1.引言　　

　　切削力的測(cè)量不僅有利于研究切削機(jī)理、計(jì)算功率消耗蔚抖、優(yōu)化切削用量和刀具幾何參數(shù)瓤危，更重要的是可以通過(guò)切削力的變化來(lái)監(jiān)控切削過(guò)程，反映刀具磨損或破損夏植、切削用量的合理性舰断、機(jī)床故障、顫振等切削狀態(tài)砸捏，以便及時(shí)控制切削過(guò)程谬运，提高切削效率，降低零件廢品率垦藏。
常用的切削測(cè)力儀有電阻應(yīng)變片式和壓電式兩種梆暖。利用計(jì)算機(jī)采集和處理切削力測(cè)量數(shù)據(jù)在切削實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐中已很普及伞访。測(cè)力儀把被測(cè)的三個(gè)切削分力轉(zhuǎn)化為電模擬信號(hào)并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析處理轰驳。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)測(cè)量和分析采用通用的或?qū)ｉT(mén)設(shè)計(jì)的接口板卡厚掷，而后續(xù)的分析和處理程序一般在通用的軟件編程環(huán)境下，用C/C++或BASIC編制级解，沒(méi)有充分利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能冒黑，通信功能和數(shù)據(jù)處理功能實(shí)現(xiàn)困難。此外勤哗，針對(duì)某種加工方式所編制的切削力測(cè)試軟件薛闪，若應(yīng)用于另一種加工方式，程序編碼要作較大的改動(dòng)俺陋，缺乏直觀性豁延、通用性和靈活性。    虛擬儀器是當(dāng)今計(jì)算機(jī)輔助測(cè)控領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)降再。它以計(jì)算機(jī)為統(tǒng)一的硬件平臺(tái)写掖，在其中配以具有測(cè)試和控制功能并可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換的模塊化硬件接口卡，輔以具有測(cè)試儀器功能且形象逼真的軟件模塊序峦，通過(guò)系統(tǒng)管理軟件的統(tǒng)一指揮調(diào)度來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)測(cè)控儀器的功能侥淤。這種以軟件為核心的系統(tǒng)不必象傳統(tǒng)儀器那樣受到生產(chǎn)廠商所設(shè)計(jì)功能的限制，可以充分利用計(jì)算機(jī)超強(qiáng)的運(yùn)算鳍擎、顯示以及連接擴(kuò)展能力來(lái)靈活地自己定義強(qiáng)大的儀器功能或侥。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程度祷罩、處理能力哺裳、性能價(jià)格比、可操作性等方面都具有明顯的優(yōu)勢(shì)隔抒√臣ⅲ　　利用虛擬儀器技術(shù)在線采集和處理切削參數(shù)，并對(duì)切削過(guò)程監(jiān)控课娃，具有很大的優(yōu)越性吴澜。這方面的研究目前尚未見(jiàn)報(bào)道。本文將虛擬儀器技術(shù)引入切削力的測(cè)量中杖虾，設(shè)計(jì)了一種測(cè)量三向切削力并對(duì)切削力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理的虛擬儀器烂瘫。

　　 2 系統(tǒng)框圖　　

　　以車(chē)削加工為例進(jìn)行試驗(yàn)研究，切削力測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究框圖如圖1所示(系統(tǒng)接口框圖也適用于其它加工方式)奇适。

　　試驗(yàn)用儀器：電阻應(yīng)變式車(chē)削測(cè)力儀與YD-28型動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀配套使用坟比。電阻應(yīng)變式測(cè)力儀具有靈敏度高、可測(cè)量力的瞬時(shí)值滤愕、可利用電補(bǔ)償原理消除各分力的相互干擾温算、動(dòng)態(tài)特性良好、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)间影∽⒏停　　

　　采用通用接口板卡PCI-1200進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和A/D轉(zhuǎn)換。PCI-1200卡是基于32位PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集控制卡魂贬，支持DMA方式和雙緩沖區(qū)模式巩割，保證了實(shí)時(shí)信號(hào)的不間斷采集與存儲(chǔ)；具有支持單極性和雙極性模擬信號(hào)輸入付燥、提供16路單端/8路差動(dòng)模擬輸入通道宣谈、2路獨(dú)立的D/A輸出通道以及24線的TTL型數(shù)字I/O等多種功能《温眩　　連接方式：本系統(tǒng)采用的車(chē)削測(cè)力儀測(cè)力范圍0～3000N蜈率，測(cè)量X、Y荤榄、Z三個(gè)方向的切削分力Fx魔辉、Fy、Fz時(shí)的分辨率為5.0N借倘。測(cè)力儀的三個(gè)引出線分別對(duì)應(yīng)于三個(gè)切削分力Fx阀霸、Fy、Fz(有的測(cè)力儀還有測(cè)量扭矩的引出線)枣象，將這三個(gè)切削分力信號(hào)線分別與應(yīng)變儀的三個(gè)通道相連(凡是不用于測(cè)量的應(yīng)變儀輸出信號(hào)線懸空)屠剥；將PCI-1200卡插入計(jì)算機(jī)主板的一個(gè)空閑PCI插槽中，通過(guò)50芯數(shù)據(jù)線與連接器相連舶舅。  

　　3 軟件設(shè)計(jì)　　

　　在配置了相應(yīng)的硬件模塊后莫彩，虛擬儀器設(shè)計(jì)的主要工作就是編制相應(yīng)的軟件，完成數(shù)據(jù)的采集奸闽、存儲(chǔ)分析硝拧、輸出和顯示。

　　美國(guó)國(guó)家儀器公司提出了“軟件即儀器”的響亮口號(hào)葛假，其創(chuàng)新產(chǎn)品LabVIEW是目前最為成功障陶、應(yīng)用最為廣泛的虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)境(實(shí)際上，虛擬儀器的概念最初就是在開(kāi)發(fā)LabVIEW時(shí)提出的)聊训。LabVIEW作為一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境抱究，與其它語(yǔ)言不同的是，LabVIEW采用圖形化編程語(yǔ)言G带斑，產(chǎn)生的程序是框圖而不是文本鼓寺，含有功能強(qiáng)大的多種函數(shù)庫(kù)，具有數(shù)據(jù)采集勋磕、GPIB妈候、串口控制敢靡、數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲(chǔ)以及網(wǎng)絡(luò)功能等苦银⌒ル剩　　

　　虛擬儀器軟件包括儀器驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序和軟面板程序等三個(gè)層次幔虏■甏。　　

　　儀器驅(qū)動(dòng)程序主要用來(lái)初始化虛擬儀器，并設(shè)置特定的參數(shù)和工作方式奥徒，使虛擬儀器保持正常的工作狀態(tài)嫉卵。LabVIEW已為PCI-1200 卡配備了驅(qū)動(dòng)程序⊥吕蹋　　

　　以下重點(diǎn)介紹軟面板程序和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)移卢。   

　　1.軟面板　　

　　軟面板程序用來(lái)提供虛擬儀器與用戶的接口，它可以在計(jì)算機(jī)屏幕上生成一個(gè)與傳統(tǒng)儀器面板相似的圖形界面吹蜡，用于顯示測(cè)量的結(jié)果等椅勿。用戶還可以通過(guò)軟面板上的開(kāi)關(guān)和按鈕，模擬傳統(tǒng)儀器的各種操作糯侍，通過(guò)鍵盤(pán)或鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬儀器的操作扯际。

　　切削測(cè)力儀的軟面板：采用實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖(chart)顯示三向切削分力；將新數(shù)據(jù)連續(xù)擴(kuò)展在已有數(shù)據(jù)的后面洞逼，波形連續(xù)向前推進(jìn)顯示注芯；通過(guò)三個(gè)按鈕控制切削力刻度標(biāo)定；用數(shù)據(jù)文本文件方式存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)党饮，以便分析處理和波形回放肝陪；設(shè)置按鈕作為存儲(chǔ)開(kāi)關(guān)，并同時(shí)控制存儲(chǔ)間隔和存儲(chǔ)路徑刑顺。   

　　2.應(yīng)用程序　　

　　應(yīng)用程序主要用來(lái)對(duì)輸入計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理氯窍，用戶就是通過(guò)編制應(yīng)用程序來(lái)定義虛擬儀器的功能。這是軟件設(shè)計(jì)的主要部分蹲堂±翘郑　　

　　軟件功能包括三向切削力數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)、切削力波形顯示與回放柒竞、切削力標(biāo)定政供、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析(誤差分析、異常數(shù)據(jù)處理等)朽基、切削力經(jīng)驗(yàn)公式布隔、切削功率計(jì)算和切削過(guò)程評(píng)判。

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