3 软件设计

在配置了相应的硬件模块后，虚拟仪器设计的主要工作就是编制相应的软件，完成数据的采集、存储分析、输出和显示。美国国家仪器公司提出了“软件即仪器”的响亮口号，其创新产品LabVIEW是目前最为成功、应用最为广泛的虚拟仪器开发环境(实际上，虚拟仪器的概念最初就是在开发LabVIEW时提出的)。LabVIEW作为一种程序开发环境，与其它语言不同的是，LabVIEW采用图形化编程语言G，产生的程序是框图而不是文本，含有功能强大的多种函数库，具有数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、显示和存储以及网络功能等。

虚拟仪器软件包括仪器驱动程序、应用程序和软面板程序等三个层次。

仪器驱动程序主要用来初始化虚拟仪器，并设置特定的参数和工作方式，使虚拟仪器保持正常的工作状态。LabVIEW已为PCI-1200 卡配备了驱动程序。

以下重点介绍软面板程序和应用程序的设计。

1.软面板

软面板程序用来提供虚拟仪器与用户的接口，它可以在计算机屏幕上生成一个与传统仪器面板相似的图形界面，用于显示测量的结果等。用户还可以通过软面板上的开关和按钮，模拟传统仪器的各种操作，通过键盘或鼠标实现对虚拟仪器的操作。

图2为切削测力仪的软面板：采用实时趋势图(chart)显示三向切削分力；将新数据连续扩展在已有数据的后面，波形连续向前推进显示；通过三个按钮控制切削力刻度标定；用数据文本文件方式存储测量数据，以便分析处理和波形回放；设置按钮作为存储开关，并同时控制存储间隔和存储路径。

2.应用程序

应用程序主要用来对输入计算机的数据进行分析和处理，用户就是通过编制应用程序来定义虚拟仪器的功能。
这是软件设计的主要部分。

软件功能包括三向切削力数据采集与存储、切削力波形显示与回放、切削力标定、实验数据统计分析(误差分析、异常数据处理等)、切削力经验公式、切削功率计算和切削过程评判。

a.数据采集与存储

LabVIEW提供了强大的DAQ(Data Acquistion)产品软件支持，数据采集功能较易实现。利用DAQ模板中的Analog Input Utilities子模板中AI WaveformScan.vi节点来控制PCI-1200卡各通道的数据采集(主要控制采集卡扫描频率和每一通道的扫描次数)。程序内部利用一个三维数组存储三个分力的采样值，进行波形显示。数组元素的值是动态的，并在一个开关按钮的控制下决定是否存储。

b.切削力标定

测力仪需经过标定，以便将测力时的输出读数转换为力值。标定的正确与否将直接影响测量结果的可靠性。标定分为静态标定和动态标定。

用标准测力环对测力仪的各分力方向分别加载，在虚拟仪器软面板上读出面值或波形纵坐标值，得出加载力与面板读数之间的关系，并同时记录其它分力的输出读数。通过程序内部的算法自动标出纵坐标刻度，并记录各分力方向的标度系数。在后续采样时可以自动将采样值转化为力值。

加载时力的作用点应严格处于刀尖位置，作用线方向应准确。对于各分力的相互干扰，可采用软件方法消除：首先测出各分力的干扰值(它在线性范围内是一常数)，实测时，根据实际读数，在数据处理和波形显示时直接增减。

c.切削力经验公式确定

采用单因素实验法。利用最小二乘法建立切削力指数公式。由于影响切削力的主要因素为背吃刀量和进给量，因此将其纳入经验公式，而将其它次要因素作为经验公式的修正值。对于各切削分力，首先建立对数坐标系中的回归直线方程，然后，转换为经验公式中的指数值。