【正文】 感器類型。利用NI軟件就可以輕松使用NI CompactDAQ來(lái)記錄簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，或開(kāi)發(fā)完整的自動(dòng)化測(cè)試和控制系統(tǒng)。Automation Explorer硬件驅(qū)動(dòng)程序LabVIEW開(kāi)發(fā)環(huán)境圖31 基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) NI CompactDAQ本課題使用的數(shù)據(jù)采集硬件是NI CompactDAQ—便攜式數(shù)據(jù)紀(jì)錄儀[14],如圖22所示NI CompactDAQ是一種為工作臺(tái)、測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)以及生產(chǎn)流水線上的傳感器和電子測(cè)量應(yīng)用提供USB即插即用特性的數(shù)據(jù)采集設(shè)備?；贚abVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般如圖31所示。沒(méi)有好的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)分析再精確也沒(méi)有用，因?yàn)榉治龅男盘?hào)都是沒(méi)有意義的。圖43 壓電式加速度傳感器表21 LC0104壓電加速度傳感器主要技術(shù)指標(biāo)型號(hào)靈敏度/mV結(jié)合各廠家聲譽(yù)及產(chǎn)品性能，振動(dòng)加速度傳感器選用朗斯測(cè)試技術(shù)有限公司生產(chǎn)的LC01系列IEPE壓電加速度傳感器LC0104T三個(gè)，如圖22所示，主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表21。它具有靈敏度高、頻響寬、性能好的特點(diǎn)，而且外殼與質(zhì)量—彈簧系統(tǒng)不直接接觸，可隔離部分外界由于非振動(dòng)因素造成的干擾。壓電式加速度傳感器是以壓電晶體或人工極化陶瓷為敏感元件，將振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的換能裝置，它的輸出電荷與振動(dòng)加速度成正比。此類傳感器的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)牢固、性能穩(wěn)定、可靠，有較高的測(cè)量精度和良好的線性關(guān)系。它的種類有多種，其區(qū)別特點(diǎn)就在于彈性元件的結(jié)構(gòu)形式。(6)應(yīng)變片式位移傳感器。裝在殼體外的非接觸式磁電轉(zhuǎn)速傳感器輸出脈沖信號(hào)的頻率，與渦輪的轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)被測(cè)流體流過(guò)傳感器時(shí)，在流體作用下，渦輪受力而旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比。主要技術(shù)指標(biāo)如下：輸出脈沖數(shù)：60脈沖/轉(zhuǎn)；測(cè)速范圍：50～5000r/min；工作電源：DC 8～12V；輸出信號(hào)幅值：高電平_電源電壓，低電平1V；傳輸線最大長(zhǎng)度：50m。該測(cè)試系統(tǒng)選用上海權(quán)浩公司生產(chǎn)的SZMB—4型磁電轉(zhuǎn)速傳感器。磁電式速度傳感器是把被測(cè)物體的振動(dòng)速度轉(zhuǎn)換為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的一種傳感器，它的輸出電壓與被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)速度成正比。由于去載時(shí)彈性形變可恢復(fù)，所以應(yīng)變式壓力傳感器不僅能測(cè)壓力的上升段，也能測(cè)量壓力的下降段，能反映出壓力變化的全過(guò)程。(3)應(yīng)變式壓力傳感器。熱敏電阻傳感器所用的熱敏電阻阻值隨著溫度變化，它有正溫度系數(shù)( PTC，溫度上升則電阻上升)和負(fù)溫度系數(shù)(NTC，溫度上升則電阻下降)之分，一般來(lái)講，前者稱為PTC型熱敏電阻，后者稱為NTC型熱敏電阻。(2)熱敏電阻式溫度傳感器。霍爾傳感器具有體積小、外圍電路簡(jiǎn)單、頻帶寬、動(dòng)態(tài)特性好、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。將霍爾元件（板）置于磁場(chǎng)中，板厚一般遠(yuǎn)小于板寬和板長(zhǎng)，在板長(zhǎng)方向通以控制電流時(shí)，板的側(cè)向（寬度方向）會(huì)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，稱為霍爾電壓，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)。以下為本課題中使用的幾種傳感器：(1)霍爾傳感器。傳感器的種類很多，且有不同的分類方法，按參考坐標(biāo)的不同可分為絕對(duì)式與相對(duì)式傳感器；按工作方式的不同可分為接觸式和非接觸式傳感器；按工作原理的不同可分為結(jié)構(gòu)型和物性型傳感器。圖21為數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)的硬件組成。用戶可以根據(jù)不同的數(shù)據(jù)傳輸方案，選擇不同的DAQ裝置和總線結(jié)構(gòu)。信號(hào)調(diào)理裝置的功能一般有：放大、隔離、多路復(fù)用、濾波、激勵(lì)和線性化等。第2章 數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)硬件配置 數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)硬件總體配置數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)的硬件主要包括四部分：傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和個(gè)人計(jì)算機(jī)。(3)利用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)工程機(jī)械故障診斷模塊。具體的研究工作主要有：(1)對(duì)于不同的故障特征信號(hào)選取適合的傳感器類型；對(duì)信號(hào)調(diào)理和數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行分析比較，構(gòu)建適合數(shù)控機(jī)床功能測(cè)試且便于攜帶、易于擴(kuò)展的硬件系統(tǒng)。 論文研究?jī)?nèi)容本課題以數(shù)控機(jī)床為研究對(duì)象，建立了基于虛擬儀器技術(shù)的測(cè)試診斷平臺(tái)，能夠?qū)?shù)控機(jī)床的液壓系統(tǒng)、振動(dòng)系統(tǒng)和氣動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試和故障診斷。VI與傳統(tǒng)儀器的比較具有軟件開(kāi)發(fā)與維護(hù)費(fèi)用低，技術(shù)更新周期短等優(yōu)點(diǎn)。用LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)編制的程序成為虛擬儀器程序，簡(jiǎn)稱VI。PXI作為一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺(tái)，內(nèi)建有高端的定時(shí)和觸發(fā)總線，再配以各類模塊化的I/O 硬件和相應(yīng)的測(cè)試測(cè)量開(kāi)發(fā)軟件，可以建立完全自定義的測(cè)試測(cè)量解決方案。(3)用于集成的軟硬件平臺(tái)。(2)模塊化的I/O設(shè)備。軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的部份。所謂虛擬儀器技術(shù)，就是用戶在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，根據(jù)測(cè)試任務(wù)的需要來(lái)定義和設(shè)置儀器的測(cè)試功能。在國(guó)內(nèi)．西安交通大學(xué)、上海交通大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)等已進(jìn)行工業(yè)領(lǐng)域的遠(yuǎn)程診斷研究工作．并取得了初步成果；華中理工大學(xué)也于1997年初開(kāi)始了前期研究工作，并在因特網(wǎng)上設(shè)立了—個(gè)遠(yuǎn)程診斷宣傳站點(diǎn)，介紹遠(yuǎn)程診斷技術(shù)，以實(shí)驗(yàn)室的方式向用戶提供遠(yuǎn)程診斷服務(wù)[5]。如，美國(guó)斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院已合作開(kāi)發(fā)了基于因持網(wǎng)的下一代遠(yuǎn)程診斷示范系統(tǒng)。隨著電子測(cè)量、信號(hào)處理、傳感器、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)科研單位研究開(kāi)發(fā)了一些針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)合的監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)。 數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)控機(jī)床的故障診斷技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)床有著較大的區(qū)別, 需采用更為先進(jìn)的故障診斷技術(shù), 及時(shí)在線監(jiān)測(cè)和診斷數(shù)控機(jī)床的故障。因此, 近年來(lái)不用或少用冷卻液、實(shí)現(xiàn)干切削、半干切削節(jié)能環(huán)保的機(jī)床不斷出現(xiàn),并在不斷發(fā)展當(dāng)中。(3)高自動(dòng)化：數(shù)控機(jī)床的高自動(dòng)化并向著FMC、FMS集成方向發(fā)展(4)控制智能化：數(shù)控機(jī)床智能化主要體現(xiàn)在自適應(yīng)控制技術(shù)，專家系統(tǒng)技術(shù)，故障自診斷、自修復(fù)技術(shù)，智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)，模式識(shí)別技術(shù)。發(fā)展新型超精密加工機(jī)床是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)。(4)作為一種科學(xué)的設(shè)備管理思想，它比傳統(tǒng)的設(shè)備管理與維修更有效、更科學(xué)，大大提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性、利用率及壽命，同時(shí)又大大降低了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，是一種更加積極、主動(dòng)的設(shè)備管理新理念。(2)及時(shí)檢測(cè)確診，正確維修，以減少維修時(shí)間，提高維修質(zhì)量，節(jié)約維修費(fèi)用，應(yīng)使重要的設(shè)備能按其狀態(tài)進(jìn)行維修（即視情維修或預(yù)知維修），隨時(shí)掌握設(shè)備性能的發(fā)展變化情況，并逐步實(shí)現(xiàn)定期強(qiáng)迫維修制度向預(yù)知維修轉(zhuǎn)變。加強(qiáng)和開(kāi)展對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)的研究，具有以下重要意義:(1)可早期報(bào)警，以便采取措施，減少和避免故障擴(kuò)大和機(jī)器損壞。但由于該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的連續(xù)性以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性, 勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)大量的振動(dòng)、可靠性等問(wèn)題, 機(jī)床損壞事故也時(shí)有發(fā)生, 給國(guó)家、企業(yè)帶來(lái)巨大的損失。在日益細(xì)分的市場(chǎng)需求中, 數(shù)控機(jī)床很好地實(shí)現(xiàn)了小批量、柔性化加工的要求并以其高精度、高效率、高適應(yīng)性等特點(diǎn)而逐漸取代了傳統(tǒng)的普通機(jī)床成為工作母機(jī)。1章 緒論 1 數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)研究的意義 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài) 1 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 1 數(shù)控機(jī)床故障診斷技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 虛擬儀器技術(shù) 3 虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成. 3 LabVIEW 軟件簡(jiǎn)介 3 論文研究?jī)?nèi)容 3第2章 數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)硬件配置 5 數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)硬件總體配置 5 傳感器選擇 5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 8 NI CompactDAQ 8 信號(hào)調(diào)理系統(tǒng) 9第3章 數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 10 數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)方案 10 數(shù)據(jù)采集模塊 10 數(shù)據(jù)分析處理模塊 11 數(shù)據(jù)管理模塊 11 故障診斷模塊 12 數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)軟件功能 12第4章 數(shù)控機(jī)床檢測(cè)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 16 數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)檢測(cè) 16 液壓系統(tǒng)的基本組成及故障概述 16 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 17 壓力檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 17 流量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 20 振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 23 數(shù)控機(jī)床振動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè) 25 數(shù)控機(jī)床振動(dòng)評(píng)定 26 機(jī)床振動(dòng)檢測(cè)程序 27 數(shù)控機(jī)床氣動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè) 28 氣動(dòng)系統(tǒng)的基本組成及故障概述 28 壓力、速度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 29第五章 結(jié)論與展望 32 結(jié)論 32 展望 32參考文獻(xiàn) 34致謝 35附錄A 外文資料翻譯 36附錄B 軟件使用說(shuō)明 48附錄C 測(cè)試分析報(bào)告 50附錄D 源程序清單 52石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒論 數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)研究的意義數(shù)控機(jī)床是指采用數(shù)字控制技術(shù)對(duì)機(jī)床的加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)化控制的一類機(jī)床。它具加工精度高、生產(chǎn)效率高、自動(dòng)化程度高、對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代制造業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備。數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)了將電力電子、自動(dòng)化控制、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的高度結(jié)合。因此數(shù)控機(jī)床的維修與檢測(cè)越來(lái)越被企業(yè)所重視。提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性、安全性和有效性，以期把故障損失降到最低。(3)取得設(shè)備壽命周期的大量數(shù)據(jù)，可充分了解設(shè)備性能，保證設(shè)備發(fā)揮最大的能力，制訂合理的檢測(cè)維修制度，以便在允許的條件下充分挖掘設(shè)備潛力，延長(zhǎng)服役期限和使用壽命，降低設(shè)備全壽命周期費(fèi)用。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài) 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)當(dāng)前世界數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)高精度化：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是精密行業(yè)的出現(xiàn)，對(duì)精密加工技術(shù)提出新的要求。 (2)高速化：數(shù)控機(jī)床高速化可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，大幅度提高加工效率，降低加工成本，提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。(5)工序和功能復(fù)合化(6)高可靠性(7)網(wǎng)絡(luò)化(8)開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu) (9)加工過(guò)程綠色化：隨著日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源約束,制造加工的綠色化越來(lái)越重要, 而中國(guó)的資源、環(huán)境問(wèn)題尤為突出。在21世紀(jì),綠色制造的大趨勢(shì)將使各種節(jié)能環(huán)保機(jī)床加速發(fā)展,占領(lǐng)更多的世界市場(chǎng)[21]。隨著集成電路和計(jì)算機(jī)性能／價(jià)格比的提高，近年來(lái)，國(guó)外已將一些新的概念和方法引入到診斷領(lǐng)域，使診斷技術(shù)上升到一個(gè)新的更高的階段，這些新的診斷技術(shù)主要有：通訊診斷、自修復(fù)系統(tǒng)、具有入工智能功能的專家故障診斷系統(tǒng)、基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)(ANN)診斷等。因特網(wǎng)的普及和局域網(wǎng)建設(shè)，為故障診斷技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了新的思路與前景，將因特網(wǎng)計(jì)算機(jī)地用技術(shù)與故障診斷技術(shù)相結(jié)合，可構(gòu)造一種全新的故障診斷系統(tǒng)，即基于因特網(wǎng)的遠(yuǎn)程故障診斷系統(tǒng)(Internet—based Remote Diagnosis System IRDS )。美國(guó)的DM2000系統(tǒng)和PDS系統(tǒng)都是基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，能同時(shí)對(duì)多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和智能診斷多種典型故障，具有遠(yuǎn)程通訊能力，能對(duì)企業(yè)的管理和控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)通信，使企業(yè)不同部門(mén)都能同時(shí)獲取設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，也能對(duì)不同地區(qū)、不同企業(yè)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和故障診斷等。 虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器的概念是美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instruments Corporation 簡(jiǎn)稱NI)在1986 年首先提出來(lái)的。 虛擬儀器系統(tǒng)的構(gòu)成.虛擬儀器由三部分組成：(1)軟件。其中LabVIEW軟件采用圖形化的編程語(yǔ)言不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，并將分析結(jié)果有效地顯示給用戶。適應(yīng)測(cè)試測(cè)量應(yīng)用，