基于Labview的切削溫度采集與分析系統(tǒng)的開發(fā)

1、編號 南京航空航天大學金城學院畢業(yè)設(shè)計題 目基于Labview的切削溫度采集與分析系統(tǒng)的開發(fā)學生姓名黃彬?qū)W 號2010011617系 部機電工程系專 業(yè)機械工程及自動化班 級20100116指導教師徐峰 教授二一四年六月1南京航空航天大學金城學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信承諾書本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）（題目：基于Labview的切削溫度采集與析系統(tǒng)的分開發(fā)）是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。作者簽名：黃彬 2014 年 5月 15日 （學號）：

2、20100116172 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙基于Labview的切削溫度采集與分析系統(tǒng)的開發(fā)摘 要金屬切削時所消耗的功，有90%以上轉(zhuǎn)化成切削熱。切削熱將引起工件變形，影響加工精度，甚至使加工表面燒傷，影響零件的耐磨性；切削熱還會加速刀具的磨損，縮短刀具的耐用度。因此，開發(fā)切削溫度采集與分析系統(tǒng)，提高測溫的準確度和實時性，具有重要意義。首先，在labview環(huán)境下開發(fā)了切削溫度標定與測量軟件，該軟件包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、半人工熱電偶標定模塊。能夠?qū)崿F(xiàn)切削溫度測量的數(shù)據(jù)采集、處理、分析、存儲以及半人工熱電偶標定等功能。其次，論文論述了半人工熱電偶的測溫的原理，給出了半人工熱電偶的標定

3、方法。并對熱電偶的冷端進行了補償，信號進行了放大，提高了測量的精確性。最后進行了TC4的銑削試驗，利用本系統(tǒng)得出的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進行了分析，得出了銑削速度對銑削溫度的影響，驗證了系統(tǒng)的可靠性。關(guān)鍵詞：虛擬儀器，labview，數(shù)據(jù)采集，測溫，半人工熱電偶標定3 the development of cutting temperature acquisition and analysis system based on Labview AbstractMetal cutting when consumed by work, more than 90% is converted into heat

4、cutting.Cutting heat will cause distortion, affect the machining accuracy and machining surface of burn, and even affect the parts wear resistance;Cutting heat will also accelerate the tool wear, shorten tool durability.Therefore, development of cutting temperature acquisition and analysis system, t

5、he real time and enhance the accuracy of temperature measurement, it is of great significance. First of all, the cutting temperature is developed in labview environment calibration and measurement software, the software includes data acquisition module, data analysis module, a half artificial thermo

6、couple calibration module.Can realize the cutting temperature measurement data acquisition, processing, analysis, storage, and half artificial thermocouple calibration, etc. Second, the thesis discusses the half artificial thermocouple temperature measurement principle, the half artificial thermocou

7、ple calibration method is presented.And the cold end of thermocouple compensation, signal amplification, improves the accuracy of measurement. Finally the milling TC4 experiment was carried out, using this system the data, the data is analyzed, it is concluded that the influence of milling speed of

8、milling temperature, verify the reliability of the system.Key Words：Virtual instrument, labview, data collection, measurement, and a half artificial thermocouple calibration4 目錄摘 要iAbstractii第一章 緒論11.1 研究背景11.2 研究現(xiàn)狀11.2.1 切削溫度測量方法11.2.2 熱電偶信號的采集31.3 虛擬儀器及l(fā)aview簡介31.4 本課題擬開展的主要工作4第二章 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的軟件設(shè)計62.

9、1 軟件總體設(shè)計62.1.1 軟件設(shè)計要求62.1.2 系統(tǒng)軟件框架62.1.3 軟件開發(fā)工具選擇72.2 軟件模塊設(shè)計72.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計72.2.2 數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)計122.2.3 半人工熱電偶標定模塊設(shè)計14第三章 鈦合金TC4材料銑削溫度測量183.1夾絲熱電偶測溫裝置183.2 實驗設(shè)備203.3 熱電偶信號溫度補償223.5 熱電偶標定223.5.1非人工熱電偶快速標定原理223.5.2非人工熱電偶連線22第四章 參數(shù)對TC4銑削溫度的影響規(guī)律234.1實驗參數(shù)244.2 實驗數(shù)據(jù)244.3 實驗分析244.4 實驗結(jié)論25第五章 總結(jié)與展望265.1 總結(jié)265.2 展

10、望26參 考 文 獻27致 謝286 虛擬儀器的“虛擬”有下面兩方面的含義：虛擬儀器面板上的圖標的功能與傳統(tǒng)儀器面板上的器件是相同的，由各種開關(guān)、輸入裝置、顯示器等圖標實現(xiàn)儀器的開關(guān)，被測信號參數(shù)的設(shè)置，以及實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的顯示或者第一章 緒論1.1 研究背景在切削加工中會產(chǎn)生切削熱，切削熱會大大影響加工精度以及刀具的耐久度。因此我們需要對切削溫度進行測量研究，目前我們使用HP3562 動態(tài)信號分析儀對自然熱電偶信號進行采集，如圖1.1 所示。 圖1.1 HP 3562A 動態(tài)信號分析儀此設(shè)備體積和重量大，且使用磁盤進行數(shù)據(jù)存儲，已經(jīng)過時了。對于結(jié)果的分析，特別是異常點，此設(shè)備根本無法完成。由此

11、可見，目前對切削溫度的數(shù)據(jù)采集及處理設(shè)備已經(jīng)無法滿足我們的要求，現(xiàn)階段我們急需做出一套新的切削溫度的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，以滿足我們的需求。1.2 研究現(xiàn)狀1.2.1 切削溫度測量方法切削溫度是金屬切削過程中重要物理現(xiàn)象之一，直接影響刀具的磨損和耐用度，也影響工件的加工精度和已加工表面質(zhì)量1。因此，切削溫度的測量是非常有必要的。常用的切削溫度測量方法有熱電偶法、熱輻射法、光輻射法、金相結(jié)構(gòu)法2。熱電偶法測量溫度裝置簡單，測量方便，結(jié)果準確，是目前使用最為廣泛的方法。根據(jù)測量原理的不同，熱電偶法分為；自然熱電偶法、人工熱電偶法、半人工熱電偶法。1、自然熱電偶法自然熱電偶法主要用于測定切削區(qū)域的平均

12、溫度。刀具和工件分別作為自然熱電偶的兩極，組成閉合電路，測溫時，刀具與工件引出端應處于室溫下，刀具和工件都與機床絕緣2。切削加工中，刀具與工件接觸區(qū)作為熱端，刀具和工件各自引出端作為冷端，這樣就形成溫差電勢，通過預先求得的溫度-電勢曲線，就可以算出溫度。2、人工熱電偶法此方法需要在刀具或工件某個需要測量的點上鉆一個小孔，孔的直徑越小越好，孔中插入一對標準熱電偶，熱電偶與孔壁保持絕緣。切削時，會得出一個電勢值，根據(jù)預先標定好的溫度-電勢曲線，就可以測得熱端的溫度。這種方法可以用來測量刀具、工件上溫度場。在超硬材料道具表面打孔比較困難，所以很難推廣。3、半人工熱電偶法此方法就是把自然熱電偶和人工熱

13、電偶組合起來的一種方法。將一根熱電敏感材料金屬絲（如康銅）焊在待測溫點上作為一極，工件或刀具作為另一極。該方法的測量原理與自然熱電偶法和人工熱電偶法相同（見圖1.2）。半人工熱電偶法測溫時采用單線連接，不考慮絕緣問題，因此半人工熱電偶法得到了廣泛應用。本課題就采用半人工熱電偶法。 圖1.2 半人工熱電偶法測量切削溫度示意圖采用半人工熱電偶法測量切削溫度時，測得的熱電勢值與溫度之間的關(guān)系并無表可查，需要通過專門的實驗標定，這就是半人工電偶的標定。半人工熱電偶標定的結(jié)果將直接影響測溫結(jié)果的準確度。1.2.2 熱電偶信號的采集熱電偶信號的采集：刀具切削工件時，熱電偶絲中產(chǎn)生熱電勢，然后電勢經(jīng)放大器放

14、大,連接到數(shù)據(jù)采集卡上,同時溫度補償電路經(jīng)過另外一個采集通道與數(shù)據(jù)采集卡連接3。信號采集系統(tǒng)主要由放大器、溫度補償集成模塊、數(shù)據(jù)采集卡組成4。1.3 虛擬儀器及l(fā)aview簡介虛擬儀器的概念是美國國家儀器公司于1986 年提出的。虛擬儀器是由計算機、一部分硬件和專用軟件組成，在以計算機為核心的硬件，其功能由用戶設(shè)計，具有面向用戶面板，其測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)5。虛擬儀器的本質(zhì)上是利用計算器強大的運算能力，建立具有良好人機交互的虛擬儀器面板，完成對數(shù)據(jù)分析和顯示，虛擬儀器就是既能實現(xiàn)普通儀器的基本功能，又能實現(xiàn)普通儀器沒有的特殊功能的高性價比的新型儀器。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器有如

15、下不同點。表1.1 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器開放性、靈活，依賴于計算機的發(fā)展封閉性、儀器間兼容性較差價格低廉，儀器之間有一定聯(lián)系，可以相互利用價格昂貴，儀器間一般無法相互利用用戶可可以定義儀器功能只有廠家能定義儀器功能可以與網(wǎng)絡(luò)方便連接功能單一，只能連接有限的獨立設(shè)備開發(fā)與維護開銷低開發(fā)與維護開銷高技術(shù)更新周期短技術(shù)更新周期長關(guān)鍵是軟件，升級直接網(wǎng)上升級即可關(guān)鍵是硬件，升級成本較高，必須上門升級是波形的顯示等。通過對圖形化軟件流程圖的編程可以實現(xiàn)的虛擬儀器的測量功能，虛擬儀器是在以計算機為核心下，通過軟件編程實現(xiàn)儀器的各種功能的。通過不同功能軟件模塊的組合來實現(xiàn)多種測試功能。所

16、以就有“軟件就是儀器”的說法。這也體現(xiàn)了測試技術(shù)與計算機深層次的結(jié)合6。虛擬儀器系統(tǒng)的概念的出現(xiàn)不僅推進了以儀器為基礎(chǔ)的測控系統(tǒng)的改造，同時也影響了以數(shù)據(jù)采集為主的測控系統(tǒng)的傳統(tǒng)構(gòu)造方法的進化。過去毫不相干的領(lǐng)域，在虛擬儀器的概念之下，正在逐漸靠攏，相互影響5。LabVIEW7是一個開發(fā)虛擬儀器的優(yōu)秀平臺，它內(nèi)置信號采集、測量分析和處理、顯示和儲存等功能，用戶可以用較少的成本開發(fā)出功能強大、性能優(yōu)異、質(zhì)量可靠的測控系統(tǒng)。1.4 本課題擬開展的主要工作本課題擬開發(fā)一種以labview為平臺，集合切削溫度采集，信號分析及半人工熱電偶標定的切削溫度采集與分析系統(tǒng)，實現(xiàn)切削溫度的采集、信號處理與分析、

17、半人工熱電偶標定等功能。本課題研究內(nèi)容如下：1、利用labview軟件編寫切削溫度測量的數(shù)據(jù)采集分析及半人工熱電偶標定軟件；2、對測試系統(tǒng)進行檢定，然后進行TC4銑削削試驗，對系統(tǒng)進行驗證。找出各參數(shù)對銑削溫度的影響規(guī)律。32 第二章 數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的軟件設(shè)計傳感器采集了信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡傳到計算機中，系統(tǒng)軟件將其轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行分析和處理得到測量結(jié)果。軟件設(shè)計是非常重要的。2.1 軟件總體設(shè)計2.1.1 軟件設(shè)計要求系統(tǒng)的核心是系統(tǒng)軟件，系統(tǒng)軟件與用戶直接接觸的，所以軟件就要有人機友好的界面，一定的容錯性和維護性，作為一個工程應用穩(wěn)定性是必不可少的。下面我們從三方面對軟件進行要求8：

18、(1) 易操作性界面應該簡單易懂,操作應該簡單,對于易出錯的地方,系統(tǒng)需要提供幫助文件。(2) 易維護性為了使用戶理解軟件結(jié)構(gòu)、接口、功能和內(nèi)部過程,程序設(shè)計應該結(jié)構(gòu)話，程序結(jié)構(gòu)應該模塊化，以方便維護。(3) 可靠性系統(tǒng)在發(fā)生故障或數(shù)據(jù)輸入不合理時,系統(tǒng)不會因此而遭到破壞。2.1.2 系統(tǒng)軟件框架系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析，半人工熱電偶標定三大部分。圖2.1為溫度測量模塊程序框圖系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)分析非人工熱電偶標定數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)儲存數(shù)據(jù)讀取濾波數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)采集非人工熱電偶標定圖2.1 溫度測量模塊程序框圖2.1.3 軟件開發(fā)工具選擇目前美國NI公司的labview是世界上應用最廣泛的

19、虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)工具。 labview圖形化的操作方式深受大家歡迎。本論文就采用labview編寫。2.2 軟件模塊設(shè)計2.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計1、數(shù)據(jù)采集卡的選用 在計算機測試系統(tǒng)中，想要實現(xiàn)智能化控制，必須將被測對象的各種參數(shù)輸入計算機，由傳感器產(chǎn)生的是模擬信號，計算機只能識別數(shù)字信號，因此，在計算機和傳感器之間，必須要實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化。數(shù)據(jù)采集卡能實現(xiàn)這個功能，數(shù)據(jù)采集卡主要由多路選擇開關(guān)，采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器和緩存器等幾部分組成，它主要有以下技術(shù)指標:1 輸入通道數(shù)：所能采集的信號個數(shù);2 分辨率：分辨率越高，轉(zhuǎn)換模擬信號反應就越靈敏。分辨率一般用位數(shù)來表示，如8位

20、或12位;3 量程:指所能轉(zhuǎn)換的電壓范圍，如JV3IVV等;4 轉(zhuǎn)換時間:完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間;本系統(tǒng)采用了現(xiàn)成的研華USB-4704數(shù)據(jù)采集卡，其主要性能指標有：1 支持USB2.02 便攜式3 總線供電4 8通道模擬輸入5 14位分辨率AI6 采樣率達48kS/s7 8通道DI/8通道DO, 2通道AO,1個32位計數(shù)器8 適于DIN導軌安裝圖2.2 為labview中選擇研華USB-4704數(shù)據(jù)采集卡界面2、前面板的設(shè)計前面板由輸入控件和顯示控件組成，輸入控件是指按鈕、滾動條、輸入框等。顯示控件是指圖表、指示燈、顯示框等。輸入控件為虛擬儀器的程序框圖提供數(shù)據(jù)。顯示控件用來顯示程

21、序框圖生成的數(shù)據(jù)。前面板是面向用戶的，所以應該盡量簡潔明了。下面是數(shù)據(jù)采集模塊的前面板。圖2.3 數(shù)據(jù)采集模塊的前面板3、數(shù)據(jù)采集(1)采樣原理圖2.4為一模擬信號X(t) ，t 時間采樣一次。t 被稱為采樣周期。1/t 稱為采樣頻率，單位：采樣數(shù)/秒。t=0,t ,2t ,3t 稱為采樣值。如果信號t足夠小，x(t)完全可以可以用一組分散的采樣值來表示：x(0),x(t),x(2t ), x(3t） , x(kt),，下圖顯示了模擬信號和它采樣后的采樣值：圖2.4 模擬信號和采樣顯示采樣定理規(guī)定，最低采樣頻率必須是信號頻率的兩倍。如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號而不發(fā)生畸變的最大頻率

22、叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變11。圖2.5 顯示了一個信號分別采用合適的采樣率和較低的采樣率進行采樣的結(jié)果。經(jīng)過過低的采樣率還原出信號的與原信號完全不同，原來信號的頻率已經(jīng)改變了。這種信號畸變叫做混疊。圖2.4不同采樣率的采樣結(jié)果為了避免混疊效應的發(fā)生，一般選擇用采集卡支持的最大頻率。但是長時間使用很高的采樣率可能會導致沒有足夠的內(nèi)存。理論上采樣頻率是被采集信號最高頻率的兩倍就夠了，我們實際工程中選5-10倍來更好的反應波形。（2） 數(shù)據(jù)采集本系統(tǒng)采用研華USB4704數(shù)據(jù)采集卡，進行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的編寫的時候

23、，labview中提供大量的函數(shù)供我們編寫程序。數(shù)據(jù)采集模塊的程序框圖如圖2.5所示。對于電勢-溫度的轉(zhuǎn)換，我們采用最簡單的公式法，公式是第三章我們得出那個溫度-電勢的公式。開始數(shù)據(jù)卡初始化顯示與儲存進行電勢溫度轉(zhuǎn)換半人工熱電偶電勢減去標準熱電偶電勢讀取數(shù)據(jù)是否冷端補償？顯示溫度？結(jié)束是否是否圖2.5 為溫度測量模塊程序流程圖（3） 數(shù)據(jù)儲存在存儲格式上，我們以.txt格式保存。這種文件格式通用性強，能夠在excle，word，電腦自帶的記事本上運行，而且很容易進行文本轉(zhuǎn)換。（4） 程序框圖下圖為數(shù)據(jù)采集程序框圖的主要部分。圖2.6數(shù)據(jù)采集程序框圖2.2.2 數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)計采集到的信號經(jīng)過計

24、算和分析，然后從中提取出我們需要的特征量，這是數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)計的目的。1、數(shù)據(jù)分析模塊界面圖2.7數(shù)據(jù)分析模塊前面板2、數(shù)據(jù)讀取上節(jié)設(shè)定了文件的儲存位置，讀取時，根據(jù)文件的保存位置把文件打開。確定每個數(shù)據(jù)在時間軸上的意義和數(shù)據(jù)代表的含義。3、 信號濾波在測試過程中，我們往往需要對信號中的噪聲干擾進行衰減，同時希望信號能正常通過，這樣我們就需要選擇一種對特定頻率具有選擇性的電路來完成上面的任務(wù)，這就是濾波器的概念9。（1）濾波器的選擇Labview中提供的是數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波是指通過一段程序?qū)π盘栠M行平滑加工，提高有用信號比重，消除或減少干擾。相比于一般濾波器成本大大減小，且不需要考慮阻抗匹配

25、，穩(wěn)定性也很高，不受周圍環(huán)境的影響，可以根據(jù)傳感器的特點和環(huán)境改變參數(shù)選擇不同的濾波方法。本文選擇巴特沃茲濾波器（Butterworth Filter）來濾波。它的通用模方函數(shù)表示式為： （n=1,2,3） （1）其中c為低通濾波器的截止頻率,n表示濾波器的階次.1 當=0時，取到最大值，=1;2 當 c 時， H();3 圖2.8為2的函數(shù)圖像。由圖可知：n值越大，函數(shù)越接近理想特性曲線，濾波效果越好圖2.8 的函數(shù)圖像（2）均值、方差、均方根、標準偏差表示數(shù)據(jù)的數(shù)學期望，數(shù)學表達式：； （2）方差S2 反映了總體方差，數(shù)學表達式： （3）標準方差S 反映總體標準差，數(shù)學表達式為： （4）圖

26、2.9數(shù)據(jù)分析程序框圖2.2.3 半人工熱電偶標定模塊設(shè)計半人工熱電偶標定模塊是根據(jù)第三章我們即將會講到的半人工熱電偶標定裝置進行軟件設(shè)計的。該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)標定過程的自動化，最后還能得出標定公式。1、前面板的設(shè)計由于在一個表中顯示兩個不同物理量比較困難的特點，設(shè)計了用兩個獨立的表來顯示兩個物理量。圖2.10半人工熱電偶標定采集前面板2、數(shù)據(jù)采集模塊標準熱電偶開始是否進行冷端補償讀取數(shù)據(jù)半人工熱電偶電勢減去標準熱電偶電勢進行電勢溫度轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)卡初始化數(shù)據(jù)顯示與儲存結(jié)束數(shù)據(jù)采集模塊需要完成2 個熱電偶采集。其中一個是標準熱電偶，標準熱電偶采用K型熱電偶，通過公式可以把標準熱電偶電勢值轉(zhuǎn)換成溫度值。銑

27、削溫度的數(shù)據(jù)采集模塊框圖如圖2.11所示。半人工熱電偶是否圖2.11數(shù)據(jù)采集模塊框圖圖2.12 非人工熱電偶標定模塊數(shù)據(jù)采集程序3、標定模塊標定模塊主要任務(wù)是對采集下來的數(shù)據(jù)進行擬合，根據(jù)我們需求的精度擬合成所要標定的半人工熱電偶電勢溫度公式。前面板如圖2.13所示。圖2.13半人工熱電偶標定模塊標定數(shù)據(jù)擬合采用最小二乘法。其程序框圖一部分如下圖所示：圖2.14非人工熱電偶標定程序框圖第三章 鈦合金TC4材料銑削溫度測量鈦合金是難加工材料, 銑削溫度對刀具的磨損、被加工表面質(zhì)量、加工精度有重要影響。可以采用半人工夾絲熱電偶法測量其溫度。半人工夾絲熱電偶法是一種通過在工件中插入熱電偶絲來測量切削

28、溫度的方法。刀具銑削時熱電偶絲中會產(chǎn)生電勢，電勢經(jīng)過放大器放大,傳遞到數(shù)據(jù)采集卡中，然后傳遞到計算機中進行分析計算等操作。此信號采集系統(tǒng)由放大器、溫度補償模塊、研華USB4704數(shù)據(jù)采集卡組成。3.1 夾絲熱電偶測溫裝置半人工夾絲熱電偶測溫系統(tǒng)如3.1所示，熱電偶絲是標準熱電偶鎳鉻絲。銑削進給方向與熱電偶絲垂直。當銑刀銑削熱電偶絲時, 工件與熱電偶絲之間的絕緣層被破壞, 熱電偶絲與工件瞬時形成一個熱結(jié)合點形成一個半人工熱電偶，這個就可以得出一個電勢。然后根據(jù)已經(jīng)標定好的溫度電勢曲線得到溫度。圖3.1 熱電偶測溫系統(tǒng)組成工件，熱電偶絲，銑刀之間的放大圖如圖3.2所示。圖3.2 測溫裝置的放大圖夾

29、絲法測溫試樣的制備： 將剝好的厚度合適的云母片放在一塊試樣的一端面，如圖3.3a所示； 將康銅絲拉直放置在合適的深度處，康銅絲的埋絲深度約為切削深度的一半，如圖3.3b所示； 將另一塊試樣以中所描述的方法放上云母片，合到已放置康銅絲的一塊試樣上，保證康銅絲和試樣塊絕緣，如圖3.3c所示；將試樣裝到夾具上，連好線路，如圖3.3d所示。 圖3.3a 圖3.3b 圖3.3c 圖3.3d圖3.2 夾絲法測溫試樣制作3.2 實驗設(shè)備（1）機床Mikron UCP800五坐標高速加工中心，如圖3.4所示，該設(shè)備的有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：轉(zhuǎn)速：10020000rpm功率：30KW最大工作進給速度：20m/min快

30、速進給速度：30m/min行程(X/Y/Z)：800/650/500mm圖3.4 Mikron UCP800五坐標高速加工中心（2）測試儀器對銑削溫度的測量采用研華USB-4704數(shù)據(jù)采集卡，如圖3.5所示圖3.5 研華USB-4704數(shù)據(jù)采集卡（3）刀具本實驗采用GARR VRX8×50mm刀具，刀具直徑為8mm，齒數(shù)為4。（4）工件試樣本實驗采用的試樣尺寸是60×30×10mm3.3 熱電偶信號溫度補償半人工夾絲熱電偶需要保證熱電偶參考端溫度為標準0°, 因此需要對熱電偶進行補償。如圖3.2中，康銅絲和工件組成半人工熱電偶，熱端為康銅絲，冷端為工件。

31、實際加工中，此溫度影響不是特別大，所以此實驗沒有采用熱電偶溫度補償電路。3.4 放大電路的設(shè)計半人工熱電偶產(chǎn)生的信號非常微弱，為mv級別的，但是數(shù)據(jù)采集卡的量程為-5V-5V，一般來說這個數(shù)據(jù)采集卡根本采集不到完美信號，這也就意味著該采集卡無法準確測量這些微弱信號，然而對信號進行放大就可以解決這個問題了。本實驗采用儀表放大器芯片AD623。此芯片在單電源3-12V下提供滿電源幅度輸出，這樣就使的電路的設(shè)計更為簡單，放大器的放大倍數(shù)K可以通過調(diào)節(jié)RG，放大倍數(shù)K公式為： （5）式中RG為增益電阻（)，取RG=1.26K精密電阻，這樣K=80,放大倍數(shù)為80。放大后的電勢滿足采集卡的量程要求，解決

32、了數(shù)據(jù)采集卡無法準確測量熱電偶信號的問題。放大電路如圖3.6所示：圖3.6 放大電路圖實際熱電勢跟實驗熱電勢的關(guān)系為：E實際=（E實驗-800）/80(mv) （6）3.5 熱電偶標定3.5.1非人工熱電偶快速標定原理當采用半人工熱電偶法測量切削溫度時，測得的電勢與溫度之間無表可查，需要通過專門的實驗預先找出溫度與電勢之間的關(guān)系，這就是半人工熱電偶的標定。半人工熱電偶標定的準確度將直接影響測溫結(jié)果的準確性。3.5.2非人工熱電偶連線 AC 組成標準熱電偶, 作為一路放大電路輸入端. AB 組成待標定熱電偶, 作為另一路放大電路的輸入端。NiCr, NiSi, TC4三根金屬絲直徑相同, 加熱D

33、 點, 使NiCr , NiSi,T C4 金屬絲在D 點處溫度相同,三根金屬絲與導線A , B, C 連接處溫度為0°且相同. 采集兩組信號進行標定.圖3.7熱電偶標定連接TC4 標定曲線如圖3.8所示, TC4與NiCr組成的熱電偶可以直接用直線擬合10，標定曲線如下圖所示圖3.8 TC4-康銅熱電偶標定曲線經(jīng)過標定TC4的溫度-電壓方程式分別為: V = 26.38T + 225.85 （7）此公式可以用于前面的半人工熱電偶測量銑削溫度。 第四章 參數(shù)對TC4銑削溫度的影響規(guī)律為了檢驗切削溫度標定與測量軟件的可靠性，我們采用TC4銑削實驗，找出切削速度對銑削溫度的影響。4.1實

34、驗參數(shù)本試驗先設(shè)定一組基準用量，在此基礎(chǔ)上研究銑削速度對銑削溫度的影響?；鶞视昧康你娤鲄?shù)為：ap=3mm，ae=4mm，fz=0.04mm/z。試驗采用順銑，液冷。4.2數(shù)據(jù)處理軟件采集到信號是電勢值E1，我們需要把他轉(zhuǎn)化為溫度值。熱電偶出來的電勢為E2，E2與溫度關(guān)系由上章最后得出的標定曲線可知，那么最后溫度就可以由公式（6）和公式（7）求出來。E1可以通過軟件上的數(shù)據(jù)分析得出。首先從原始信號圖中選取一段比較均勻穩(wěn)定的區(qū)域，放大，然后按統(tǒng)計鍵，可以得出一系列數(shù)據(jù)，我們?nèi)∽畲笾底鳛镋1。如下圖所示圖4.1數(shù)據(jù)分析4.2 實驗數(shù)據(jù)由于測溫實驗的偶然性比較大，故做了兩次試驗。實驗數(shù)據(jù)如表4.1所

35、示：表4.1切削速度試驗表（ap=3mm，ae=4mm，fz=0.04mm/z）試驗號速度Vm/min主軸轉(zhuǎn)速rpm進給速度mm/min試驗溫度Tlgvlgt1-14016002563031.602.481-25020003203471.702.541-36024003843591.782.561-47028004484061.852.611-58032005123881.902.594.3 實驗結(jié)論選取兩組試驗中合適的溫度值對溫度-切削速度關(guān)系進行擬合。由切削理論知，切削溫度與切削速度是冪指關(guān)系，即T=C0VX,其中C0和X是待定系數(shù)，對等式兩端取對數(shù)后，lgT與lgV即成線性關(guān)系，可以利用

36、線性回歸的方法，確定兩者的關(guān)系，再通過運算，得到C0和X。線性回歸擬合方程擬合采用最小二乘法，對于線性方程y=bx+a，a，b可以由以下公式得到： (8) (9)得出結(jié)果：a=1.87;b=0.387由CO=10a，b=X得：CO=74.3，X=0.387根據(jù)上述理論，得到T與V的關(guān)系式為： T=74.3V0.387 (10)除個別數(shù)據(jù)，多數(shù)數(shù)據(jù)的實驗值與擬合值誤差均在10%以內(nèi)，考慮實驗誤差等綜合因素，擬合結(jié)果是可靠的。經(jīng)過這節(jié)的驗證，可以判定本軟件精度達到要求，能滿足我們一般的實驗的要求?？梢杂脕磴娤鳒囟鹊牟杉c分析。第5章 總結(jié)與展望5.1 總結(jié)虛擬儀器技術(shù)是目前計算機測試的前沿技術(shù)，目

37、前將虛擬儀器技術(shù)用于工程非常熱門。本文在labview系統(tǒng)上研制了切削溫度標定及測量軟件，根據(jù)實際需要選擇了K型熱電偶作為溫度傳感器，研華USB-4704數(shù)據(jù)采集卡作為輸入部件，放大器芯片AD623做成放大電路，最后用切削速度對切削溫度的影響驗證了軟件的可用性。研究結(jié)果總結(jié)如下：1、 系統(tǒng)實現(xiàn)了對切削溫度的測量，基于虛擬儀器labview，編寫了切削溫度標定與測量軟件。該軟件能夠?qū)崿F(xiàn)切削溫度的數(shù)據(jù)采集、儲存、分析以及半人工熱電偶的標定，并且能夠直接生成標定公式。新型測溫軟件和傳統(tǒng)半人工熱電偶測溫實驗結(jié)合，大大提高了半人工熱電偶的速度降低了數(shù)據(jù)處理的難度。2、 半人工熱電偶法簡單可靠。能方便的進行對切削溫度的研究。對NiCr, NiSi, TC4組成的半人工熱電偶進行了標定試驗，且得到了標定公式。采用放大器芯片AD623對信號放大了80倍，使信號能更好的滿足測量需要。3、 對系統(tǒng)進行了驗證，討論了切削速度對切削溫度的影響，最后得出了切削溫度跟切削速度的關(guān)系，