0405150楊林基于加工中心機(jī)床切削力信號在線監(jiān)測設(shè)計

1、濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計1 前言1.1 選題背景與意義1.1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著計算機(jī)技術(shù)、電工電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等各種技術(shù)的發(fā)展，制造技術(shù)正朝著精密化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、全球化、虛擬化、智能化的方向發(fā)展。由于現(xiàn)代削加工過程正在向高速切削、強(qiáng)力切削、精密以及超精密加工方向發(fā)展以及數(shù)控機(jī)床、加工中心等先進(jìn)設(shè)備的廣泛應(yīng)用,因此迫切需要新型、可靠、實用的切削過程在線監(jiān)測系統(tǒng)。加工過程中切削力的測量系統(tǒng)就應(yīng)該滿足以下要求：實時性好，能夠?qū)η邢髁M(jìn)行實時在線測量；測量范圍大、高精度以及高分辨率；能夠?qū)?fù)雜多變的切削力信號進(jìn)行各種處理與分析。刀具磨損是引起加工誤差的主要原因之一，尤其是在自動化生產(chǎn)的精密加工中，刀

2、具磨損產(chǎn)生的加工誤差是不容忽視的問題。一直以來，國內(nèi)外的專家和學(xué)者大都通過在線檢測刀具的磨損狀態(tài)來采取相應(yīng)的措施（誤差補(bǔ)償、更換刀具等）來減少和避免由于刀具磨損產(chǎn)生的加工誤差2。 華東交通大學(xué)的郭厚焜等人就針對銑削加工過程中刀具磨損的狀態(tài)進(jìn)行了研究和分析，提出了以后刀面磨損作為主要參數(shù)的加工誤差計算方法。圖1.1 后刀面磨損圖1.1是銑削過程中后刀面的磨損情況。通過對銑削過程中刀具的磨損情況分析得出對于以主切削刃承擔(dān)主要切削任務(wù)的銑削加工，后刀面的磨損是導(dǎo)致加工誤差的主要因素。最終，其通過一系列的分析、實驗得出了后刀面磨損與加工誤差的數(shù)學(xué)關(guān)系式。因此，可以通過此結(jié)論來確定何時換刀，從而提高生產(chǎn)

3、質(zhì)量。近幾年來，很多學(xué)者研究利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對端面銑削時刀具磨損進(jìn)行在線實時監(jiān)測。即采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來識別刀具磨損狀況，將切削力和進(jìn)給速度等其他已知的參數(shù)的平均值輸入到網(wǎng)絡(luò)中，通過一系列的研究和分析得出這些參數(shù)與刀具磨損情況的關(guān)系。隨著切削加工技術(shù)的發(fā)展，切削力的測量技術(shù)將朝著以下幾方面進(jìn)行發(fā)展：（1）應(yīng)用微電子和集成電路技術(shù)，使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成化，提高數(shù)據(jù)采集的速度與精度；（2）開發(fā)新型彈性元件。優(yōu)化彈性元件的結(jié)構(gòu)和應(yīng)變片的布片方案，提高應(yīng)變式測力儀的固有頻率，有效解決應(yīng)變式測力儀的剛度和靈敏度之間的矛盾問題，降低各向力之間的耦合程度；（3）完善數(shù)據(jù)分析處理的功能，例如將虛擬儀器技術(shù)引入切削力測試

4、系統(tǒng)，以便對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行多種操作和數(shù)據(jù)庫處理；建立專家系統(tǒng)，通過對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，從而對刀具磨損、切削顫振等情況做出預(yù)報并提出相應(yīng)的治理措施3。1.1.2選題目的及意義 在機(jī)械加工過程中，為了使加工更好地完成，對加工過程進(jìn)行在線監(jiān)測和實時控制是很有必要的，這就要求監(jiān)控系統(tǒng)具有很好的實時性，能對變化做出快速的反應(yīng)。刀具作為切削過程的直接執(zhí)行者,在切削加工過程中不可避免地存在磨損和破損等現(xiàn)象。如果不對磨鈍的刀具采取措施,將可能導(dǎo)致工件的報廢,甚至有可能損壞機(jī)床。在傳統(tǒng)的機(jī)械加工過程中,可以通過辨別切屑及加工過程中的噪聲來判斷刀具的磨損、破損狀態(tài)。但是,隨著自動化程度的日益提高,由人工判別刀

5、具狀態(tài)已經(jīng)成為阻礙加工自動化發(fā)展的主要因素。因此對機(jī)床切削力信號的在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究更加有深遠(yuǎn)的意義，它將會為制造業(yè)揭開嶄新的一頁。1.2 設(shè)計內(nèi)容1.2.1設(shè)計內(nèi)容研究 本課題是研究利用計算機(jī)采集數(shù)據(jù)和信息，對加工過程中刀具受力實現(xiàn)在線實時監(jiān)測。本課題是以加工中心機(jī)床切削力在線狀態(tài)檢測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，它主要包括切削力信號的采集、實時監(jiān)控和后續(xù)處理與分析。信號采集是利用壓電式傳感器測得信號并送入計算機(jī)，通過對信號進(jìn)行實時采集并動態(tài)顯示信號，從而監(jiān)控整個加工過程。信號處理是將采集來的信號進(jìn)行后續(xù)處理與分析，它包括顯示、濾波、相關(guān)分析、譜分析等，通過對信號進(jìn)行時域和頻域分析，可以得出信號的特征。本課題

6、的主要工作：一是從整體對系統(tǒng)進(jìn)行分析，設(shè)計出方案;二是根據(jù)具體的對象，對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，并使它有一定的通用性;三是對系統(tǒng)進(jìn)行測試，并進(jìn)行分析。具體的工作是:1.從整體上對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行分析，了解每個部分的組成及功能。2.對加工中心切削力信號在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計，介紹各控制部分和測量部分的原理和應(yīng)用，并對其硬件部件進(jìn)行選擇定型。3.了解壓電式測力儀的工作原理，信號的采集原理和方法；了解數(shù)據(jù)采集板的構(gòu)成，熟悉信號轉(zhuǎn)換的原理。4.了解系統(tǒng)功能，完成軟件設(shè)計。(1)切削力信號的采集利用現(xiàn)有的臺灣研華公司的mp-04a視頻采集卡作為數(shù)據(jù)采集板，對信號進(jìn)行采集和轉(zhuǎn)換，計算機(jī)接口軟件實現(xiàn)了采集、顯示和存

7、儲的功能，具有實時、快速的特點;(2)切削力信號的處理與分析將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、濾波、相關(guān)分析、譜分析等，在時域和頻域同時分析信號，以便進(jìn)行監(jiān)控。(3)調(diào)試程序并與實際結(jié)合。在不同的切削用量或切削條件下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，以便體統(tǒng)能夠精確的對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和分析。5.系統(tǒng)的整體測試及實驗。首先，對軟件系統(tǒng)本身做標(biāo)定和檢測，其次，對壓電測力儀進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定后，然后聯(lián)機(jī)成為切削力實驗系統(tǒng)，監(jiān)測采集的切削力信號，從而得到實際的驗證。6.系統(tǒng)的完善。經(jīng)過多次實驗對硬件和軟件系統(tǒng)進(jìn)行運行、校驗，觀察其運行效果并對其不足之處進(jìn)行改進(jìn)。1.2.2研究結(jié)果預(yù)期 通過對本課題的研究設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)加工中心機(jī)床切削

8、力信號的在線實時監(jiān)測，該系統(tǒng)利用壓電測力儀測得信號，而后進(jìn)行放大、補(bǔ)償、a/d轉(zhuǎn)換，再利用計算機(jī)進(jìn)行采集、處理和分析。與傳統(tǒng)的機(jī)械加工過程中人工判別刀具狀態(tài)相比，該在線監(jiān)測系統(tǒng)通過對切削力信號進(jìn)行在線實時監(jiān)測從而能夠非常精確的判別刀具狀態(tài)。因此能夠提高生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及機(jī)械生產(chǎn)加工的自動化程度。 2系統(tǒng)的設(shè)計2.1系統(tǒng)的工作原理本課題的主要研究目的是對切削力信號進(jìn)行采集，并進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理與分析，為機(jī)床加工過程中刀具的磨損情況以及何時換刀提供一定的理論依據(jù)。由于該系統(tǒng)的監(jiān)測對象是加工過程中機(jī)床的切削力信號，因此系統(tǒng)必須對其進(jìn)行在線實時監(jiān)測。為了使該系統(tǒng)可以在各種數(shù)控機(jī)床上安全運行，故系統(tǒng)

9、的整體示意圖如圖2.1所示：壓電式傳感器電荷放大器數(shù)據(jù)采集板計算機(jī)（內(nèi)有數(shù)據(jù)處理軟件）件）圖2.1 系統(tǒng)整體示意圖系統(tǒng)的實體外觀如圖2.2所示：圖2.2 系統(tǒng)實體外觀圖本文中切削力信號的采集是利用壓電式傳感器測得信號并通過電荷放大器將微弱的電荷信號放大成電壓信號，然后通過數(shù)據(jù)采集板將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，最后將信號輸入計算機(jī)，在計算機(jī)上利用軟件dewesoft對信號進(jìn)行實時采集并動態(tài)顯示，從而可以監(jiān)測整個加工過程。經(jīng)過對信號進(jìn)行時域和頻域分析，從而得出信號特征，最后獲得正確的動態(tài)切削力信號。由系統(tǒng)的示意圖可以很容易的看出該監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理：壓電式傳感器將難以直觀表達(dá)的物理信號轉(zhuǎn)換成易于測量

10、的模擬信號。此時得到的模擬信號是非常微弱的電荷信號，由于信號的強(qiáng)度仍不能使計算機(jī)對其進(jìn)行處理，因此就將采集到的模擬信號進(jìn)行放大、濾波等處理。然后將處理過的信號進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換后輸入到計算機(jī)，最后計算機(jī)通過軟件對信號進(jìn)行監(jiān)測、控制和分析。通過一系列的實驗驗證與調(diào)試，最終可實現(xiàn)通過對切削力信號的監(jiān)測實時判別刀具狀態(tài)以及刀具磨損情況。2.2系統(tǒng)部件的選取2.2.1傳感器的選用隨著測試、控制與信息技術(shù)的發(fā)展，傳感器作為這些領(lǐng)域里的一個重要構(gòu)成因素受到了普遍重視。傳感器作為測試與控制的首要環(huán)節(jié)，能把被測物理量直接轉(zhuǎn)換為和其有確定對應(yīng)關(guān)系模擬信號，以滿足對信息的傳輸、記錄、顯示、分析、處理以及控制等要求4。

11、其性能直接影響整個監(jiān)測系統(tǒng)，對測量精度至關(guān)重要。因此，該系統(tǒng)的傳感器的選擇就非常重要。傳感器的選用原則有：（1）靈敏度：一般來說，傳感器的靈敏度越高越好，因為若靈敏度越高，就意味著傳感器所能感知變化量就會越小。但當(dāng)靈敏度過高又很容易受其他信號的干擾。因此，往往要求傳感器的信噪比越大越好，既要求傳感器的本身噪聲小，且不易從外界引入干擾。（2）響應(yīng)特性：傳感器的響應(yīng)特性必須滿足不失真的測量條件且響應(yīng)時間越短越好。（3）線性范圍：線性范圍越寬，就表明傳感器的工作量程越大。傳感器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測量精度的基本條件。（4）可靠性：為了保證傳感器在應(yīng)用中具有高的可靠性，必須選用設(shè)計、制造良好，使用

12、條件適宜的傳感器。（5）精確度：傳感器的精度表示傳感器的輸出與被測量真值一致的程度。（6）測量方法：傳感器在實際條件下的工作方式，工作方式不同對傳感器的要求就不同5。傳感器有多種類型，作者根據(jù)傳感器的選用原則綜合考慮了各種傳感器的優(yōu)點以及實驗條件，在該系統(tǒng)中選用壓電式傳感器。它是一種可逆性換能器，既可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，又可以將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。這種性能使它廣泛用于壓力、應(yīng)力加速度測量，也被用于超聲波發(fā)射與接收裝置。 x y + + + + + + + + + + 圖2.3 壓電效應(yīng)原理圖壓電式傳感器是利用壓電效應(yīng)來進(jìn)行測量的。某些介電物質(zhì)，在沿一定方向?qū)ζ涫┘訅毫蚶κ顾冃魏螅谒谋?/p>

13、面上就會產(chǎn)生電荷，而當(dāng)外力去掉時，其又回到不帶的電狀態(tài)，這種現(xiàn)象就稱為壓電效應(yīng)6。如圖2.3所示，當(dāng)在x方向上對壓電晶體施加一壓力時，在垂直于x軸的晶體表面上產(chǎn)生電荷q。電荷q的大小可表示為： (2.1)式中d為x軸方向受壓時的壓電系數(shù)，它能夠表征壓電材料的性能，但是同一材料在不同的受力和變形方式下其值也不同。 反過來，如果在壓電晶體上垂直于x軸平面上加上電場，會使晶片產(chǎn)生機(jī)械變形；如果加交流電壓，則切片沿電極方向有伸縮而產(chǎn)生機(jī)械振動，這種現(xiàn)象就稱為“逆電壓效應(yīng)”或“電致伸縮效應(yīng)”7。壓電式傳感器的傳感元件是壓電材料，壓電材料有壓電單晶、壓電陶瓷和有機(jī)壓電薄膜等。壓電傳感器的工作原理就是利用這

14、些壓電材料的壓電效應(yīng)。如圖2.4所示，當(dāng)對壓電材料施加一壓力時，其就會將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，當(dāng)將其置于電場中，壓電材料就會產(chǎn)生機(jī)械振動，即將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能8。機(jī)械能電能正壓電效應(yīng)逆壓電效應(yīng)圖2.4 壓電效應(yīng)在自然界中大多數(shù)晶體都具有壓電效應(yīng), 但壓電效應(yīng)十分微弱。隨著對材料的深入研究, 發(fā)現(xiàn)石英晶體、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等材料是性能優(yōu)良的壓電材料。石英晶體的突出優(yōu)點是具有較好的機(jī)械強(qiáng)度和時間、溫度穩(wěn)定性。與其它傳感器相比，石英力傳感器具有動態(tài)特性好、靜態(tài)特性好、使用性能好、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。而且石英晶體的輸出具有較大的線性范圍與較好的響應(yīng)特性等特點9。由于切削力是動態(tài)的信號，所以在本系統(tǒng)中我們選用石

15、英晶體作為敏感元件。最后通過對多種石英壓電式傳感器性能進(jìn)行比較，作者最終選用了實驗室現(xiàn)有的奇石樂公司的kistler9257b型測力儀。該測力儀在受到外力作用后，其內(nèi)部的四組壓電傳感器將會產(chǎn)生8組力信號，這8個力信號將分別以8個通道進(jìn)入電荷放大器。該測力儀的特點如下：（1）剛性好，高固有頻率；（2）測量范圍寬；（3）線性度高且范圍寬，較小的滯后性；（4）各通道間的干擾很小；（5）操作簡單：按一個按鈕（復(fù)位鍵）測量；（6）結(jié)構(gòu)簡單，壽命長；kistler9257b型測力儀的實體外觀如下圖所示：圖2.5 kistler9257b型測力儀 圖2.6 測力儀受力時傳感器產(chǎn)生力矩示意圖 如圖2.6所示，

16、當(dāng)測力儀受到外力作用時，其內(nèi)部四組壓電傳感器就會產(chǎn)生8組（x方向的x1和x2，y方向的y1和y2,z方向的z1、z2、z3、z4）切削力信號。由此我們可以依據(jù)公式得出x、y、z向的合力與力矩：f=f+ff=f+ff=f+f+f+fm=b（f+f-f-f）m=a（- f+f+f-f）m=b（- f+f）+a（f-f）其中a和b是功率常數(shù)，對于9257b型測力儀來說，a和b的理論值分別為a=30mm,b=57.5mm。2.2.2信號放大器的選用傳感器所產(chǎn)生的電信號一般非常弱。因此，我們需要通過電荷放大器對其進(jìn)行放大。理想的電荷放大器是一個具有極大電容cf負(fù)反饋的高增益運算放大器。其由電荷變換級、調(diào)

17、試級、高通濾波器、低通濾波器、末級功放、電源等幾部分組成10。電荷變換級的作用是將電荷轉(zhuǎn)換成與其成正比的電壓信號，將高輸出阻抗轉(zhuǎn)換為低輸出阻抗。其采用高輸入阻抗、低噪聲、低漂移寬帶精密運算放大器。反饋電容cf有有101pf、102pf、103pf、104pf四檔。低通濾波器為二階巴特沃斯有源濾波器，其特點是元件少，通帶平坦，調(diào)節(jié)方便，可以非常有效的消除高頻干擾信號對有用信號的影響。高通濾波器為二階無源高通濾波器，其可以非常有效地抑制低頻干擾信號對有用信號的影響11。放大器的原理圖如下所示：圖2.7 信號放大器原理圖當(dāng)放大器開環(huán)增益 a 、輸入電阻 ri和反饋電阻 rf 相當(dāng)大時，在計算時，可以

18、將輸入電阻 ri 和反饋電阻 rf 忽略不計，放大器的輸出電壓 u0正比于輸入電荷 q設(shè) c 為總電容，則有 u0 = -aua = -aq / c。根據(jù)密勒定理，反饋電容 cf 折算到放大器輸入端的等效電容為（1 + a）cf，則有： （2.2）當(dāng) a 足夠大時，則（1 + a）cf（ca + cc + ci），上式變?yōu)椋?（2.3）由此可見，電荷放大器的輸出電壓僅與反饋電容和輸入電荷有關(guān)，電纜電容以及其他因素的影響可忽略不計，但需滿足兩個條件：（ca + cc + ci）（1 + a）cf；增益a,但電纜也不能太長，否則會降低信噪比，使低頻特性變差12。根據(jù)市場導(dǎo)向和對各種信號放大器的性能

19、進(jìn)行對比，作者最終決定采用dewetron公司生產(chǎn)的電荷放大器。dewetron公司是世界著名的設(shè)計和生產(chǎn)便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的專業(yè)廠家，其便攜式數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)享譽(yù)世界。其一貫以精密的測量儀器、產(chǎn)品質(zhì)量可靠和優(yōu)異的性價比而著稱，且目前已經(jīng)成為信號處理和基于開放ipc平臺的測試儀器主要生產(chǎn)廠商?；赿ewetron公司儀器的諸多優(yōu)點和對實驗條件的研究，最終決定采用其公司的 daqpad-charge-b型電荷放大器。其實體外觀如下圖所示：圖2.8 daqpad-charge-b型電荷放大器2.2.3數(shù)據(jù)采集板的選擇數(shù)據(jù)采集就是將獲取的信息通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號，并通過信號采樣、量化、編程以及傳輸

20、等步驟，最后將信號送到計算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行處理、分析、存儲和顯示。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計算機(jī)獲取信息的主要途徑13。驅(qū)動程序 buffer daq板卡 a/d buffer（fifo）硬件labview程序 信號 a?顯示外觸發(fā)圖2.9 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.9表示了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在采集數(shù)據(jù)之前，程序?qū)Σ杉宄跏蓟杉迳虾蛢?nèi)存中的buffer是數(shù)據(jù)采集與存儲的中間環(huán)節(jié)。在計算機(jī)測試系統(tǒng)中，由于壓電式傳感器、信號放大器輸出的信號是模擬信號，而計算機(jī)所能識別的信號是數(shù)字信號，因此在計算機(jī)和傳感測試電路之間，就需要用a/d轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)換和傳遞，進(jìn)而實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)對信號的控制。a/d轉(zhuǎn)換器是數(shù)

21、據(jù)采集系統(tǒng)的核心，承擔(dān)著將模擬信號轉(zhuǎn)化為適合于計算機(jī)數(shù)字處理的二進(jìn)制代碼的任務(wù)。a/d轉(zhuǎn)換器的主要功能有：（1）抽樣：將模擬信號在時間上離散化，使其成為抽樣信號；（2）量化：將抽樣信號的幅度離散化，使其成為數(shù)字信號；（3）編碼：將數(shù)字信號表示成計算機(jī)所能接受的形式14。a/d轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有：（1）分辨率：分辨率是與最低二進(jìn)位的模擬量值相應(yīng)的。它是a/d轉(zhuǎn)換器能夠區(qū)分的模擬量的最小變化值。因為能夠分辨的模擬量值取決于二進(jìn)制位數(shù)，因此，通常用位數(shù)表示分辨率，如8為、12位等。（2）轉(zhuǎn)換時間：a/d轉(zhuǎn)換時間指的是從轉(zhuǎn)換命令開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出量的時間。（3）量化誤差：a/d轉(zhuǎn)換

22、是將連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，對一定范圍連續(xù)變化的模擬量只能反映同一個數(shù)字量。a/d轉(zhuǎn)換器總存在1/2lsb的量化誤差，這個誤差是量化過程不可避免的。（4）精度：精度是指量化誤差和附加誤差之和。a/d轉(zhuǎn)換器除了量化誤差外，還有其他因素造成的誤差，如非線性誤差，我們將這種附加誤差的總和稱為總不可調(diào)誤差，實際上就是a/d調(diào)整到最精確情況下還存在的附加誤差15?？紤]到研制周期、質(zhì)量、可靠性等諸多因素，作者采用了現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集板臺灣研華公司的mp-04a視頻采集卡。它采用超強(qiáng)philips 7130芯片。philips 7130芯片是一個9 bit adc,相對于8 bit adc bt878芯

23、片來說，不管是圖像質(zhì)量，還是顏色的飽和度方面都強(qiáng)很多。mp-04a視頻采集卡畫質(zhì)清晰、功能完善（硬件具有畫面縮放功能）、兼容性好、性價比高，其具有cpu占用率低、多路實時顯示等特點。mp-04a視頻采集卡是專門針對系統(tǒng)開發(fā)商開發(fā)出的多路視頻pci總線視頻卡，可采集彩色/黑白信號。其支持四路實時輸入，且各通道同時工作互不干擾，可穩(wěn)定接收來自各視頻源的信號，其最高分辨率可達(dá)到768576。實體外觀如下圖所示：圖2.10 數(shù)據(jù)采集卡視頻采集卡的a/d轉(zhuǎn)換工作原理如下圖所示：adcpga 通道0 in+ : : : :pgaadc : : : 通道3 in+buffercontral 外觸發(fā) 總線圖2

24、.11 視頻采集卡中a/d轉(zhuǎn)換工作原理mp-04a視頻采集卡的接口為1394火線接口，其主要特點有：（1）支持9位的視頻a/d轉(zhuǎn)換。（2）可實時采集彩色/黑白視頻信號。（3）板載采樣保持器。（4）支持軟件字符圖形疊加功能。（5）支持overlay多路同時預(yù)覽，cpu占用率極低。（6）硬件完成輸入圖像比例縮放。（7）可采集單場、單幀、間隔幾幀、連續(xù)相鄰幀的圖像。 （8）具有三種觸發(fā)功能。內(nèi)部觸發(fā)，外部觸發(fā)，軟件觸發(fā)。（9）支持實時抓圖。（10）支持任意塊視頻數(shù)據(jù)讀取。（11）軟編碼: 可選幀率1-30幀/秒；提供動態(tài)avi圖像捕獲；可將動態(tài)圖像捕獲為jpg或bmp靜態(tài)圖像存盤。2.2.4 系統(tǒng)軟

25、件的選擇系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是根據(jù)系統(tǒng)的功能要求來進(jìn)行選擇的，應(yīng)可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。機(jī)床切削力在線監(jiān)測系統(tǒng)對軟件的性能要求如下：（1）工作可靠、穩(wěn)定性好。系統(tǒng)在發(fā)生故障或輸入數(shù)據(jù)不合理時，應(yīng)有較強(qiáng)的抗干擾能力和排除故障的能力，以免系統(tǒng)產(chǎn)生錯誤或遭到破壞。（2）具有實時數(shù)據(jù)錄入功能。即軟件必須能夠?qū)崟r的反映信號的變化，以便于操作者作出相應(yīng)的措施。（3）具有濾波功能。在信號采集過程中，不可避免的會有其它干擾信號，這就使采集的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。因此，必須要求軟件能夠降噪、濾波、去除不需要的成分，最終得到有效的數(shù)據(jù)。（4）數(shù)據(jù)處理功能。將信號的時域描述通過數(shù)學(xué)處理變換為頻域描述的方法稱為頻譜分析，人們通常

26、用的數(shù)學(xué)處理變換是傅里葉變換。對于數(shù)字信號，我們一般都采用離散傅里葉變換進(jìn)行頻譜分析，而快速傅里葉轉(zhuǎn)換則是離散傅里葉轉(zhuǎn)換提高運算速度的一種快速算法。它對于計算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)頻譜分析起著重大作用。因為分析信號的頻率結(jié)構(gòu)是確定信號性質(zhì)的最有效途徑，頻域分析正是要研究信號是由哪些頻率成分組成。這就是軟件具有的數(shù)據(jù)變換功能。（5）圖形、數(shù)據(jù)的輸出。能夠更加直觀的分析數(shù)據(jù)16。綜合以上所述，該系統(tǒng)所選用的是現(xiàn)有的dewetron公司所研發(fā)的dewesoft數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)軟件。具體型號為：dewesoft-6-lt1，該軟件的主要性能有： 簡單易用，任意測量值的工程單位可進(jìn)行轉(zhuǎn)換，圖形化友好界面； 數(shù)據(jù)存儲

27、時可加入事件標(biāo)注，文字注釋及聲音提示； 可同時顯示 12 通道fft 曲線； 光標(biāo)可顯示幅值和頻率； 可在線計算最大值、頻率、有效值； 多種窗函數(shù)可選（漢寧、平頂、海寧、矩形、指數(shù)等）； 指數(shù)、峰值、線性平均功能； 同一窗口可顯示多達(dá) 4 條測試曲線； 可同時顯示四個曲線顯示窗口，每個窗口可顯示 4 通道測試曲線； 鼠標(biāo)拖動 zoom 功能； 多種數(shù)據(jù)文件輸出格式：excel、flexpro、i-deas、matlab、mescope、cada-pc； 可進(jìn)行fft 分析，譜線數(shù)高達(dá)32k； 可進(jìn)行傳遞函數(shù)測試；可方便進(jìn)行錘擊模態(tài)試驗； 軌跡圖； 可進(jìn)行1/3，1/6，1/12，1/24 倍頻

28、程分析； 具有示波器功能； 具有x/y 記錄儀功能； 具有圖象信號處理功能。由數(shù)據(jù)采集軟件dewesoft-6-lt1的以上性能可知，其功能完全滿足于機(jī)床切削力在線監(jiān)測系統(tǒng)的要求。2.3系統(tǒng)的總體設(shè)計2.3.1系統(tǒng)的組成系統(tǒng)由 9257b 石英壓電式測力儀、1689b5 連接電纜、帶加法器的5045a分線盒，信號輸出電纜和dewetron 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)(內(nèi)置12 bit，采樣率為1.25msa/d 板，內(nèi)置8 個準(zhǔn)靜態(tài)信號調(diào)理電荷模塊daqp-charge-b，還可以內(nèi)置其它8個信號調(diào)理模塊，如電橋模塊、頻率模塊、電壓模塊、溫度模塊等來完成其需要測試的項目) 。系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示：dewe

29、tron 數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)帶加法器的5045a分線盒，信號輸出電纜1689b5連接電纜9257b測力儀圖2.12 系統(tǒng)構(gòu)成圖2.3.2系統(tǒng)的特點使用 9257b 型測力儀，配dewetron 的通用型數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，其顯著的特點是該系統(tǒng)不僅可完成切削力的采集分析工作，還可完成其它測量工作(振動、噪聲、轉(zhuǎn)速、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等)，是一個靈活方便的通用數(shù)據(jù)采集測量系統(tǒng)。但該系統(tǒng)需要配備計算機(jī)。由于采用通用型數(shù)據(jù)采集分析軟件，所以不僅可進(jìn)行切削力的采集分析，也可完成各種測量分析處理工作。2.4本章小結(jié)（1）介紹了系統(tǒng)的工作原理以及各個部件的選擇。（2）介紹了信號的獲取及轉(zhuǎn)換，并分別介紹了壓力傳感器

30、的結(jié)構(gòu)、特點和原理，以及電荷放大器和數(shù)據(jù)采集板的基本原理。（3）介紹了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析軟件的性能。3數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊軟件是該監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵。要實現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)的對切削力信號的在線實時監(jiān)測功能，最終還要落實到整個系統(tǒng)的功能以及對數(shù)據(jù)的分析。在上一節(jié)主要討論了系統(tǒng)的組成及各個部件的功能，在這章作者將對數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)分析模塊進(jìn)行介紹。3.1數(shù)據(jù)采集模塊3.1.1數(shù)據(jù)采集模塊的流程數(shù)據(jù)采集的核心部分是視頻采集卡，視頻采集卡將采集到的信號輸入電腦并顯示到監(jiān)控部分。數(shù)據(jù)采集模塊的流程圖如下所示：初始化采集板和參數(shù)設(shè)置基地址、增益、采樣時間、采樣頻率選擇采集方向獲取零點開始采集顯示存儲結(jié)束圖3.1

31、數(shù)據(jù)采集流程圖在實際情況中，若要實時監(jiān)控加工過程中的切削力信號，就要考慮到應(yīng)在計算機(jī)屏幕上實時、動態(tài)的顯示信號的波形。由于采集、顯示都需要時間，當(dāng)頻率過高時，數(shù)據(jù)的采集和顯示就不能同步，就無法實時顯示采集信號的波形?？紤]到這個問題，本文介紹兩種采集方案：一個是低頻數(shù)據(jù)采集，另一個是高頻數(shù)據(jù)采集。所以在采集數(shù)據(jù)時一定要注意頻率問題，否則就可能引起失真。低頻數(shù)據(jù)采集是為了實時監(jiān)控采集數(shù)據(jù)的波形，使采集數(shù)據(jù)和顯示波形同步，并且不失真。低頻數(shù)據(jù)采集中的設(shè)備驅(qū)動部分直接對硬件進(jìn)行操作，讀取端口地址并獲得采樣數(shù)據(jù)，監(jiān)控部分負(fù)責(zé)在計算機(jī)屏幕上實時、動態(tài)的反映這一過程（動態(tài)顯示波形）。通過監(jiān)控部分，用戶可以在

32、采樣前對采樣進(jìn)行多種設(shè)置（采樣時間、采樣頻率、采樣幅度等）；采樣中用戶可以隨時暫停采樣、終止采樣和重新采樣，并且在重新采樣時給出警告，提醒用戶將所采集的數(shù)據(jù)文件更名。采集來數(shù)據(jù)的存儲格式應(yīng)有一定的要求，這是為了方便數(shù)據(jù)處理模塊的分析和處理17。當(dāng)頻率過高時，數(shù)據(jù)的采集和顯示就不能同步，無法實時采集波形。考慮到這個問題，就要采集完數(shù)據(jù)再進(jìn)行顯示，雖然無法實時監(jiān)控波形，但是可以采集到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，之后我們可以直接讀取這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。考慮到該系統(tǒng)的對切削力信號進(jìn)行在線實時監(jiān)測的要求，作者選用第一種數(shù)據(jù)采集方案。3.2數(shù)據(jù)分析模塊3.2.1時域分析數(shù)據(jù)處理與分析模塊是對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理，包括時域分

33、析和頻域分析。時域分析包括時域波形顯示、濾波、相關(guān)分析；頻域分析包括傅里葉變換和功率譜分析。通過對信號的分析我們可以了解信號的特征及狀態(tài)。（1）時域波形顯示。動態(tài)顯示信號波形在數(shù)據(jù)采集模塊中已經(jīng)介紹過，這樣我們就可以看到所采集信號的時域波形，監(jiān)測到它的趨勢。（2）濾波。傳感器將所采集的信號經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換輸入到計算機(jī)過程中，經(jīng)?；煊幸恍╇S機(jī)干擾，所以對采集來的信號要濾掉隨機(jī)干擾信號，從而增強(qiáng)有效信號，以保證整個監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性18。3.2.2頻域分析頻域分析是將采集來的信號進(jìn)行處理，進(jìn)而辨別切削力信號的一般特性。信號分析是多種多樣的，如果信號隨著時間連續(xù)變化，也就是在監(jiān)測過程中的連續(xù)時間范圍內(nèi)信

34、號函數(shù)有定義，就稱為連續(xù)時間信號。若信號函數(shù)僅在固定的離散時刻有定義，則稱為離散時間函數(shù)19。我們一般在時間域和頻率域分析和處理信號，信號的時域分析就是描述信號隨時間變化的波形，頻域分析反映了信號幅度隨頻率變化的特性。往往在時域中是不清楚的、難以掌握的內(nèi)容，轉(zhuǎn)換到頻域中卻變得非常容易理解。對于不同的信號，分析方法大致相同：周期信號、非周期信號、離散信號、模擬信號都是有規(guī)律可尋的，首先都是要求進(jìn)行傅里葉變換20。傅里葉分析分別包括連續(xù)信號和離散信號的傅里葉變換和傅里葉級數(shù)，對不同的信號進(jìn)行傅里葉分析，從而可以得到它們的頻譜特性。不同信號的頻譜主要取決于信號在時域的兩個不同特性，即時間變量是連續(xù)的

35、還是離散的；是周期的還是非周期的，經(jīng)過系統(tǒng)分析我們可以得出以下結(jié)論：（1）周期信號具有離散頻譜；（2）非周期信號具有連續(xù)頻譜；（3）連續(xù)時間信號的頻譜是非周期的；（4）離散時間信號的頻譜是周期的；3.3本章小結(jié)（1）介紹了數(shù)據(jù)采集模塊，給出了數(shù)據(jù)采集流程圖。（2）介紹了數(shù)據(jù)分析模塊的構(gòu)成，論述了時域分析和頻域分析的理論部分。4系統(tǒng)的實驗及結(jié)果分析以上章節(jié)論述了整個監(jiān)測系統(tǒng)，至此，實驗數(shù)據(jù)采集之前的各項準(zhǔn)備已經(jīng)完畢。為了驗證該監(jiān)測系統(tǒng)的實用性和可靠性，我們接下來將會進(jìn)行一系列實驗。4.1實驗?zāi)康脑诖蠖鄶?shù)的切削加工過程中，刀具的磨損區(qū)往往被工件、其他刀具或切屑覆蓋，很難直接測量刀具的磨損值。因此刀

36、具磨損的測量，更多是采用間接測量方式進(jìn)行21。影響刀具壽命的主要因素有：切削速度、進(jìn)給量、背吃刀量。其中切削速度對刀具壽命的影響最大，其次是進(jìn)給量，背吃刀量的影響最小。因此我們在實驗中，利用機(jī)床切削力信號在線監(jiān)測系統(tǒng)通過改變切削用量對切削力進(jìn)行在線監(jiān)測。通過監(jiān)測刀具磨損來獲得不同情況下的切削力值，來研究刀具磨損時切削力的信號特征。通過對實驗數(shù)據(jù)的采集和分析，實現(xiàn)對機(jī)床切削力信號的在線監(jiān)測，以便在加工過程中選擇刀具以及何時換刀提供理論依據(jù)。最終，在實際的加工過程中，根據(jù)所測得的切削力信號來決定何時換刀，減少因刀具破損而報廢的工件數(shù)量，從而可提高生產(chǎn)效率。4.2實驗設(shè)備及條件4.2.1實驗設(shè)備（1

37、）kistler 9257b型測力儀 一臺（2）daqpad-charge-b型電荷放大器 一臺（3）mp-04a視頻采集卡 一個（4）計算機(jī) 一臺（5）數(shù)控加工中心 一臺（6）鋁板 一塊4.2.2實驗條件表4.1 實驗條件工件銑床刀具鋁板ycm-v116b立式加工中心yt15刀片硬度228238hb材料：硬質(zhì)合金4.3實驗原理將工件固定在kistler 9257b型測力儀上，其內(nèi)部裝有四組壓電式傳感器，當(dāng)有切削力作用在其上時，就會產(chǎn)生8組力信號，這8個力信號將分別以8個通道進(jìn)入電荷放大器。daqpad-charge-b型電荷放大器對信號進(jìn)行放大，然后將放大的信號輸入到帶有視頻采集卡的計算機(jī)中

38、，通過視頻采集卡對信號進(jìn)行處理，最后通過數(shù)據(jù)處理軟件dewesoft-6-lt1對信號進(jìn)行監(jiān)測、控制與分析。4.4實驗步驟一準(zhǔn)備工作：對工件進(jìn)行鉆孔，用于工件的固定。（1）打開機(jī)床電源；（2）旋起急停按鈕；（3）按z、x、y順序返回原點：按下回原點快速鍵zx，y+，x+，使刀具快速回到機(jī)床原點；（4）平口鉗的找正；（5）放置工件：將鋁板放入平口鉗中并加緊。（6）選擇刀具：根據(jù)加工要求選擇刀具，在本文中選擇的刀具是直徑50mm的平底銑刀。但需將鉆頭換掉，以免測量時碰到測力儀，對其造成損傷；（7）對刀，設(shè)置g54-g59：先快速移至接近點，然后搖動手輪，待剛好切到時，記錄下此時機(jī)床的位置。分別得四

39、個數(shù)據(jù)：x方向：-680.22與-493.21。y方向：-248.67與-383.24。由此便可得到工件的坐標(biāo)偏置量，存入g54。（8）孔的加工：按以下程序22對鋁板進(jìn)行孔的加工o0001g92 x0. y0. z25.m06 t11; g90 s500 m03;g99 g81 x37.5 y30. z-12. r2. f20. ;x37.5 y-30. ;x-37.5 y-30. ;x-37.5 y30.g00 x0. y0. z25. m05;m02二實驗過程（1）將加工后的工件固定在測力儀上，并將整個監(jiān)測系統(tǒng)連接好；（2）進(jìn)行找正、對刀等設(shè)置；（3）編輯程序，并將程序輸入；由于本實驗的程

40、序較多，且又大體相似，變動不大，因此用一例來作為分析。o0009 ;g28 g91 z0. ;m06 t12 ;m03 s600 ;g59 g90 g40 g49 g80 ;g00 x28. y25.5. ;z100. ;g00 z10. ;g83 x28. y25.5. z-19. r2. q2. f20 ;x53. y-30. ;x55.5 y-30. ;x28. y30. ;g80 ;g00 z300. ;m05 ;m30 ;（4）按輸入的程序?qū)ぜM(jìn)行銑削實驗；（5）記錄實驗數(shù)據(jù)：打開計算機(jī)，運行數(shù)據(jù)采集軟件dewesoft-6-lt1采集數(shù)據(jù)。4.5實驗數(shù)據(jù)的處理與分析4.5.1變參

41、量的選擇實驗過程中，我們在不同的切削條件下進(jìn)行銑削，影響切削力的因素很多，如工件材料、切削用量、刀具材料、刀具磨損、刀具幾何參數(shù)等均對切削力有影響。本實驗主要是針對切削用量對切削力的影響來進(jìn)行研究。4.5.2切削用量的選擇銑削加工的切削用量包括：切削速度、進(jìn)給速度、背吃刀量和側(cè)吃刀量。我們從刀具耐用度出發(fā)，切削用量的選擇方法是：先選擇背吃刀量或側(cè)吃刀量，然后選擇進(jìn)給速度，最后來確定切削速度。（1）背吃刀量或側(cè)吃刀量：背吃刀量為平行于銑刀軸線測量的切削層尺寸。端銑時，為切削層深度。而圓周銑時，為被加工表面的寬度，側(cè)吃刀量是垂直于銑刀軸線測量的切削層尺寸。圓周銑時，為切削層深度，而端銑時，為被加工

42、表面的寬度。端銑背吃刀量和圓周銑側(cè)吃刀量的選取主要由對表面質(zhì)量的要求和加工余量來決定。圓周銑與端銑的示意圖如下所示：圖4.1 圓周銑與端銑時銑刀的銑削用量（2）進(jìn)給速度vf：進(jìn)給速度vf是單位時間內(nèi)工件與銑刀沿進(jìn)給方向的相對位移量。進(jìn)給速度是數(shù)控銑床加工切削用量的重要參數(shù)。其計算公式為：vf=fzzn 。由此可見進(jìn)給速度的確定是由每齒進(jìn)給量fz、銑刀齒數(shù)z及銑刀轉(zhuǎn)速決定的。每齒進(jìn)給量fz的選用主要取決于刀具材料和工件材料的機(jī)械性能、工件表面的粗糙度等因素。當(dāng)工件材料的硬度和強(qiáng)度較高，工件表面粗糙度的要求較高，工件剛性較差或刀具強(qiáng)度較低，fz一般取的比較小。（3）切削速度vc：銑削的切削速度vc

43、與刀具的耐用度、背吃刀量、每齒進(jìn)給量、側(cè)吃刀量以及銑刀的齒數(shù)成反比，但與銑刀的直徑成正比。因此，為了提高刀具的耐用度允許使用較小的切削速度，但是，加大銑刀的直徑可以改善散熱條件，從而可以提高切削速度，進(jìn)而提高生產(chǎn)率。 因此，作者選擇通過改變背吃刀量、進(jìn)給量和主軸轉(zhuǎn)速來測量切削力信號，研究切削用量對切削力的影響。進(jìn)而對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究刀具磨損時切削力的信號特征。4.5.3 實驗數(shù)據(jù)的時域分析由于本次實驗選擇的是銑刀，所以力的變化主要發(fā)生在x、y方向上，因此對x、y方向上的切削力信號進(jìn)行分析。下面的切削力信號中有三個峰值，是因為銑刀的三個齒，其中第一個齒受力最大。（1） 切削力隨背吃刀量ap

44、的變化實驗條件：主軸轉(zhuǎn)速 s=600r/min，進(jìn)給量f=150，改變背吃刀量ap圖4.2 背吃刀量ap=1 mm由圖可知：此時x方向的峰值大約為1500n，y方向的峰值大約為1520n。圖4.3 背吃刀量ap=2 mm由圖可知：此時x方向的峰值大約為3000n，y方向的峰值大約為3000n。圖4.4 背吃刀量ap=3 mm由圖可知：此時x方向的峰值大約為4500n，y方向的峰值大約為4600n。由以上三圖可知：隨著背吃刀量的增加，切削力有倍增的趨勢。在實際的切削過程中，當(dāng)背吃刀量增加時，切削力增加明顯。因此其對刀具的磨損影響顯著，在不影響生產(chǎn)效率的同時，應(yīng)選擇盡可能小的背吃刀量。（2）切削力

45、隨進(jìn)給量f的變化實驗條件：背吃刀量ap =1 mm，主軸轉(zhuǎn)速s=800r/min，改變進(jìn)給量f圖4.5 進(jìn)給量f=100由圖可知：此時x方向的峰值大約為1500n，y方向的峰值大約為1500n。圖4.6 進(jìn)給量f=150由圖可知：此時x方向的峰值大約為1980n，y方向的峰值大約為2000n圖4.7 進(jìn)給量f=200由圖可知：此時x方向的峰值大約為2500n，y方向的峰值大約為2550n。不難發(fā)現(xiàn)，進(jìn)給量對切削力的影響雖不像背吃刀量的影響那么大，若進(jìn)給量增大一倍，切削力增大68%80%。（3）切削力隨主軸轉(zhuǎn)速s的變化實驗條件：背吃刀量ap =1 mm，進(jìn)給量f=150，改變主軸轉(zhuǎn)速s圖4.8

46、主軸轉(zhuǎn)速s=500r/min由圖可知：此時x方向的峰值大約為1500n，y方向的峰值大約為1550n。圖4.9 主軸轉(zhuǎn)速s=600r/min由圖可知：此時x方向的峰值大約為1500n，y方向的峰值大約為1600n。圖4.10 主軸轉(zhuǎn)速s=700r/min由圖可知：此時x方向的峰值大約為1550n，y方向的峰值大約為1600n。由得到的三組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，雖然主軸轉(zhuǎn)速有所增加，但切削力的增加不是很明顯。因此，在保證工件表面質(zhì)量的情況下，適當(dāng)?shù)脑黾又鬏S轉(zhuǎn)速，以提高生產(chǎn)效率。4.5.4 實驗數(shù)據(jù)的頻域分析 在4.5.3中我們已經(jīng)分析了力信號在時域上表現(xiàn)出的一定的周期性，但這種周期性是受限于主軸轉(zhuǎn)速s的

47、，主軸轉(zhuǎn)速s發(fā)生變化，周期時間也會隨之發(fā)生變化。為此我們可以對力信號進(jìn)行頻譜分析，從頻譜上更容易顯示力信號的頻率構(gòu)成。功率譜保留了信號的功率在頻域隨頻率的分布情況，因此在實際的工程應(yīng)用中通常用功率譜來近似地表達(dá)頻域信息。由于本次試驗，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速并不高，所以力的頻率分布偏下。限于篇幅，我們拿出以下三個數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析。如下：由以上三圖可知，組成切削力的分量，大部分分布在3001200hz之間。4.6 本章小結(jié)（1）針對具體的切削力信號，我們進(jìn)行了實際的驗證，通過具體的實驗，驗證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。（2）我們對數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和處理，通過改變切削用量，對切削力進(jìn)行了時域與頻域的分析。為工件加工

48、中的刀具選擇以及刀具磨損時的切削力信號特征提供了一定的理論基礎(chǔ)。5 結(jié) 論本文是用計算機(jī)采集數(shù)據(jù)和信息，對機(jī)械加工過程實現(xiàn)實時監(jiān)控?！凹庸ぶ行臋C(jī)床切削力信號在線監(jiān)測”是來自于工程實際的項目，利用壓電式測力儀測得信號，然后進(jìn)行放大、補(bǔ)償、a/d轉(zhuǎn)換，再利用計算機(jī)進(jìn)行采集、處理和分析。我們完成了監(jiān)測系統(tǒng)的整體構(gòu)建，并別介紹了各部分的組成和功能。具體如下：（1）完成系統(tǒng)的整體構(gòu)建，并分別介紹了各部分的組成及功能，著重分析了系統(tǒng)的主要部分：硬件部分、采集部分和分析部分。（2）硬件部分分為三部分：壓電式測力儀、電荷放大器以及帶有視頻采集卡的計算機(jī)。主要介紹了測力儀的特點、結(jié)構(gòu)和原理，電荷放大器的基本原理以及視頻采集卡的主要性能。（3）數(shù)據(jù)采集部分主要是利用視頻采集卡mp-04a進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集，了解了mp-04a的特性。（4）數(shù)據(jù)分析部分實現(xiàn)了信號的處理和分析，采集來的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理：數(shù)據(jù)濾波，同時可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行時域分析及頻域分析，并將分析結(jié)果進(jìn)行顯示。（5）在研究本課題的過程中，我們進(jìn)行了一系列的實驗。通過典型的切削力信號對系