虛擬儀器在動(dòng)態(tài)切削力測(cè)量上的應(yīng)用探討
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論文導(dǎo)讀：虛擬儀器是計(jì)算機(jī)、測(cè)量和微電子等技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。提供給用戶一個(gè)簡(jiǎn)潔直觀的動(dòng)態(tài)切削力測(cè)量過程。開發(fā)出可以測(cè)量X,Y,Z三個(gè)方向的力。在機(jī)械加工領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中。應(yīng)用，虛擬儀器在動(dòng)態(tài)切削力測(cè)量上的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：虛擬儀器，動(dòng)態(tài)切削力，測(cè)量，應(yīng)用
引言
切削力是切削過程中的一個(gè)最基本的作用和現(xiàn)象，它不僅是描述切削過程的基本參數(shù)，而且也是設(shè)計(jì)和使用機(jī)床、夾具、刀具，制定工藝規(guī)程以及評(píng)定切削加工性不可缺少的數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)切削力的變化規(guī)律是研究切削機(jī)理和機(jī)床動(dòng)剛度的重要依據(jù)。碩士論文，應(yīng)用。在現(xiàn)代制造工程中(包括柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，無人化工廠等)，切削力是狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)。在機(jī)械加工領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中，常常需要能夠?qū)η邢髁M(jìn)行測(cè)試的裝置，即各種類型的測(cè)力系統(tǒng).它不但是進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)研究的重要工具，而且已逐步發(fā)展成為切削加工工藝系統(tǒng)的一個(gè)組成環(huán)節(jié)。
虛擬儀器(VI: Virtual Instrument)的概念由美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI: National Instrument)于20世紀(jì)80年代末期提出。虛擬儀器是計(jì)算機(jī)、測(cè)量和微電子等技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物，由計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件和儀器硬件組成。通過軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)地融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理。
本文主要研究利用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)測(cè)力儀數(shù)據(jù)采集與處理，與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出可以測(cè)量X,Y, Z三個(gè)方向的力。碩士論文，應(yīng)用。
1 硬件組成
由虛擬儀器構(gòu)建的測(cè)力系統(tǒng)與傳統(tǒng)電子儀器一樣，其功能由圖1所示的三大模塊成:信號(hào)采集與控制、信號(hào)分析與處理、信號(hào)顯示與輸出。
圖1 虛擬儀器構(gòu)建的測(cè)力系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖
利用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)測(cè)力儀數(shù)據(jù)采集與處理，它主要由以下幾部分組成：測(cè)力儀、應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)軟件（如圖2）。
圖2 測(cè)力儀數(shù)據(jù)采集與處理系的功能圖
基于數(shù)據(jù)采集的虛擬儀器系統(tǒng)，通過A/D變換將模擬、數(shù)字信號(hào)采集入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理顯示等，并可通過A/D變換實(shí)現(xiàn)反饋控制。根據(jù)需要還可加入信號(hào)調(diào)理和實(shí)時(shí)DSP等硬件模塊。利用儀器實(shí)現(xiàn)虛擬儀器系統(tǒng)，VXI總線為新型計(jì)算機(jī)查卡式儀器提供了標(biāo)準(zhǔn)。碩士論文，應(yīng)用。計(jì)算機(jī)完成對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、打印、分析和處理等功能，提供給用戶一個(gè)簡(jiǎn)潔直觀的動(dòng)態(tài)切削力測(cè)量過程。
2 軟件組成
軟件結(jié)構(gòu)由三部分組成：I/O接口軟件、儀器驅(qū)動(dòng)程序和測(cè)力系統(tǒng)環(huán)境。碩士論文，應(yīng)用。
I/O接口軟件存在于儀器與儀器驅(qū)動(dòng)程序之間，是一個(gè)完成對(duì)儀器內(nèi)部寄存器單元進(jìn)行直接存取數(shù)據(jù)并為儀器與儀器驅(qū)動(dòng)程序提供信息傳遞的底層軟件層，是實(shí)現(xiàn)開放的、統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。
儀器驅(qū)動(dòng)程序：主要是用于完成儀器硬件的通信及控制功能。碩士論文，應(yīng)用。當(dāng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)后，由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析整理而實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能，并求去測(cè)量結(jié)果。碩士論文，應(yīng)用。
測(cè)力系統(tǒng)環(huán)境：基于語言平臺(tái)，如C、Visual C＋＋、VB等；基于圖形化工程環(huán)境平臺(tái)，如LabVIEW等。
測(cè)力開始時(shí)先必須對(duì)測(cè)力儀加載以標(biāo)定（以X方向加載力為例）。作為一個(gè)非理想的多向測(cè)力系統(tǒng)，當(dāng)在X方向加載力時(shí)，Y方向、Z方向也會(huì)有不同程度的干擾輸出，本試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如表1：
表1 X方向加載時(shí)數(shù)據(jù)表
 電壓 加載 加載 通 Kg 方向 道 |
5 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | |
| X | X | 511 | 982 | 1532 | 2021 | 2493 | 3152 | 3581 |
| Y | 312 | 362 | 431 | 472 | 511 | 532 | 571 | |
| Z | 0 | 0 | 10 | 10 | 20 | 20 | 20 | |
圖3 X方向加載時(shí)X、Y、Z方向的曲線
3 結(jié)論
初步的試驗(yàn)表明，本文建立的虛擬儀器切削力能很好地消除切削力各通道之間的干擾，較精確地測(cè)量切削力以實(shí)現(xiàn)切削過程監(jiān)控。將虛擬儀器技術(shù)引入切削力模型，給復(fù)雜的軟件編程帶來了方便，使測(cè)量?jī)x器更靈活，功能更強(qiáng)大，尤其在數(shù)據(jù)處理和綜合測(cè)量方面有很大的優(yōu)越性。
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