机制专业毕业论文04949.doc

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1、 毕业设计（论文）论文题目车床工艺系统动刚度在线测量系统设计Thesis TopicThe Design of Dynamic Stiffness Measurement System for Lathe Technology System专 业 班 级机制0802班 车床工艺系统动刚度在线测量系统设计摘要 针对虚拟仪器技术在组建测试系统上的巨大优势, 研究了基于虚拟仪器技术实现车床动态刚度在线自动测试的方法, 推导了车床动态刚度在线测试的理论公式。该车床动态刚度测试系统的硬件是由电涡流位移传感器、PCI-9118数据采集卡及计算机等组成；软件采用Delphi语言进行开发，其中包括电涡流位移传

2、感器的标定，还有用最小二乘法、均值滤波等数据处理方法对信号进行处理分析。利用该系统绘出车床动态刚度曲线, 直观展现了车床的不同部位的刚度, 为车床加工精度的研究提供了数据。 关键词：车床刚度；电涡流位移传感器；PCI-9118数据采集卡；Delphi The Design of Dynamic Stiffness Measurement System for Lathe Technology SystemAbstract Lathe dynamic stiffness automatic test method based on virtual instrument technology fo

3、r the great advantages of the virtual instrument technology in the formation of the test system, and derived the theoretical formula of the lathe-line testing of the dynamic stiffness.The lathe dynamic stiffness test system hardware by the eddy current displacement sensor, PCI-9118 data acquisition

4、card and computer components;Software development using Delphi language, in which including the calibration of eddy current displacement sensor, using data processing method for the signal processing and analysis,as least squares method, the mean filter and so on.Use of the system to draw the lathe

5、dynamic stiffness curve exhibited explicitly in the stiffness of the different parts of the lathe,provide data for the study of lathe machining accuracy. Key words:The stiffness of lathe;Eddy current displacement sensor;PCI-9118 data acquisition card;Delphi目录摘要IAbstractI1 绪言11.1 研究课题背景及意义11.2 本课题的任务

6、32 车床动态刚度测量系统总体方案的设定52.1 车床动态刚度测量原理52.2 车床刚度检测系统开发平台72.2.1 虚拟仪器概念82.2.2 虚拟仪器的组成82.2.3 虚拟仪器与传统仪器92.2.4 虚拟仪器的应用102.2.5 Delphi语言简介102.3 车床工艺系统动态刚度测量系统设计123 车床工艺系统动态刚度检测系统的硬件配置143.1 数据采集卡143.1.1 数据采集卡的选用143.1.2 设计所选数据采集卡153.2 传感器的选用173.3 车削测力仪的选用214 车床工艺系统动态刚度测量系统软件设计234.1 软件构成234.2 系统操作界面234.3 位移标定模块24

7、4.3.1 位移标定模块的功能简介244.3.2 数据采集简介254.3.3 一元线性回归原理264.4 数据采集模块284.4.1 数据采集模块功能简介284.4.2 数据采集简介294.5 数据处理模块304.5.1 数据处理模块的功能简介304.5.2 均值滤波314.6 数据显示模块344.7 结果显示模块34结 论36致谢38参考文献39IV1 绪言1.1 研究课题背景及意义 车床加工零件时，技术工人常常为高精度产品不能达到准确的精度而头疼，提高加工精度往往要耗费了大量时间。产品的加工精度是与机床的刚度直接相关， 因此，研究机床刚度是提高零件加工精度的一个非常重要的环节。由于机床工艺

8、系统是个弹性系统，在切削力作用下，将发生弹性变形，弹性变形的大小，除了与切削力的大小有关，还与工艺系统抵抗外力变形的能力有关，即工艺系统刚度大小。工艺系统刚度反映了工艺系统抵抗外力变形的能力，是评价机床加工精度和加工效率的一个重要指标，同时机床系统的综合静刚度值可以作为评价机床设计，机床结构合理性，机床制造和装配等一系列质量的综合性质量指标。因此，在机械加工中，精确测定工艺系统刚度对认识机床的加工能力，改进工艺系统的结构，进而提高机床加工精度和加工效率有着重要作用。因此，机床刚度的检测是相当重要的。 俄罗斯著名科学家门捷列夫曾用以下的话来阐述测量对科学的意义：“科学自测量开始，没有测量，便没有

9、精密的科学”。由此可见，测量是人类认识客观世界的途径之一，通过对周围事物的测量给出定量特征，揭示自然规律。传统的测量大都集中于对物体单一性质的测量，所采用的测量设备也都十分简单，功能也非常单一。随着科学技术的发展，被测量的范围不断扩展，其复杂程度也不断加深，传统的人工操作单参数测量装置已无法满足科学技术发展的要求，检测系统正是伴随着这一需要而产生的。检测系统从传统的检测观点出发，将被测对象看做具有复杂内部组成的系统，通过构筑多方位的测量、处理、分析部件，完成对被测对象高精度、多参数、多功能的测试任务。检测系统一般由测量者、激励装置(可选)、被测对象、传感器、信号调理、信号处理、显示记录、反馈控

10、制等环节组成。检测系统的复杂程度取决于被检测信息检测的难易程度以及所采用的实验方法。对检测系统的基本要求是可靠、实用、通用、经济，这些都是考虑检测系统组成的前提条件。 国外研究现状：检测系统是传统的测量技术与微电子技术和计算机技术密切结合的产物，是在微电子与计算机技术快速发展的基础上产生的一门新兴学科。像许多新技术发展的情况一样，检测系统首先是由于军事上的需要而发展起来的。机床刚度检测技术的进步是一个逐渐发展的过程，50 年代开始，西方一些工业发达国家就研发了以故障检测和性能调试为主的单项检测技术和生产单项设备。到了60 年代后期，国外检测诊断技术随着大量应用电子、光学、理化与机械相结合的光机

11、电、理化机电一体化检测技术的发展与应用而开始快速发展。20 世纪50 年代中期，美国在新发展起来的一代尖端武器的维护检修方面，面临着许多棘手的问题，传统的测量仪器和手工操作方法已无法满足现实的需要。在这种背景下，提出了多用途“万能”检测系统的概念，其最终预期目标为：不依靠人和有关的技术文献，由非熟悉人员上机进行几乎全自动的操作，并以计算机的速度完成测试，通过编程的灵活性还可以适应人和具体检测任务。在这个概念下，美国国防部在1956 年启动了SETE 计划的研究项目，成为现代检测系统大规模研究的开端。从20世纪60年代开始，检测系统就应用于工业，在吸取早期军事上的经验教训后，抛弃了“万能”思想，

12、而致力于着重解决生产商关键测试所需的“专业”检测系统。20实际60年代中、后期，欧美市场上就有民用的成套检测系统出现在电子仪器商品市场上。然而，这些系统针对性太强，难以适应复杂的应用变化需要。为了扩大检测系统的应用范围，尽可能利用各种现成的通用仪器设备，加上现成的电子计算机来“拼凑”出所需要的检测系统。事实已经证明，这种模块化构建思想为检测系统的发展奠定了坚实的基础。国内研究现状：改革开放以来，随着检测和诊断技术日新月异的发展，我国的机床性能测试技术也在随着时代的脚步迅速的发展，对于检测技术和设备的需求的增加，使我国加快了研发的速度，已经研制了多种机床检测仪器。重视硬件技术的开发，轻视难度大、

13、研发过程漫长的检测方法、标准等基础技术的研究是我国检测技术发展中一直存在的问题。检测技术的不断提高，要求我们要使与硬件相配套的检测软件技术也得到大幅度的提高，才能使我国的检测技术得到更好的发展。设备的智能化，专业化等问题是我国设备检测与国外相差较远的地方，因此要加快智能化发展速度，切实提高检测水平是我们的工作重点。信息技术的发展也是的我们可以将检测技术实现网络化共享，从而做到信息资源共享、硬件资源共享、软件资源共享。虚拟仪器(VI, Virtual Instrument) 是计算机技术介入仪器领域形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类, 其实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面

14、板, 以多种形式表达输出测量结果, 利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理, 利用I/O接口设备完成信号的采集、测量和调理, 从而完成各种测试功能, 是较成功的虚拟仪器软件。过去, 车床刚度的测定是在非切削状态下, 模拟切削时受力情况, 对机床施加静载荷, 测得各部件在不同载荷下的变形, 做出相应的刚度特性曲线, 并计算出机床的刚度。目前, 机床刚度的测定方法有单向加载测定法和三向加载测定法。前者是传统的测量方法, 缺点是不符合机床加工时承受三向切削分力的情况, 一般只能用于比较机床部件刚度的大小; 后者采用三向加载测定法更接近切削时的真实情况, 但测量时施加载荷的大小和位移量

15、的值是由千分表显示的, 人工处理数据、绘制机床刚度特性曲线的测量方法, 具有测量效率低、误差大等缺点。为了克服上述缺点, 笔者采用误差复映原理, 采用与实际切削完全一致的工作状态测定车床刚度的方法, 利用Delphi软件开发平台, 研究开发了一种精度高、性价比高、界面友好、智能化的应变测试虚拟仪器系统。 本课题研究的意义是将虚拟仪器技术应用到机床刚度测量系统的硬件驱动、数据采集、结果分析、数据显示、数据输出等，改变了传统的设计方法，实现了对机床刚度测量系统的基于虚拟仪器思想的程控，对虚拟仪器技术在控制领域的应用提供了一个范例。主要的意义主要包含一下几个方面。 1）加强了对所学理论知识的理解，如

16、误差复映，均值滤波，一元线性回归方程等； 2）熟悉了电涡流位移传感器检测技术，对检测系统有了解。 3）熟悉了Delphi开发环境及PCI9118数据采集卡的采集原理。 2）通过对机床刚度的检测，可以准确了解机床的刚度，为机床的加工精度范围提供了一个参考，从而保证加工零件的精度；1.2 本课题的任务机床在加工工件时，机床的零部件受力会发生变形使刀具和工件间产生相对弹性位移，根据误差复映原理，零件在加工前的误差，都以与原误差相似的形状复映到加工后的零件上去。机械加工工艺系统刚度越大，复映在工件上的误差越小，因此机床系统刚度的大小直接影响了工具的加工精度和生产效率，所以机床设计时对机床的刚度有一定的

17、要求。机床系统刚度现已作为评价机床设计，机床结构合理性，机床制造和装配等一系列质量的综合指标。分析机床受力变形对加工精度，生产效率和抗振性的影响，实属必要。在此，本次设计利用Delphi软件及其PCI9118数据采集卡，对车床工艺系统静刚度的检测系统进行设计和研究，以获得机床的静刚度，便于更好的指导生产。本课题的研究方向主要包含以下几个方面。 1） 工艺系统动态刚度的测量原理 2） 硬件原理及数据采集原理 3） 一元线性回归原理 4） 刚度检测数据处理原理 5） 软件系统原理及设计说明 6） 实验结果分析 2 车床动态刚度测量系统总体方案的设定2.1 车床动态刚度测量原理 机床静刚度实验方法有

18、静态加载测定法和工作状态测定法（生产法）两种。静态加载测定法只能 近似模拟切削时的切削力，与实际条件有一定的误差。工作状态测定法可在一定程度上避免这些误差。但工作状态法在部件的实验中不能用，只能用在整机静刚度实验。本课题采用工作状态法（生产法）测定机床静刚度。当车床加工偏心试件时, 根据误差复映原理, 加工前毛坯的误差会复映到零件中去, 其主要原因就是由于车床的零部件受力会发生变形, 使刀具和工件间产生相对弹性位移。车床加工系统刚度越大,复映在工件上的误差越小。工作状态测定法是加工刚度很大的偏心试件时, 当偏心试件转一周时, 切削半径发生变化, 背吃刀量发生变化, 则切削力发生变化。对于机床来

19、说, 刚度是一个定值, 当切削力发生变化时, 机床系统的变形量也会发生变化, 那么当试件加工完一周以后, 已加工表面由于误差复映试件同样会是偏心的。在坯料偏心量和切削量都不变的情况下, 已加工表面的偏差大小, 将和机床的刚度有关。图1-1 测量试件简图图1-2 偏心试件误差的复映 当在其它条件完全相同时，已加工表面偏差与坯料偏心的比值，就表现为刚度。机床-工件-刀具工艺系统的刚度计算公式为: ( 1)式中: 为工艺系统刚度; 为机床系统刚度, N/mm; 为工件刚度, N/ mm; 为刀具刚度, N/mm。检测时, 假定刀具刚度、工件刚度远远大于机床的刚度, 计算时可以忽略工件、刀具的变形,

20、此时有: 在加工偏心试件时, 工件一周内切削深度从最小切深变到最大切深 , 对应切削力为 , ; 与此同时, 机床变形也从最小变形 变到最大变形 , 即得到带有偏心的已加工表面。机床变形相应为: 已加工表面的偏差变为: （2） , 为加工时最大和最小切削力, N; 为已加工工件的偏心偏差, mm。忽略变形和 对切削力的影响, 则得到: 用车刀在试件前端1、中间2、后端3 处分别加工, 则机床刚度有如下关系: （3） 式中: ， 分别为车刀在加工1, 2, 3 偏心处的机床系统刚度; ，分别为车床床头, 床尾, 刀架部件的刚度, N/ mm。解方程组得: （4）由以上所述, 通过测得刀具加工试件

21、时的切削力, 以及试件已加工表面的偏差值, 就可以得到车床的系统刚度以及部件的刚度。试件已加工表面的偏差值可以电涡流传感器来测定，切削力则采用八角环形电阻应变式车削测力仪来测定。2.2 车床刚度检测系统开发平台 本系统主要是利用虚拟仪器设计车床动刚度在线检测系统。虚拟仪器技术是20世纪90年代计算机系统和仪器系统技术革命的产物，它在测试测量与控制领域中占有重要地位，并正成为当今世界流行的仪器构成方案。2.2.1 虚拟仪器概念 伴随着微电子技术，计算机技术和网络技术的迅速发展及其在电工电子测量技术领域的应用，测量仪器不断进步，依次出现了数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器，同时也由单台仪器逐渐发展到叠

22、加式仪器系统、虚拟仪器系统等。1986年美国国家仪器公司首先提出了虚拟仪器的概念。所谓虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能化模块结合起来，用户可以利用计算机强大的图形环境和在线帮助功能，建立中英文界面的虚拟仪器软面板，完成对仪器的控制、数据分析、存储和显示，改变传统仪器的使用方式，提高仪器的功能和使用效率，大幅度降低仪器的价格，且用户可以根据自己的需要定义仪器的功能。虚拟仪器技术利用PC机高速数据采集和处理能力，对被测对象进行数据采集、分析、存储、显示等。虚拟仪器排除了干扰信号和模拟电路引起的误差，大大提高了测试精度。虚拟仪器控制功能强，有自动调零、自动调节量程、自动转换极性和自动校准等

23、功能。虚拟仪器没有常规仪器的控制面板，而是利用计算机强大的图形环境，在计算机屏幕上建立起图形的软面板来代替常规的仪器控制面板。用户通过鼠标或键盘操作软面板来进行操作，操作方便，易于掌握 。 虚拟仪器的基本思想是利用计算机来管理仪器、组织仪器系统，进而逐步代替仪器完成某些功能，最终达到取代传统电子仪器的目的。虚拟仪器实质上是软硬结合、虚实结合的产物，是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。在虚拟仪器系统中硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器的关键。2.2.2 虚拟仪器的组成 虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素。硬件的主要功能是获取真实世界中的被测信号,可分为两类:一类

24、是满足一般科学研究与工程领域测试任务要求的虚拟仪器。最简单的是基于PC总线的插卡式仪器,也包括带GPIB接口和串行接口的仪器；另一类是用于高可靠性的关键任务，如航空、航天、国防等应用的仪器系统，由计算机统一管理、统一操作。 软件的功能定义了仪器的功能。因此，虚拟仪器最重要、最核心的技术是虚拟仪器软件开发环境。作为面向仪器的软件环境应具备以下特点：一是软件环境是针对测试工程师而非专业程序员，因此，编程必须简单，易于理解和修改；二是具有强大的人机交互界面设计功能，容易实现模拟仪器面板；三是具有强大的数据分析能力和数据可视化分析能力，提供丰富的仪器总线接口硬件驱动程序。2.2.3 虚拟仪器与传统仪器

25、 虚拟仪器与传统仪器相比，在概念和功能上有重大突破。通常，传统仪器在完成某个测试任务时，需要许多仪器，如示波器、电压表、频率分析仪、信号发生器等，对复杂的数字电路系统还需要逻辑分析仪、IC测试仪等。这么多的仪器不仅价格昂贵、体积大、占用空间，而且相互连接起来费事。而虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件、DSP技术结合，在系统内共享硬件资源，既有普通仪器的功能，又有一般仪器所没有的特殊功能。它把由厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能，用户可根据测试功能的需要，自己设计所需要的仪器系统，只要将具有一种或多种功能的通用模块相结合，并且调用不同功能的软件模块，就能组成不同的仪器功能。将传感器采

26、集的电信号放大和整形后，经A/D变换存入内存，再由计算机软件处理，并显示输出，就可以组成虚拟示波器、虚拟计数器、频谱分析仪、虚拟多用表等。利用DSP及相应的算法，将所生成的数据送入D/A转换器，再经信号调理产生所需的信号，又可构成虚拟仪器信号发生器。当测试要求改变时，只要增加或更改仪器软硬件模块，就可以构成新的仪器，而不必重新购买整台仪器。因此，虚拟仪器充分发挥了计算机的作用，便于与计算机通信相结合来建立计算机网络，组建复杂的测试系统。虚拟仪器与传统仪器的比较如表2.1所示。表2.1 虚拟仪器与传统仪器 虚拟仪器传统仪器功能由仪器厂商定义功能由用户自己定义图形界面小、人工读取数据、信息量小界面

27、图形化、计算机读取数据并分析处理数据无法编辑 数据可编辑、存储、打印硬件是关键部分软件是关键部分价格昂贵价格低廉、重用性高系统封闭、功能固定、可扩展性差扩展性强、可构成多种仪器技术更新慢技术更新快开发和维护费用高节省开发费用提供有限的连接性 与网络周边连接方便 由上表可以看出虚拟仪器相对于传统仪器的优点，在实际检测系统中虚拟仪器也表现了它具有优越性的一面。利用虚拟仪器思想建立的测试系统提高了测量精度和测量速度、减少了开关和电缆，系统易于扩充、易于修改，使得测试系统体积小、灵活方便、成本低、效率高，成为现代测试系统发展的主流。虚拟仪器软面板上具有与实际仪器相似的旋钮、开关、指示灯及其它控制部件。

28、用户通过鼠标或键盘操作软面板，检验仪器的通信和操作。在系统集成后，用户不用编写测试程序，即可进行测试、测量，实现了测试的自动化、智能化。2.2.4 虚拟仪器的应用 虚拟仪器技术的优势在于用户可自行定义仪器的功能和结构等，且构建容易，转换灵活，因此应用领域十分广阔。目前，国内外有许多部门和公司都在积极地开展这些方面的研究和应用工作。比如，国内许多大学都在尝试将虚拟仪器应用到实验教学和计算机辅助教学中，清华大学利用虚拟仪器技术构建汽车发动机检测系统，用于汽车发动机出厂前的自动检测。虚拟仪器已在超大规模集成电路测试、模拟电路/数字电路测试、现代家用电器测试以及航天、军事、生物医学、工厂测试、电工技术

29、领域等的可移动式现场测试工作中得到应用，且应用领域还将不断拓宽。2.2.5 Delphi语言简介 在硬件设备确定的情况下，建立虚拟仪器平台要求上层编程语言的选择要与硬件系统具有良好通讯连接。实验基于PCI-9118 数据采集卡，可以选择的语言有VB、VC+、C+Builder、Delphi及图形化语言LabVIEW 等与之无缝连接。分析比较以上的软件语言，要开发通用的虚拟仪器软件开发平台，我们要选用了Borland公司的Delphi语言。在古希腊神话里，DELPHI是智慧女神，米开朗基罗在意大利有著名的DELPHI雕像。Delphi也是一个希腊地名，那里的阿波罗神庙神谕非常灵验，所以古希腊各个

30、城邦都信奉Delphi那里阿波罗神庙预言，由Borland公司推出的Delphi是全新的可视化编程环境，为我们提供了一种方便、快捷的Windows应用程序开发工具。它使用了MicrosoftWindows图形用户界面的许多先进特性和设计思想，采用了弹性可重复利用的完整的面向对象程序语言(Object-Oriented Language）、当今世界上最快的编译器、最为领先的数据库技术。对于广大的程序开发人员来讲，使用Delphi开发应用软件，无疑会大大地提高编程效率，而且随着应用的深入，您将会发现编程不再是枯燥无味的工作Delphi的每一个设计细节，都将带给您一份欣喜。DELPHI拥有一个可视化

31、的集成开发环境(IDE），采用面向对象的编程语言ObjectPascal和基于部件的开发结构框架。Delphi它提供了500多个可供使用的构件，利用这些部件，开发人员可以快速地构造出应用系统。开发人员也可以根据自己的需要修改部件或用Delphi本身编写自己的部件。 “真正的程序员用c，聪明的程序员用Delphi”，这句话是对Delphi最经典、最实在的描述。Delphi被称为第四代编程语言，它具有简单、高效、功能强大的特点。和VC相比，Delphi更简单、更易于掌握，而在功能上却丝毫不逊色；和VB相比，Delphi则功能更强大、更实用。可以说Delphi同时兼备了VC功能强大和VB简单易学的特

32、点。它一直是程序员至爱的编程工具。 Delphi具有以下的特性：基于窗体和面向对象的方法，高速的编译器，强大的数据库支持，与Windows编程紧密结合，强大而成熟的组件技术。但最重要的还是Object Pascal语言，它才是一切的根本。Object Pascal语言是在Pascal语言的基础上发展起来的，简单易学。Delphi提供了各种开发工具，包括集成环境、图像编辑（Image Editor），以及各种开发数据库的应用程序，如DesktopDataBase Expert等。除此之外，还允许用户挂接其它的应用程序开发工具，如Borland公司的资源编辑器（Resourse Workshop）

33、。在Delphi众多的优势当中，它在数据库方面的特长显得尤为突出：适应于多种数据库结构，从客户机/服务机模式到多层数据结构模式；高效率的数据库管理系统和新一代更先进的数据库引擎；最新的数据分析手段和提供大量的企业组件。Delphi语言特点：（1）直接编译生成可执行代码，编译速度快。由于Delphi编译器采用了条件编译和选择链接技术，使用Delphi界面它生成的执行文件更加精炼，运行速度更快。在处理速度和存取服务器方面，Delphi的性能远远高于其他同类产品。 (2）支持将存取规则分别交给客户机或服务器处理的两种方案，而且允许开发人员建立一个简单的部件或部件集合，封装起所有的规则，并独立于服务器

34、和客户机，所有的数据转移通过这些部件来完成。这样，大大减少了对服务器的请求和网络上的数据传输量，提高了应用处理的速度。 (3）提供了许多快速方便的开发方法，使开发人员能用尽可能少的重复性工作完成各种不同的应用。利用项目模板和专家生成器可以很快建立项目的构架，然后根据用户的实际需要逐步完善。 (4）具有可重用性和可扩展性。开发人员不必再对诸如标签、按钮及对话框等Windows的常见部件进行编程。Delphi包含许多可以重复使用的部件，允许用户控制Windows的开发效果。 (5）具有强大的数据存取功能。它的数据处理工具BDE(BorlandDatabaseEngine）是一个标准的中介软件层，可

35、以用来处理当前流行的数据格式，如xBase、Paradox等，也可以通过BDE的SQLLink直接与Sybase、SQLServer、Informix、Oracle等大型数据库连接。Delphi既可用于开发系统软件，也适合于应用软件的开发。 (6）拥有强大的网络开发能力，能够快速的开发B/S应用，它内置的IntraWeb和ExpressWeb使得对于网络的开发效率超过了其他任何的开发工具。 (7)Delphi使用独特的VCL类库，使得编写出的程序显得条理清晰，VCL是现在最优秀的类库，它使得Delphi在软件开发行业处于一个绝对领先的地位。用户可以按自己的需要，任意的构建、扩充、甚至是删减VC

36、L，以满足不同的需要。 (8）从Delphi8开始Delphi也支持.Net框架下程序开发。当前DELPHI 已经成为一个品牌，而不仅仅是一个开发平台或开发语言的名称。当前DELPHI产品已经由CodeGear公司继续发展，该公司是BORLAND公司的全资子公司。当前，CodeGear为广大开发者提供了DELPHI FOR PHP，以高度可视化的方式全面支持面向对象的PHP网站开发，大大提高了PHP开发网站的代码复用程度，成为WEB应用开发的新利器。2.3 车床工艺系统动态刚度测量系统设计 本系统主要是在虚拟仪器的平台上用Delphi语言设计车床工艺系统动态刚度测量系统。其原理图如图2-1所示

37、。PCI-9118数据采集卡电荷放大器压电式测力仪车床工件 电涡流传感器电荷放大器计算机DELPHI开发平台应用程序设备驱动程序 图2-1 测量系统原理图首先，压电式测力仪采集车削力信号，电涡流传感器采集位移信号，分别通过电荷放大器将信号处理，然后通过接线端子送到PCI9118数据采集卡，数据采集卡利用Delphi软件编写的数据采集程序将数据送入计算机，计算机通过虚拟仪器做的界面可以对采集回来的数据进行同步显示，并对数据进行分析、处理后显示车床工艺系统静刚度曲线、机床系统刚度值和车床车头、车尾和刀架部件刚度值，同时还可以对数据进行存储，以便查看历史记录。3 车床工艺系统动态刚度检测系统的硬件配

38、置车床静刚度检测测试系统的硬件包括基础硬件和外围硬件。系统的基础硬件平台选用工业控制计算机作为硬件系统的核心, 集中控制车床刚度检测的信号采集、分析计算、数据显示和存储等输出。外围硬件则主要实现信号的采集与处理功能, 它包括前面介绍的车床静刚度检测的八角环式电阻应变式车削测力仪、电涡流传感器作为信号的传感器, 信号调理电路, 多功能数据采集卡和各种计算机内置插槽。3.1 数据采集卡3.1.1 数据采集卡的选用 信号采集与处理系统是虚拟仪器系统中最重要的部分, 其功能和性能直接影响虚拟仪器测试系统的测试速度和测试精度。多功能数据采集卡是本测试系统外置硬件的核心部分。选择一款合适的数据采集卡，首先

39、要了解数据采集卡的核心部件A/D变换器，此外还应该了解板卡上一些有关部件和一些选用的指标。 (1)数据分辨率和精度 精度和分辨率有所不同，精度除了涉及A/D转换精度外还考虑测试系统各部分误差。采集板卡的分辨率必须大于所要求的测试精度。 (2) 最高采样速度 数据采集卡的最高采样速度一般用最高采样频率(Hz)来表示，它表示其单通道采样能使用的最高采样频率，这也就限制了该数据采集卡能够处理信号的最高频率(最高采样频率/2 )。如果要进行多通道采样，则能够达到的采样频率是原最高采样频率除以通道数。 (3)通道数 通道数指能够同时采样的通道数，根据测试任务选择。任务的通道可自行设定，采集任务可以在DA

40、Qmx中进行建立。 (4)数据总线接口类型 不同的总线接口类型的数据采集板卡的接口硬件形式不一样，数据传递的规则和数据传递的速度也不一样，PCI总线是台式计算机中目前最通用的总线，而笔记本电脑中常用PXMCIA总线、PXI和VXI总线是比较新兴的高速传输总线。 (5)是否有隔离 好的数据采集板卡每个通道的输入和输出端之间带有隔离放大器。对于工作在强电磁场干扰环境中的数据采集系统，选择具有隔离配置的数据采集板卡才能保证数据采集的可靠性。 (6)板卡本身是否带有微处理器 自身带有微处理器(CPU)的数据采集卡可以当作主机的下位机使用，自行控制采样的进行。 (7)是否有标定功能 数据采集卡使用一段时

41、间后，器件值会有变化，基准电压也可能会改变，零点会漂移。对于高精度的数据采集，需要每隔一段时间进行精度标定，好的数据采集卡具有自我标定功能，但价格高很多。 (8)支持的软件驱动程序及软件平台 和数据采集卡的硬件接口类似，买来的数据采集板卡能在什么软件环境中使用，使用起来是否还需要自己编制驱动程序，这也是选择一款数据采集卡很重要的因素。选择数据采集卡的软件除了和现有的测试系统兼容以外，还应考虑其更广泛的兼容性和灵活性，以备在其他测试任务和系统中也能使用。另外，数据采集卡的选择还有一些常用的指标，如输入电压的最大范围、输入增益的种类、是否有模拟输出、输入触发的类型等。3.1.2 设计所选数据采集卡

42、 本设计选用PCI一9118系列数据采集卡,该卡是台湾ADLINK公司生产的一种高速数据采集卡，能用于Windows或DOS编程环境下的数据采集。PCI一9118系列是一族功能强大的高速多功能PCI总线数据采集卡。这一家族中的所有成员都具有共同的架构与核心特性。它们是用于高速、无间隔数据采集应用的理想采集卡产品。卡上的1024个FIFO单元保证了在Windows操作系统下高速数据采集能力。下列独特的特性使得PCI一9118适于在高性能要求下应用：32位PCI总线。即插即用；PCI-9118DG/L及PCI-9118HG/L具有12位分辨率，采样率高达333kS/s的功能。PCI-9118/L系

43、列具备256位通道增益序列，可在不同增益下，对每个通道都进行高速数据采集，并实现非顺序自动模拟输入扫描功能。板载1k采样点A/D FIFO保证了在Windows操作系统下可靠的高速数据采集。数据可通过总线主控DMA实现无间隙、高流量的连续传输，即使海量数据亦应付自如。每个通道采样参数可以人工设置，如：信号模式(单端或差分)、信号增益、采样频率、通道号、采样点数等等。PCI一9118卡采集的数据与计算机间数据的传输很灵活，可采用DMA传输方式和非DMA传输方式(软件模式和中断模式)，采用DMA传输模式可以大大提高数据传送速度，在DMA工作方式中有一种叫contDMA工作方式，简称CDMA工作方式

44、，即采用双缓存技术，从而实现对信号的连续不间断的A/D转换。双缓存原理：实现双缓存连续输入操作的数据缓冲器逻辑上是一个环行缓冲器。它分为两个相等的部分。双缓冲器输入首先写到环形缓冲器的前半部分(见图3-1A)。当数据开始向环形缓冲器的后半部分写后，可以把前半部分的数据拷贝到用户缓冲器中。现在可以根据应用需要在用户缓冲器中处理数据(见图3-1B)。采集数据在填满环形缓冲器的后半部分后，数据重新写进前半缓冲区覆盖掉旧的数据。现在可以把环形缓冲器的后半部分数据拷贝到用户缓冲器中。用户缓冲器中的数据又可以进行处理(见图3-1C)。这个过程可以无限期地重复下去为应用提供一个连续的数据流(见图3-1D)。

45、图3-1 环行缓冲器工作原理示意双缓存模式与单缓存模式的比较：单缓冲器数据传输模式是进行连续数据传输中最常用的方法。在单缓冲器输入操作中，在特定的采样速率下固定数目的采样值被送到用户缓冲器中。在用户缓冲器中可以分析、显示数据，或者把数据转存到硬盘中可以分析、显示数据，或者把数据转存到硬盘中以后处理。单缓冲器操作实现起来相对简单，并且能充分利用设备硬件的速度。然而，单缓冲器操作的最大缺点是输入的最大数据量受限于在驱动程序中初始分配的存储空间，以及计算机自由存储空间的大小。在双缓冲器操作中，如上所叙，数据缓冲器作为一个环形缓冲器使用。因而，不同于单缓冲器操作，双缓冲器操作重复使用同一个缓冲器，能够

46、输入和输出无穷数目的数据点而不需要一个无穷大空间的存储器，然而，双缓冲器数据传输可能产生不希望的结果，这就是数据履盖。在把数据拷贝到传输缓冲器前，设备有可能覆盖了前面的数据。另一个数据覆盖问题发生在拷贝数据的时候。因此，处理数据的时间至少要快于设备读取数据的速率。对大多数的应用来说，这种要求依赖于计算机系统和编程语言的速度和效率。所以，双缓冲器模式可能不适于高速输入的应用。 PCI一9118数据采集卡软件介绍：PCI一9118的主要特点PCI一9118是基于32位带总线主控功能的PCI卡，能广泛用于DOS和WIN 9X，2000及NT下的数据采集，支持VB、Vc+、Delphi、BC5等编程语