【正文】 （27） 由此得出機(jī)床總的靜剛度： K=1/[1/+1/4（1/+1/）] （28） 在實(shí)驗(yàn)過程中，我們需要運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行加載。（如圖21）圖21 機(jī)床靜剛度測(cè)試裝置機(jī)械機(jī)構(gòu) 1. CCC3為電渦流位移傳感器 軟件設(shè)計(jì)是本測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分,它包括數(shù)據(jù)采集顯示、數(shù)據(jù)帥選、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)圖形打印，圖形歷史形成比對(duì)等功能: ①測(cè)試系統(tǒng)能夠?qū)Ρ粶y(cè)物進(jìn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確測(cè)量、分析和后期處理。③書寫的程序代碼需要有準(zhǔn)確完整的注解，且程序要簡(jiǎn)潔規(guī)范。系統(tǒng)軟件參數(shù)設(shè)置模塊測(cè)量模塊數(shù)據(jù)顯示模塊數(shù)據(jù)打印模塊圖形顯示模塊圖形打印模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊圖22總體方案軟件部分硬件設(shè)計(jì)是測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的重要部分。同時(shí)配合傳感器，放大器，A/D轉(zhuǎn)化器，步進(jìn)電機(jī)等組成所需的硬件設(shè)計(jì)。通過對(duì)設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)要求的分析和實(shí)驗(yàn)方案論證最終選定了總體方案。第三章 機(jī)床靜剛度測(cè)試系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)根據(jù)硬件的設(shè)計(jì)方案選擇合適的傳感器，并對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定。初步設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)控制裝置，選定合適的步進(jìn)電機(jī)[5]。認(rèn)真仔細(xì)的完成硬件部分的設(shè)計(jì)過程，為軟件部分做好準(zhǔn)備。廣義定義是指從一個(gè)系統(tǒng)中接受功率，通常以另一種形式的功率送到第二個(gè)系統(tǒng)中的器件[6]。變形量測(cè)量采用S2900 型電渦流位移傳感器,是一種非接觸式將間隙轉(zhuǎn)換成電壓值的傳感器系統(tǒng)（技術(shù)參數(shù)見表31）。測(cè)微儀既能連接一個(gè)傳感器單獨(dú)測(cè)量又能連接兩個(gè)傳感器作和差演算。m的量程，~+。C范圍內(nèi)小于或等于1個(gè)分度值/10186。 表31 位移傳感器技術(shù)參數(shù)測(cè)量范圍工作頻率靈敏度重量工作溫度允許電纜長(zhǎng)度2mm0~5KHz+120g20℃~80℃300m 電渦流位移傳感器只要應(yīng)用于導(dǎo)體的靜（動(dòng)）態(tài)位移測(cè)量其最大量程可達(dá)數(shù)百mm，%，凡是可以變成位移的非電量都可以用電渦流傳感器來完成，如材料的熱膨脹系數(shù)、鋼水液位、液體壓力等。力的測(cè)量采用BPR40電阻應(yīng)變式壓力傳感器，具有較好的抗振、抗沖擊特性和良好的靜/動(dòng)態(tài)特性。%/℃10v(AC/DC)350Ω10℃~+60℃由于壓力傳感器輸出電壓小，為mv級(jí)。傳感器標(biāo)定實(shí)際上是針對(duì)整個(gè)傳感器系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，確立傳感器輸出量和輸入量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及不同使用條件下的誤差關(guān)系。具體操作方法如下：在測(cè)試的探頭和工作臺(tái)之間依次分別放入同種不同量的標(biāo)準(zhǔn)量塊, 在每次放入不同標(biāo)準(zhǔn)量塊后，分別用萬用測(cè)量表測(cè)出在此時(shí)對(duì)應(yīng)傳感器的輸出電壓值。電阻應(yīng)變片式壓力傳感器的標(biāo)定就是利用力與電壓兩者之間的線性關(guān)系建立加載器和傳感器輸出電壓之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)電阻片和被測(cè)的物體會(huì)一起發(fā)生變形，其電阻值也發(fā)生相應(yīng)的變化。其電阻變化信號(hào)經(jīng)過檢測(cè)裝置進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)化為力信號(hào)顯示和電壓信號(hào)輸出。在一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng)中，要用微型計(jì)算機(jī)來監(jiān)視和控制過程中產(chǎn)生的各種參數(shù)，就首先要用傳感器把各種物理參數(shù)測(cè)量出來，且轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換傳送給微型計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理加工再輸出。本實(shí)驗(yàn)要求的誤差是1μm，電感測(cè)微儀的輸出電壓范圍是1V—+1V，選擇的量程是30檔，由此就可以確定A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。本測(cè)試系統(tǒng)選用的是12位32路高速A/D板IPC5488。板內(nèi)占用2個(gè)I/O地址：base_address +0 與base_address +1，其作用如下：對(duì)base_address +0進(jìn)行寫操作，完成設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換通道的功能。對(duì)base_address +1進(jìn)行寫操作，完成啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換功能。可用于電壓信號(hào)的精密測(cè)量，具有精度高、速度快、量程多、多通道、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[9]?！?，由板卡上的跳轉(zhuǎn)器設(shè)置。主要參數(shù)：采樣頻率100kHz；轉(zhuǎn)換時(shí)間10181。為了提高測(cè)量精度，須采取如下措施:輸入信號(hào)放大后的幅值應(yīng)控制在3/4刻度內(nèi)，這樣利于提高線性度；采用差分輸入方式，有利于消除共模干擾；不用的通道接地，防止通道之間相互干擾。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn)單。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類很多，按力矩產(chǎn)生的原理可分為反應(yīng)式和激磁式兩種；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種；按電機(jī)結(jié)構(gòu)分可分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。本次設(shè)計(jì)中選擇了110YG404型永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)，相數(shù)為四相。但電機(jī)在工作過程中，由于種種原因可能會(huì)產(chǎn)生共振,影響電機(jī)低頻、低速時(shí)的工作性能，為了避免電機(jī)工作的共振，改善電機(jī)在低頻低速時(shí)的工作性能，并進(jìn)一步提高步進(jìn)電機(jī)的工作精度，經(jīng)?？刹捎眉?xì)分電路來解決問題。所以本次設(shè)計(jì)采用了可調(diào)細(xì)分電路的方法：在步進(jìn)電機(jī)正常的啟動(dòng)和低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)能夠低速平穩(wěn)不丟失；而電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),電路自動(dòng)的遞減細(xì)分倍數(shù),直至取消細(xì)分,以實(shí)現(xiàn)高頻脈沖的輸出。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制部分由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分裝置、步進(jìn)電機(jī)、多功能的數(shù)據(jù)接口卡、電源等組成。電機(jī)細(xì)分裝置可以分成多檔以控制不同的電機(jī)轉(zhuǎn)速。由于線性時(shí)不變系統(tǒng)的響應(yīng)頻譜等于系統(tǒng)激勵(lì)信號(hào)頻譜和系統(tǒng)頻率響應(yīng)的乘積，因此，只要適當(dāng)選擇系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性，就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波功能。設(shè)計(jì)中濾波過程分兩部分：通過硬件濾波和軟件濾波。這是一個(gè)最簡(jiǎn)單的RC低通電路，一般稱為無源低通濾波器。但由于實(shí)際實(shí)驗(yàn)線路連接問題，兩級(jí)串聯(lián)會(huì)導(dǎo)致濾波電路的穩(wěn)定性下降，因此本設(shè)計(jì)過程經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)后選擇了簡(jiǎn)單的低通濾波，選擇220181。③.電源低通濾波：儀表放大器的穩(wěn)定性對(duì)力采樣信號(hào)的干擾較大，因此實(shí)驗(yàn)中對(duì)電源進(jìn)行了低通濾波，電容為47181。這樣輸出信號(hào)的穩(wěn)定性大為提高。本軟件濾波用了?。荡尾蓸悠骄档姆椒ㄟM(jìn)行了測(cè)試。對(duì)靜載荷測(cè)量中，主要的干擾信號(hào)是隨機(jī)的，對(duì)于這種非周期的干擾信號(hào)，采用軟件濾波非常有效，但實(shí)驗(yàn)中軟件執(zhí)行時(shí)并不能在采樣的同時(shí)畫出采樣曲線。因?yàn)槔L圖過程要求延時(shí)，加上采樣計(jì)算等過程要求時(shí)間大于實(shí)驗(yàn)所定的采樣周期，而采樣周期太大不滿足整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。本章對(duì)機(jī)床靜剛度測(cè)試系統(tǒng)硬件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，一是電渦流位移傳感器和電阻應(yīng)變片壓力傳感器的選擇及標(biāo)定方法；二是詳細(xì)介紹了IPC5488可擴(kuò)展板的功用；三是給出了步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)和其主要技術(shù)參數(shù)，對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制部分進(jìn)行了詳細(xì)闡述；四是對(duì)信號(hào)采集及抗干擾濾波等方面進(jìn)行研究。第四章 機(jī)床靜剛度測(cè)試系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)運(yùn)用Visual Basic技術(shù)設(shè)計(jì)編輯出友好的人機(jī)界面，設(shè)計(jì)開發(fā)強(qiáng)大的操作功能，如加載、卸載、測(cè)量、記錄、保存、繪圖、打印等，建立歷史數(shù)據(jù)庫。Visual Basic是一種可視化的面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語言，可以用于開發(fā)Window