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1、 毕业设计基于LabVIEW的电主轴状态 监测系统研制学生姓名： 李威宇 学号： 122028132 系 部： 电子工程系 专 业： 测控技术与仪器 指导教师： 杨辉（讲师） 2016年6月诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本人签名： 年 月 日毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 基于LabVIEW的电主轴状态监测系统研制 系部： 电子工
2、程系 专业： 测控技术与仪器 学号： 122028132 学生： 李威宇 指导教师（含职称）： 杨辉（讲师） 1课题意义及目标学生应通过本次毕业设计，综合运用所学过的基础理论知识，深入了解电主轴的工作原理，进行主轴系统的状态监测技术研究，培养电子测控系统设计及方案论证、分析和比较的能力，为学生在毕业后从事电子测控技术工作打好基础。2主要内容基于专业虚拟仪器开发工具LabVIEW,设计一电主轴状态监测系统，该监测系统能够通过调研和现场采集的数据，进行电主轴的故障分析。对电主轴的状态进行监测，提高了电主轴的可靠性。基本要求：（1）充分了解电主轴工作原理及其常见故障；（2）画出基于LabVIEW的电
3、主轴监测系统的前面板图和程序框图； （3）完成监测系统的各个模块编程；（4）设计完成之后进行软件仿真，验证电主轴监测系统可行性；3主要参考资料1 林月芳，吉海彦.智能仪器及其发展趋势M.中国农业大学信息学院，2003.2 王凯.高速电主轴电液伺服加载的可靠性试验台研制D.吉林大学，2013. 3 江建军，刘继光.LabVIEW程序设计教程M.北京：电子工业出版社.2008.4进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期1查阅相关资料，撰写开题报告2月29日3月20日2学习LabVIEW,学习电主轴及其监测原理3月21日4月10日3设计监测系统的各个模块，进行软件编程4月11日5月9日4进行软件
4、仿真,验证监测系统可行性5月10日6月1日5完成毕业论文及答辩工作6月2日6月18日太原工业学院毕业设计基于LabVIEW的电主轴状态监测系统研制摘 要电主轴是数控机床上一个极其重要的核心功能器件，它的工作状态好与坏直接决定了数控机床的性能好坏并且关系到它的可靠性和精度是否可以达到标准。本课题是为电主轴的性能测试而开发的一套电主轴状态监测系统。该监测系统可以完成对电主轴的常规性能监测、转子振动信号监测、主轴应力监测和噪声的检测，该系统基于LabVIEW进行设计，有用户界面，主界面及多个子界面。本论文首先对此课题的研究意义进行了说明，然后重点介绍了虚拟仪器技术的结构、特点、优势等等，之后对所设计
5、的监测系统进行了模块化的阐述，分为软件部分和硬件部分，同时也对信号的采集及算法进行了一些学习研究。关键词： LabVIEW，虚拟仪器技术，电主轴，性能监测Development of Condition Monitoring System of Motorized Spindle Based on LabVIEW AbstractMotorized spindle is a core function device of CNC machine tools, its good or bad working conditions will determine the performance of
6、 CNC machine tools is good or bad and it is related to the reliability and accuracy whether can be up to standard. This topic aims to design a motorized spindle condition monitoring system. The monitoring system can complete a series of functions,such as conventional spindle performance monitoring,r
7、otor vibration signal monitoring,stress monitoring and detection of spindle noise, which is designed based on LabVIEW system.The design has a user interface and a main interface and a plurality of sub-interfaces. The thesis describes the significances of this subject and it focuses on the structure
8、of the virtual instrument technology,features,advantages,etc.And then it modularly describes the monitoring system which has been designed.This system could be divided into hardware and software part ,meanwhile,I made some study and research on the acquisition and signal algorithm.Key words: LabVIEW
9、，virtual instrument technology，spindle，performance monitoring目 录第1章 绪论11.1 课题研究的意义11.2 国内外研究现状11.3 本课题的研究任务3第2章 虚拟仪器技术42.1 虚拟仪器概念42.1.1 虚拟仪器的定义42.1.2 虚拟仪器的特点42.2 虚拟仪器的结构52.2.1 硬件部分52.2.2 软件部分62.3 虚拟仪器的开发平台LabVIEW72.3.1 LabVIEW概述72.3.2 LabVIEW 的应用102.4 虚拟仪器的发展102.5 本章小结11第3章 状态监测系统的总体设计思路123.1 状态监测系统
10、的功能及设计要求123.1.1 系统的功能123.1.2测试系统的整体设计要求133.2系统的整体设计方案133.3.1 硬件设计部分133.3.2 软件设计部分143.3.3软件平台的选择14第4章 信号的采集、处理与分析154.1信号的采集154.1.1DAQ助手采集信号154.1.2仿真信号174.1.3基本函数发生器模拟信号174.2 常用传感器174.3信号的处理与分析184.3.1信号的处理184.3.2 信号的分析18第5章 软件模块的设计与编写235.1检测系统的总体框架设计235.2登陆界面程序的编写与设计235.3 主演示界面程序的设计与编写245.4常规性能监测程序模块的
11、设计与编写265.5振动信号监测模块的设计与编写275.6主轴应力监测的设计与编写285.7 噪声检测模块的设计与编写29第6章 总结与展望316.1总结316.2 课题展望31参考文献32致谢33 34太原工业学院毕业设计第1章 绪论1.1 课题研究的意义电主轴是数控机床上一个极其重要的核心功能器件，它的工作状态好与坏直接决定了数控机床的性能好与坏并且关系到它的可靠性和精度是否可以达到标准。然而，国内对加工中心功能部件可靠性研究还没有重视，现在还是仅仅停留在简单的故障统计和分析上。根据研究表明，对关键功能部件（如电主轴）进行状态的监测和可靠性研究实验，对于研究和提升整个加工中心的可靠性具有重
12、要意义。传统的电主轴监测系统有很多不足之处：价格昂贵而且效率低，功能单一不能满足现实需求，有时还会出现软硬件均不能兼容,不能共享软硬件资源,再者，硬件设备的维护成本较高，可扩展性也较差。由此看出，传统的设备不能从系统的多方面角度来进行测试，实验数据无法得到充分的应用。自20世纪90年代以来，世界范围内刮起了一阵技术革命风暴，计算机技术，网络技术等等都出现在人们的视野当中，虚拟仪器技术也因为它的易操作性和集成性渐渐被人们所接受。虚拟仪器以及LabVIEW开发平台是美国NI公司设计开发的，我们可以利用它轻松的建立相关的测试系统和检测模块等。LabVIEW在工业领域发挥着越来越重要的作用，提高了工业
13、生产的效率。所以，利用虚拟仪器技术设计一款可维护性强，扩张性好，集成化程度高，高效实用的电主轴状态监测系统具有很高的实际意义，此系统还有助于加工中心维修策略的制定，进而确保所加工零件的精度和机床的工作效率。1.2 国内外研究现状步入二十一世纪，计算机技术，传感器技术和自动化控制技术等等都得到了迅猛发展，近几年电主轴的监测技术也进行了改朝换代。早期的监测技术主要采用人工监测与自动化检测相结合的方法，但是由于这种方法容错率小，可维护性差，实时性差，监测精度不高，所以渐渐被微机化，智能化的监测系统替代，也就是用微型计算机或者单片机作为监测系统的大脑，从而使系统可以更加智能的处理一些数据，如可以时刻对
14、数据进行分析、对硬件设备进行自行控制以及进行一些图形生成等功能。与此同时，随着人们对测试系统的智能性要求日益高涨，虚拟仪器技术（LabVIEW）被逐渐运用到了电主轴性能测试领域，使得监测系统的简化度大大提高，监测系统的智能性，可维护性也得到了很大的提升。目前，在国外，各种仪器公司对于虚拟仪器和虚拟仪器产品等方面也做了大量的研究，研究成果也在数控机床监测和自动控制系统等方面得到了普遍的应用。虚拟仪器的春风所到之处都产生不可估量的影响，虚拟仪器的产品如雨后春笋，国际市场占有的比例大幅上升，由此产生的经济效益也上相当客观的。生产虚拟仪器的主要厂家有HP公司(目前生产100多种型号的虚拟仪器)，Tektronix公司(目前生产80多种型号的虚拟仪器)，Agilent公司(目前生产60多种型号的虚拟仪器)。目前，这些厂家的产品已经进入我国市场。在国内，虽然对虚拟仪器的应用没有那么广泛，但是也有了许多革新技术，如国内许多新开发的监测系统都属于微机化系统，同时结合了结合了现代科技的多种技术，使得监测设备更加智能且可靠。如哈尔滨工业大学利用LabVIEW技术上设计的电主轴监测系统。这个系统分别从不同的角度对电主轴做了故障特征分析，并对电主轴的
