虚拟仪器实现的零件加工精度测量与分析系统

关键词：LabVIEW；虚拟仪器；加工精度；统计分析；数据采集

1系统组成及原理

机械零件加工精度分析系统由传感器、电荷放大器、数据采集卡、计算机系统等组成，如图1所示。

本系统中将被测零件依次推过测台与测杆测头之间的空间，尺寸大小的变化将引起传感器与圆盘端面的间隙变化，传感器将间隙的变化量转变为电压的变化，这个电压信号经电荷放大器之后再经数据采集卡转变为数字量输送到计算机中，数据采集结果在虚拟仪器面板上显示，并存入数据库。计算机中利用LabVIEW开发平台设计的虚拟仪器及时、准确地对工件进行检测和误差分析，大幅度缩短测量工件和统计分析的时间，使操作者能够及时了解工艺系统的工作状态，加工误差的变化趋势及加工误差的影响因素，及时调整工艺系统，使加工误差的在线测量、实时分析得以实现。

2 零件加工精度的分析方法

2.1加工误差的分类

在已调整好的机床上加工一批工件，由各种工艺因素所产生的加工误差可分为两大类，即系统误差和随机误差。系统误差包括因调整等因素引起的常值系统误差和因刀具磨损、机床热变形等引起的有规律变化趋势的变值系统误差。随机误差则是由尺寸分散造成的。

2.2分析方法

零件的加工误差具有一定的规律性。统计分析方法是以生产现场内对许多工件进行检测的数据为基础，运用数理统计的方法加以整理归纳，从中找出规律性的东西，进而找到解决问题的途径。本系统采用虚拟仪器进行统计分析。

(1)分布曲线图法(图2)

所谓分布曲线图法是将零件的加工尺寸(或误差)与频数之间的关系做成直方图及分布曲线，在图中标出算术平均值、公差带、公差带中心及尺寸分散范围，据此分析该工序的加工情况。比较分散范围和公差带的宽度、算术平均值与公差带中心之间的关系等，以此判断工艺系统存在的误差性质，寻找提高加工精度的措施，这种方法研究工序的系统误差和随机误差简单易行，但必需在加工全部完了后方可进行，不能在加工过程中及时发现并解决问题，以保证加工质量。点图法可以弥补上述方法之不足。

(2)点图分析法(图3)

这种方法是将整个加工零件的过程做成一个母体，在这个过程中定期抽取样本，因此样本具有的特性必定是母体特性的反映。具体做法是在工艺过程进行前，分组测量一批试件的尺寸，求出各组的算术平均值X、极差R以及上下控制限，作X-R质量控制图。生产过程中，定期抽取样本数据Xi，Ri(即第i个样本的均值与极差)，分别点注在X图和R图上，依这些点分布的位置判断工序的加工质量。由于点图只需抽样检查，不需全数测量，能反映工件加工的先后顺序，因此较多地使用在生产现场和质量管理部门。

2.3分析过程在虚拟仪器中的实现

LabVIEW提供了一些数学运算节点，包括公式节点、估计、微积分运算、线性代数、曲线拟合、数理统计、最优化方法、寻根和数值节点等，所以可以方便地处理大量数据。在LabVIEW的后面板中利用这些数学运算节点，根据分析方法中的各公式编辑好数据处理部分，其结果显示在前面板相应的控件中，如图2、图3所示。其数据流流通过程如图4所示。

测量的数据存储于数据库中，LabVIEW程序通过数据连通工具调用数据库中的数据，传递给程序中数据处理部分，数据处理的结果分别显示在前面板的相应位置。

3结束语

基于LabVIEW的虚拟软件技术给零件加工精度分析过程中参数的计算机辅助测量带来了较大的编程方便性、较强的功能和灵活性。并且LabVIEW这个功能强大又方便灵活的虚拟仪器开发平台，能创造出比传统的测试仪器具有更高智能、更高性能价格比、更可靠及便于操作的先进仪器。

此系统适用于批量生产规模，使尺寸检测和数据计算变得简单易行，使加工误差在线测量和实时分析可望实现，并且数据处理和统计分析的准确性得到提高。另外，该系统还可以通过改变相应的程序来改变工艺分析的内容。

参考文献
［1］机械专业实验指导书［Z］.河北：华北电力大学出版社，1990.
［2］邓炎，王磊.LabVIEW 7.1测试技术与仪器应用［M］.北京：机械工业出版社，2004.
［3］张戌社，吴书迎.机械加工精度的计算机分析系统［J］.河北工业科技，2001，(2).

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