虚拟仪器技术在切削力和振动测量中的应用

　　1 引 言

　　虚拟技术、计算机通信技术与网络技术是 21 世纪科学技术中的三大核心技术。虚拟仪器是虚拟技术的一个重要组成部分。利用基于计算机的软硬件测试平台的虚拟仪器技术将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体, 从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起, 是测试技术的发展趋势。

　　切削力和振动是高等院校机械教学实践和机械制造企业中经常要测量的状态参量。本文介绍了利用虚拟仪器开发软件 LabVIEW 开发的切削力和振动信号测量系统。该系统用软件代替了硬件分析仪, 具有多种数据处理功能, 提高了数据处理的灵活性和测试分析效率, 同时大大减少了硬件的体积和成本。

　　2 切削力测量虚拟仪器系统设计

　　在科学试验或机械加工中, 通常利用三维测力仪进行切削力信号的提取, 并将三个相互垂直方向的切削力Fx、Fy、Fz送入专用硬件分析仪进行信号分析和处理。利用虚拟仪器技术在线采集和处理多种参数的能力, 对切削力进行测量和监控切削过程, 具有很大的优越性。

　　2.1 切削力测量虚拟仪器系统组成

　　切削力数据采集系统由测力仪、电荷放大器、数据采集卡、计算机系统等组成, 如图 1 所示。

　　系统中车削测力仪采用三向测力仪。采集卡设定用ACL- 8111 数据采集卡, 有 8 个单端 12 位模拟量输入通道, 1 个 12 位模拟量输出通道。它由计算机直接控制进行数据采集。

　　2.2 系统软件设计

　　在配制了相应的硬件后, 虚拟仪器设计的主要工作是编制相应的软件, 完成数据的采集、分析处理、输出、存储和显示。该软件部分包括软面板和应用程序的程序。软面板程序用来提供虚拟仪器与用户的接口, 它可以在计算机屏幕上生成一个与传统仪器面板相似的图形界面,用于显示测量的结果。用户可以通过键盘和鼠标实现对虚拟仪器前面板上开关和按钮进行各种操作, 并且可以模拟运行。通过选用 LabVIEW 的波形显示器控件, 采用Graph 形式, 分别显示三个方向的切削力实时曲线。利用数值显示控件, 实现瞬时值、最大值、最小值的数值显示;同时添加报警控件以控制切削力的最大值是否超过刀具的损坏限度。其前面板设计如图 2 所示。

　　应用程序主要用来对输入计算机的数据进行分析和处理, 用户就是通过编制应用程序来定义虚拟仪器的功能。本系统中应用程序包括三向切削力数据采集及存储、切削力波形显示与回放、实验数据统计分析( 包括合力求取及参数求取) 等。在数据处理之前, 先要进行滤波处理,并且可以对噪声波的特征值进行测量, 以便对噪声影响切削力的程度有所了解。切削力测量实现的程序如图 3