论文导读：虚拟仪器是计算机、测量和微电子等技术高速发展的产物。提供给用户一个简洁直观的动态切削力测量过程。开发出可以测量X,Y,Z三个方向的力。在机械加工领域的基础和应用研究中。应用，虚拟仪器在动态切削力测量上的应用。

　　关键词：虚拟仪器，动态切削力，测量，应用

　　引言

　　切削力是切削过程中的一个最基本的作用和现象，它不仅是描述切削过程的基本参数，而且也是设计和使用机床、夹具、刀具，制定工艺规程以及评定切削加工性不可缺少的数据。动态切削力的变化规律是研究切削机理和机床动刚度的重要依据。硕士论文，应用。在现代制造工程中（包括柔性制造系统、计算机集成制造系统，无人化工厂等），切削力是状态监测的重要参数。在机械加工领域的基础和应用研究中，常常需要能够对切削力进行测试的装置，即各种类型的测力系统。它不但是进行相关试验研究的重要工具，而且已逐步发展成为切削加工工艺系统的一个组成环节。

　　虚拟仪器（VI: Virtual Instrument）的概念由美国国家仪器公司（NI: National Instrument）于20世纪80年代末期提出。虚拟仪器是计算机、测量和微电子等技术高速发展的产物，由计算机应用软件和仪器硬件组成。通过软件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，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。

　　本文主要研究利用虚拟仪器实现测力仪数据采集与处理，与虚拟仪器技术相结合，开发出可以测量X,Y, Z三个方向的力。硕士论文，应用。

　　1 硬件组成

　　由虚拟仪器构建的测力系统与传统电子仪器一样，其功能由图1所示的三大模块成：信号采集与控制、信号分析与处理、信号显示与输出。

　　应用

　　图1 虚拟仪器构建的测力系统功能结构图

　　利用虚拟仪器实现测力仪数据采集与处理，它主要由以下几部分组成：测力仪、应变仪、数据采集卡、计算机和系统软件（如图2）。

　　应用

　　图2 测力仪数据采集与处理系的功能图

　　基于数据采集的虚拟仪器系统，通过A/D变换将模拟、数字信号采集入计算机进行分析处理显示等，并可通过A/D变换实现反馈控制。根据需要还可加入信号调理和实时DSP等硬件模块。利用仪器实现虚拟仪器系统，VXI总线为新型计算机查卡式仪器提供了标准。硕士论文，应用。计算机完成对采集到的数据进行显示、存储、打印、分析和处理等功能，提供给用户一个简洁直观的动态切削力测量过程。

　　2 软件组成

　　软件结构由三部分组成：I/O接口软件、仪器驱动程序和测力系统环境。硕士论文，应用。

　　I/O接口软件存在于仪器与仪器驱动程序之间，是一个完成对仪器内部寄存器单元进行直接存取数据并为仪器与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件层，是实现开放的、统一的虚拟仪器系统的基础和核心。

　　仪器驱动程序：主要是用于完成仪器硬件的通信及控制功能。硕士论文，应用。当设备驱动后，由软件进行数据的分析整理而实现测量功能，并求去测量结果。硕士论文，应用。

　　测力系统环境：基于语言平台，如C、Visual C＋＋、VB等；基于图形化工程环境平台，如LabVIEW等。

　　测力开始时先必须对测力仪加载以标定（以X方向加载力为例）。作为一个非理想的多向测力系统，当在X方向加载力时，Y方向、Z方向也会有不同程度的干扰输出，本试验所得数据如表1：

　　表1 X方向加载时数据表

　　电压 加载 加载 通 Kg 方向 道5101520253035

　　XX51198215322021249331523581

　　Y312362431472511532571

　　Z001010202020

　　图3 X方向加载时X、Y、Z方向的曲线

　　3 结论

　　初步的试验表明，本文建立的虚拟仪器切削力能很好地消除切削力各通道之间的干扰，较精确地测量切削力以实现切削过程监控。将虚拟仪器技术引入切削力模型，给复杂的软件编程带来了方便，使测量仪器更灵活，功能更强大，尤其在数据处理和综合测量方面有很大的优越性。

　　参考文献：

　　[1]罗学科，动态多维力传感器的理论研究与实践[J]，北京航空航天大学博士学位论文，1995年1月

　　[2]杨兆建，王勤贤，测力传感器研究发展综述[J]，山西机械，2003年3月，第1期

　　[3]马良理，应变电测与传感技术[M]，北京，中国计量出版社，1993年

　　[4]程明磺，虚拟仪器的构成及其应用[J]，山西机械，2002年6月，第2期

　　[5]卜雄沫，朱明武，虚拟仪器在自动测试中的应用[J]，南京理工大学学报，2000年4月，第24卷，第2期

　　[6]X.Li,P.K. Venuvinod and M.K. Chen. FeedCutting Force Estimation from the Current Measurement with Hybrid Learning[J].Advanced Manufacturing Technology,2000,（16）：859-869