基于labview的火花機(jī)實(shí)時(shí)參數(shù)檢測(cè)

1、附件4：安徽工業(yè)大學(xué)第十屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽作品申報(bào)書 作品名稱： 基于labview的火花機(jī)實(shí)時(shí)參數(shù)檢測(cè) 申報(bào)者姓名 （集體名稱）： 指導(dǎo)教師1： 指導(dǎo)教師2： 類別： 自然科學(xué)類學(xué)術(shù)論文 哲學(xué)社會(huì)科學(xué)類社會(huì)調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文科技發(fā)明制作A類 科技發(fā)明制作B類 A2申報(bào)者情況（集體項(xiàng)目）說(shuō)明：必須由申報(bào)者本人按要求填寫，申報(bào)者代表必須是作者中學(xué)歷最高者，其余作者按學(xué)歷高低排列。申報(bào)者代表情況姓名學(xué)校學(xué)歷作品名稱基于labview的火花機(jī)實(shí)時(shí)參數(shù)檢測(cè)通訊地址主要合作者情況姓 名性別年齡學(xué)歷所在學(xué)院、班級(jí)資格 認(rèn)定學(xué)生資格 是否為我校正式注冊(cè)在校的全日制非成人教育、非在職的各類

2、學(xué)生（本科生和研究生）。是 否（學(xué)院蓋章） 年 月 日指導(dǎo)教師意見作品是否為課外學(xué)術(shù)科技作品或社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)成果。是 否指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 B3申報(bào)作品情況（科技發(fā)明制作）說(shuō)明：僅科技發(fā)明制作類作品填寫此表。必須附有研究報(bào)告，并提供圖表、曲線、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、原理結(jié)構(gòu)圖、外觀圖或照片，也可附鑒定證書和應(yīng)用證書，以上材料可附于E表。作品全稱作品分類（ A ）A機(jī)械與控制（包括機(jī)械、儀器儀表、自動(dòng)化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技術(shù)（包括計(jì)算機(jī)、電信、通訊、電子等） C數(shù)理（包括數(shù)學(xué)、物理、地球與空間科學(xué)等） D生命科學(xué)（包括生物、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、醫(yī)學(xué)、健 康、衛(wèi)生、食品等） E能源化工（包括能

3、源、材料、石油、化學(xué)、化 工、生態(tài)、環(huán)保等）作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路，創(chuàng)新點(diǎn)，技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)基本思路：火花機(jī)是一種常用的機(jī)械加工設(shè)備，主要用于電火花加工，廣泛的應(yīng)用在各種金屬模具、機(jī)械設(shè)備的制造中。它是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工。進(jìn)行電火花加工時(shí)，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。通過(guò)間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進(jìn)給，當(dāng)兩電極間的間隙達(dá)到一定距離時(shí)，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。在放電的微細(xì)通道中瞬時(shí)集中大量的熱能，溫度可高達(dá)10000以上，

4、壓力也有急劇變化，從而使這一點(diǎn)工作表面局部微量的金屬材料立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝，形成固體的金屬微粒，被工作液帶走。這時(shí)在工件表面上便留下一個(gè)微小的凹坑痕跡，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復(fù)絕緣狀態(tài)。緊接著，下一個(gè)脈沖電壓又在兩電極相對(duì)接近的另一點(diǎn)處擊穿，產(chǎn)生火花放電，重復(fù)上述過(guò)程。這樣，雖然每個(gè)脈沖放電蝕除的金屬量極少，但因每秒有成千上萬(wàn)次脈沖放電作用，就能蝕除較多的金屬，具有一定的生產(chǎn)率。在保持工具電極與工件之間恒定放電間隙的條件下，一邊蝕除工件金屬，一邊使工具電極不斷地向工件進(jìn)給，最后便加工出與工具電極形狀相對(duì)應(yīng)的形狀來(lái)。因此，只要改變工具電極的形狀和工具電極與

5、工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式，就能加工出各種復(fù)雜的型面?；谏鲜銮闆r，對(duì)工作液溫度，以及瞬間放電電壓電流值的監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要，各大火花機(jī)生產(chǎn)企業(yè)采用在計(jì)算機(jī)上分別安裝三種監(jiān)測(cè)畫面的方式既占用空間，實(shí)時(shí)性以及 測(cè)量精度也達(dá)不到要求，因此，有必要設(shè)計(jì)一種集三位一體、實(shí)時(shí)性好、精度高的監(jiān)測(cè)方案，本設(shè)計(jì)采用LABVIEW2010作為上位機(jī)設(shè)計(jì)軟件，針對(duì)溫度相對(duì)穩(wěn)定、而電壓電流變化頻率較大的特殊情況設(shè)計(jì)出定時(shí)采樣、定量描點(diǎn)的上位機(jī)界面。創(chuàng)新點(diǎn)： 圖1 工程總體框架（遵循Modbus通訊協(xié)議） 圖2 下位機(jī)1通訊各項(xiàng)配置 圖3 下位機(jī)2通訊各項(xiàng)配置 圖4 本設(shè)計(jì)的程序框圖 圖5 本設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效果圖創(chuàng)新特點(diǎn)：

6、1.本設(shè)計(jì)采用Modbus通訊協(xié)議，簡(jiǎn)潔，方便，實(shí)用性高。2.本設(shè)計(jì)采用一個(gè)VI對(duì)應(yīng)下位機(jī)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以同時(shí)監(jiān)測(cè)該節(jié)點(diǎn)的溫度、電壓、電流，并將數(shù)據(jù)每0.01S發(fā)送到上位機(jī)（見圖2、圖3）3.下位機(jī)測(cè)溫時(shí)只發(fā)送溫度的AD值上來(lái)，在上位機(jī)中與之前做好的擬合系數(shù)運(yùn)算后得到真實(shí)的溫度值，這樣下位機(jī)就相應(yīng)的減少了工作量（見圖4程序框圖 ）4.實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整量程，保證不會(huì)出現(xiàn)個(gè)別躍變點(diǎn)無(wú)法實(shí)時(shí)追蹤其真實(shí)值5.本設(shè)計(jì)最大的創(chuàng)新之處在于：溫度每0.01s讀取一次值，讀取20次后將20個(gè)數(shù)值一起在前面板的顯示界面中描點(diǎn)繪制曲線；電壓和電流也是每0.01秒讀取一次值，讀取50次后一起在前面板中的顯示界面里描點(diǎn)；這樣

7、做出來(lái)的曲線整體效果美觀，易于使用者觀察當(dāng)前監(jiān)測(cè)信息的變化趨勢(shì)。（見本設(shè)計(jì)的圖5）作品概要：1. 新建工程，確認(rèn)工程名稱，在工程里確定約束變量（見圖1）2. 確定所采用的通訊協(xié)議（MODBUS協(xié)議），刷新時(shí)間（0.01S），COM口、校驗(yàn)方式、傳輸模式（見圖2、圖3）3. 設(shè)計(jì)前面板中放置對(duì)應(yīng)于兩個(gè)下位機(jī)溫度電壓電流的波形圖表，并在程序框圖中連線（共6個(gè)）4. 設(shè)計(jì)程序框圖，在程序框圖里設(shè)定溫度、電壓電流的擬合系數(shù)與采集上來(lái)的AD值進(jìn)行運(yùn)算，確定采樣循環(huán)時(shí)間以及究竟采集多少個(gè)點(diǎn)進(jìn)行繪圖（見圖4）5.運(yùn)行工程。觀察采樣數(shù)據(jù)（見圖5）作品的科學(xué)性先進(jìn)性（必須說(shuō)明與現(xiàn)有技術(shù)相比、該作品是否具有突出的

8、實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步。請(qǐng)?zhí)峁┘夹g(shù)性分析說(shuō)明和參考文獻(xiàn)資料）本設(shè)計(jì)采用LABVIEW2010作為上位機(jī)設(shè)計(jì)軟件，針對(duì)溫度相對(duì)穩(wěn)定、而電壓電流變化頻率較大的特殊情況設(shè)計(jì)出定時(shí)采樣、定量描點(diǎn)的上位機(jī)界面?，F(xiàn)有技術(shù)采用高頻檢測(cè)法、擊穿延時(shí)法、設(shè)置門檻電壓法等傳統(tǒng)方法檢測(cè)電火花實(shí)時(shí)參數(shù)，其缺陷有電路復(fù)雜、穩(wěn)定性差、難以對(duì)單個(gè)脈沖的放電狀態(tài)進(jìn)行判斷等。labview幾乎覆蓋了用戶所需的所有功能，用戶在這些工具包基礎(chǔ)上在開發(fā)程序，更易于操作，便于檢測(cè)，在只應(yīng)用過(guò)程中需調(diào)用幾個(gè)工具包中的函數(shù)就可以組成一個(gè)完整的測(cè)試測(cè)量電火花實(shí)時(shí)參數(shù)的應(yīng)用程序。作品在何時(shí)、何地、何種機(jī)構(gòu)舉行的評(píng)審、鑒定、評(píng)比、展示等活動(dòng)中

9、獲獎(jiǎng)及鑒定結(jié)果作品所處階 段（ A ）A實(shí)驗(yàn)室階段 B中試階段 C生產(chǎn)階段D （自填）技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式作品可展示的形 式實(shí)物、產(chǎn)品 模型 圖紙 磁盤 現(xiàn)場(chǎng)演示圖片 錄像 樣品使用說(shuō)明及該作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，提供該作品的適應(yīng)范圍及推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明及市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè) labview（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一種圖形化的編程語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。labview集成了與滿足 GPIB、VXI、RS-232和 RS-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)

10、采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。圖形化的程序語(yǔ)言，又稱為 “G” 語(yǔ)言。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，labview是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。通過(guò)labview的精確測(cè)量

11、，改進(jìn)火花機(jī)參數(shù)以提高模具加工精度和工作效率，投入工廠企業(yè)生產(chǎn)可大大提高公司效益。專利申報(bào)情況提出專利申報(bào) 申報(bào)號(hào) 申報(bào)日期 年 月 日已獲專利權(quán)批準(zhǔn) 批準(zhǔn)號(hào) 批準(zhǔn)日期 年 月 日 未提出專利申請(qǐng)C.當(dāng)前國(guó)內(nèi)外同類課題研究水平概述 說(shuō)明：1.申報(bào)者可根據(jù)作品類別和情況填寫； 2.填寫此欄有助于評(píng)審。70年代以來(lái)的檢測(cè)技術(shù)主要有兩種:高頻檢測(cè)法和擊穿延時(shí)法。由于光電技術(shù)的引入,我們采用新的方法設(shè)置門檻電壓法。從檢測(cè)放電間隙電壓入手,應(yīng)用光電耦合器屏蔽干擾,采集信息接入PC機(jī)處理。目前對(duì)于電火花實(shí)時(shí)參數(shù)測(cè)定主要通過(guò)對(duì)電火花脈沖電壓采樣值進(jìn)行小波變換處理后得到的低頻系數(shù)可以確定每一個(gè)電火花脈沖的放電

12、狀態(tài)。開發(fā)了基于DSP的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸和計(jì)算，針對(duì)微細(xì)電火花加工中常用的RC電源的波形分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，能夠獲得單個(gè)充放電脈沖的基本特征，相對(duì)于常用的平均電壓檢測(cè)法更為精確且具有良好的實(shí)時(shí)性。D. 指導(dǎo)教師情況及對(duì)作品的說(shuō)明說(shuō)明：1.請(qǐng)指導(dǎo)教師本人填寫。2.請(qǐng)指導(dǎo)教師把關(guān)學(xué)生作品申報(bào)材料。指導(dǎo)教師1姓名性別年齡職稱工作單位研究方向聯(lián)系電話指導(dǎo)教師2姓名性別年齡職稱工作單位研究方向聯(lián)系電話請(qǐng)對(duì)申報(bào)者申報(bào)情況真實(shí)性做出闡述請(qǐng)對(duì)作品的意義、技術(shù)水平、適用范圍及推廣前景做出您的評(píng)價(jià)其他說(shuō)明E參賽作品支撐材料說(shuō)明：1.申報(bào)者可根據(jù)作品類別和情況填寫； 2.填寫此欄有助于評(píng)審。3.可附

13、作品的研究報(bào)告，圖表、曲線、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、原理結(jié)構(gòu)圖、外觀圖或照片，鑒定證書和應(yīng)用證書等材料?；舅悸罚夯鸹C(jī)是一種常用的機(jī)械加工設(shè)備，主要用于電火花加工，廣泛的應(yīng)用在各種金屬模具、機(jī)械設(shè)備的制造中。它是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工。進(jìn)行電火花加工時(shí)，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。通過(guò)間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進(jìn)給，當(dāng)兩電極間的間隙達(dá)到一定距離時(shí)，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。在放電的微細(xì)通道中瞬時(shí)集中大量的熱能，溫度可高達(dá)10000以上，壓力也有急劇變化

14、，從而使這一點(diǎn)工作表面局部微量的金屬材料立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝，形成固體的金屬微粒，被工作液帶走。這時(shí)在工件表面上便留下一個(gè)微小的凹坑痕跡，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復(fù)絕緣狀態(tài)。緊接著，下一個(gè)脈沖電壓又在兩電極相對(duì)接近的另一點(diǎn)處擊穿，產(chǎn)生火花放電，重復(fù)上述過(guò)程。這樣，雖然每個(gè)脈沖放電蝕除的金屬量極少，但因每秒有成千上萬(wàn)次脈沖放電作用，就能蝕除較多的金屬，具有一定的生產(chǎn)率。在保持工具電極與工件之間恒定放電間隙的條件下，一邊蝕除工件金屬，一邊使工具電極不斷地向工件進(jìn)給，最后便加工出與工具電極形狀相對(duì)應(yīng)的形狀來(lái)。因此，只要改變工具電極的形狀和工具電極與工件之間的相對(duì)運(yùn)

15、動(dòng)方式，就能加工出各種復(fù)雜的型面?；谏鲜銮闆r，對(duì)工作液溫度，以及瞬間放電電壓電流值的監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要，各大火花機(jī)生產(chǎn)企業(yè)采用在計(jì)算機(jī)上分別安裝三種監(jiān)測(cè)畫面的方式既占用空間，實(shí)時(shí)性以及 測(cè)量精度也達(dá)不到要求，因此，有必要設(shè)計(jì)一種集三位一體、實(shí)時(shí)性好、精度高的監(jiān)測(cè)方案，本設(shè)計(jì)采用LABVIEW2010作為上位機(jī)設(shè)計(jì)軟件，針對(duì)溫度相對(duì)穩(wěn)定、而電壓電流變化頻率較大的特殊情況設(shè)計(jì)出定時(shí)采樣、定量描點(diǎn)的上位機(jī)界面。創(chuàng)新點(diǎn)： 圖1 工程總體框架（遵循Modbus通訊協(xié)議） 圖2 下位機(jī)1通訊各項(xiàng)配置 圖3 下位機(jī)2通訊各項(xiàng)配置 圖4 本設(shè)計(jì)的程序框圖 圖5 本設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)效果圖創(chuàng)新特點(diǎn)：1.本設(shè)計(jì)采用M

16、odbus通訊協(xié)議，簡(jiǎn)潔，方便，實(shí)用性高。2.本設(shè)計(jì)采用一個(gè)VI對(duì)應(yīng)下位機(jī)一個(gè)節(jié)點(diǎn)，可以同時(shí)監(jiān)測(cè)該節(jié)點(diǎn)的溫度、電壓、電流，并將數(shù)據(jù)每0.01S發(fā)送到上位機(jī)（見圖2、圖3）3.下位機(jī)測(cè)溫時(shí)只發(fā)送溫度的AD值上來(lái)，在上位機(jī)中與之前做好的擬合系數(shù)運(yùn)算后得到真實(shí)的溫度值，這樣下位機(jī)就相應(yīng)的減少了工作量（見圖4程序框圖 ）4.實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整量程，保證不會(huì)出現(xiàn)個(gè)別躍變點(diǎn)無(wú)法實(shí)時(shí)追蹤其真實(shí)值5.本設(shè)計(jì)最大的創(chuàng)新之處在于：溫度每0.01s讀取一次值，讀取20次后將20個(gè)數(shù)值一起在前面板的顯示界面中描點(diǎn)繪制曲線；電壓和電流也是每0.01秒讀取一次值，讀取50次后一起在前面板中的顯示界面里描點(diǎn)；這樣做出來(lái)的曲線整體效果美觀