● 摘要
为了解决切削参数的选择问题，充分提高数控机床的生产效率、加工精度、设备利用率、降低成本以及安全生产，国内外许多的研究人员提出了优化加工过程的一种新思路——基于加工过程仿真的优化方法。而实时地数据采集和分析处理就是进行数控加工过程仿真和优化的基础，它提供数控加工过程仿真和优化所需要的一系列的参数。通用串行总线USB（Universal Serial Bus）具有较高的传输速率、支持即插即用和热插拔、易于扩展以及可靠性高、成本低、功耗低等特点。与此同时，LabVIEW是虚拟仪器领域中最具有代表性的图形化编程开发软件，它具有编程非常方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点。由此，开发新一代基于USB和LabVIEW的数据采集和分析处理虚拟仪器系统成为当前数据采集领域的发展趋势。本文详细介绍了一种面向切削过程的基于USB和LabVIEW的数据采集和分析处理系统的设计开发过程。在总体设计方案中首先对整个数据采集系统所涉及的硬件设备（测力仪、力传感器、加速度传感器、数据采集卡）的基本性能做出了初步的要求，然后详细设计了数据采集和分析处理软件系统的功能模块，以及各功能模块之间的层次结构关系。本文同时还详细阐述了在数据采集和分析处理软件的开发过程中所涉及的处理切削过程切削力信号的原理和频响分析以及模态参数辨识原理。同时也详细介绍了开发过程中所使用到的虚拟仪器开发语言LabVIEW中的前面板设计原则、图形显示技术、数据采集和存储技术、数据统计分析技术、软件调用动态链接库DLL和硬件进行通信的技术、软件启动画面制作技术、状态机方法调用子VI程序的技术以及可执行文件和安装文件的制作技术。在成功开发软件的全部功能模块后，通过信号发生器输出指定信号实验验证了数据采集和存储功能模块的正确性；通过力锤激励实验验证了频响分析功能模块的正确性；利用实际数控切削加工实验验证了数据采集和分析处理系统在实际加工中的实用性和正确性。