〇引言

加工中心作为机床的典型代表，其可靠性水平的 高低直接影响产品的加工质量，可靠性是衡量一个产 品性能的关键指标，国内机床在这方面的表现却很难 令人满意，在很大程度上影响并限制了加工质量，从而 使用户在购买加工中心时犹豫不决。欲解决国产加工 中心的购买量和满意度，通过不断的可靠性试验研究 提高其可靠性是其关键所在。

系统采取模拟实际工况的方法对加工中心进行可 靠性加载试验，同时为了减少可靠性试验的周期，采用 加速试验的方法，即对加工中心主轴和进给轴加载比 实际载荷大的机械应力，是机床模拟自身的实际工作 状况，加工中心可靠性试验方案如图1所示。主要包 括主轴加载装置、进给轴加载装置、数据采集系统和控 制计算机，进行可靠性试验时，试验装置在计算机的控制下，将模拟载荷施加到主轴的模拟刀具上;通过力、 加载计数器等传感器，将试验机床参数和加载试验数 据传输到数据 集系统， 由 数据的转换和 传输到计算机进行进一步的数据分析和处理，从而得到相 关的可靠性数据;并将这些数据通过分析软件建模、拟合、归纳、运算，预测出机床的可靠性指标，找出发生故 障的主要原因和模式，实现进给系统的整体可靠性增长

2加工中心可靠性试验数据采集系统的总体 方案设计

2.1数据采集总体设计方案

根据加工中心可靠性试验方案可知，数据采集系 统主要作用是采集来自可靠性试验装置的各类数据， 并进行相应的转换和处理，处理完成后的数据经由相 应的接口送人计算机作进一步的处理和计算分析。可 性试验装 的各类数据 包括 加载试验数

据、进给轴(R、S=)轴加载试验时的数据信息，由于这 些加载试验是采取分别进行的方式。因此数据采集系 统在同一时间只能采集并处理一个加载试验的数据。 数据 集系统 体设计方主轴加载试验主要采集的数据有加载的扭矩和功 率、主轴加载次数、加载时间和试验时间等，其中加载 试验的扭矩和功率可以通过加工中心上的以太网直接 传送到计算机，因此通过数据采集系统采集的数据只 有主轴加载时间和试验时间，而这些数据可以通过在 主轴加载装置上安装接触开关来实现数据的末端采 集。

进给轴可靠性试验包括R、S、=三个轴的加载试 验，而且三轴的试验分别进行，主要采集的数据包括各 轴的加载力、加载次数、加载时间、试验总时间，其中加 载力通过在进给轴试验装置上安装压力传感器来采 集，再通过压力变送器转换为数据采集卡能够接受的量程范围。而加载次数、加载时间、试验总时间的米集 跟主轴试验类似，可以通过在加载装置上安装接触开 关来实现数据的采集。另外，进给轴的加载力还可以 由计算机通过数据采集卡输出模拟量，再由气动控制 系统的电气比例阀控制气缸的输出力来实现。

2.2系统数据采集卡的选择

根据以上分析，此数据采集卡应该包括模拟量的 输人，如加载力的模拟量并完成模数转换，数字量的输 人，如采集接触开关输出的数字量，还包括模拟量的输 出，用来控制电气比例阀电压，从而控制进给轴的加载 力。同时采集卡还需要完成跟上位计算机的通讯。因 此，鉴于数据采集卡的这些功能，系统选择研华公司的 USB数据采集卡USB4704来实现数据的采集和处理。

USBR704是一款研华公司的USB总线多功能数据采集卡。其的电路设计使得它具有更高的质量 和更多的功能。主要包括五种的测量和控制功 能# 14位A/D转换、D/A转换、数字量输人、数字量输 出及计数器/定时器功能。主要特点# 8路单端或4路 差分模拟量输人，或组合方式输人；14位A/D转换 器，采样数率可达48 kHz;每个通道的增益可编程;单 端或差分输人自由组合(卡上512 Bytes采样FIFO缓 冲器;2路12位模拟量输出；8路数字量输人/输出；1 路可编程触发器/定时器。另外，此数据采集卡采用 USB接口，即插即用，与上位计算机实现通讯十分方 便。

3加工中心可靠性试验数据采集系统硬件设计

3:模拟量输入通道设计

在进行进给轴可靠性加载试验时，加载力通过在 进给轴试验装置上安装压力传感器来采集，压力传感 器采用的是环形压力称重器HNDJ-SS-10KN，适用于 各种轴向测力场合，双剪切测量方式，可承受拉、压力。 输出对称性好，结构紧凑，安装方便，高精度、稳定性 好。试验时，安装在进给装置的气缸活塞杆上来测量 进给轴的加载力。它的测量范围是〇~1〇kN，需要10 ~30V的激励电压。因此，系统采用JF-300高精度称 重变送器来实现对压力传感器的激励，变送器输出电 压范围为0?10V。具体连接如图4所示（以Z轴加载 为例）。