禮，基于LabVIEW平臺(tái)切削信號(hào)采集與處理系統(tǒng)，哈爾濱理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003(8):3137.22戴學(xué)斐，于啟勛，切削加工過(guò)程的可靠監(jiān)測(cè)，制造與材料，2002(5):3355.。由此可得出本系統(tǒng)能夠得到準(zhǔn)確的力信號(hào)，更能測(cè)得比較小的力。這部分的程序是采用游標(biāo)列表屬性節(jié)點(diǎn)和索引數(shù)組來(lái)確定兩個(gè)游標(biāo)的X位置，再將兩X位置相減得到我們所需要的范圍，再由數(shù)組子集來(lái)確定該范圍的Y的值，最后接入我們所要的數(shù)學(xué)函數(shù)。IIR濾波器的缺點(diǎn)是響應(yīng)非線性。 數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)的程序框圖采集到的信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列的處理、計(jì)算和分析后，從中提取出符合用戶(hù)想要的特征量，這才是我們進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的目的。而波形圖表是保存舊數(shù)據(jù)，新數(shù)據(jù)依次添加到舊數(shù)據(jù)后面，波形連續(xù)向前推進(jìn)顯示，這種方式能夠清楚地觀察數(shù)據(jù)的變化過(guò)程，我們需要觀察原始數(shù)據(jù)的整個(gè)變化過(guò)程，所以選擇波形圖表來(lái)顯示原始數(shù)據(jù)。然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)得結(jié)果對(duì)其做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。但是，較長(zhǎng)時(shí)間使用很高的采樣率可能會(huì)導(dǎo)致沒(méi)有足夠的內(nèi)存或者硬盤(pán)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)太慢。 2數(shù)據(jù)采集卡的選用數(shù)據(jù)采集卡是本系統(tǒng)硬件的核心，它主要完成數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)。3 容錯(cuò)性容錯(cuò)性是指當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)軟件怎樣對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行處理。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都更加形象化。虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件。（7）可方便地存貯和交換測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果的表達(dá)方式更加豐富多樣。任何一個(gè)使用者都可以通過(guò)修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說(shuō)。用戶(hù)無(wú)需學(xué)習(xí)針對(duì)各類(lèi)控制器的底層儀器命令，由用戶(hù)通過(guò)圖形化語(yǔ)言編程即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集[9]。如石油、化工生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用；鋼鐵熱連軋的應(yīng)用[3]。本系統(tǒng)還證明了以虛擬儀器為基礎(chǔ)的測(cè)量系統(tǒng)是方便、低成本、實(shí)用、而且可靠的。本論文首先對(duì)數(shù)據(jù)采集現(xiàn)狀，發(fā)展指出了傳統(tǒng)過(guò)程數(shù)據(jù)采集方式存在的不足。上世紀(jì) 80 年代末到90 年代初，國(guó)內(nèi)一些廠家已研制出了多種單體數(shù)據(jù)采集器，開(kāi)發(fā)出多種計(jì)算機(jī)板卡層面的采集卡，能夠適應(yīng)一般信號(hào)連續(xù)采集和故障診斷。缺點(diǎn)：采樣信號(hào)的通到數(shù)量有限，使其應(yīng)用受到局限。 c:實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取和分析。（2）在通用硬件平臺(tái)確定后，軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結(jié)果顯示三部分組成。LabWindows/CVI是為熟悉C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)人員準(zhǔn)備的，是在Windows環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)ANSIC開(kāi)發(fā)環(huán)境。所以此平臺(tái)就要求具有友好的界面、優(yōu)良的容錯(cuò)性和維護(hù)性；當(dāng)然，作為工程應(yīng)用，最為主要的是平臺(tái)要穩(wěn)定。