[发明专利]基于FIR滤波器的数控系统倍率变化平滑控制方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于FIR滤波器的数控系统倍率变化平滑控制方法及装置，该方法包括：获取数控机床参数和用户指令，根据参数和指令进行编译，编译完成后，根据设定的加减速类型做速度规划；接受用户的倍率输入指令以获取倍率值；通过FIR滤波器对倍率值进行平滑处理得到平滑后的倍率值；根据平滑处理后的倍率值计算插补时间增量，根据插补时间增量计算输出增量；根据输出增量，按比例对应到各个坐标轴得到各个坐标轴对应的增量，将各个坐标轴对应的增量输出到伺服驱动。该方法能够保证进给倍率发生变化时系统进给速度变化的平稳性和对倍率响应的快速性。

技术领域

本发明涉及数控系统技术领域，特别涉及一种基于FIR滤波器的数控系统倍率变化平滑控制方法及装置。

背景技术

数控系统(Computer Numerical Control System，简称CNC)是数控机床的核心控制装置，数控加工过程中的运动轨迹控制由数控系统完成。在数控机床的加工过程中，进给速度表示刀具与工件之间沿着切削进给方向的相对运动速度。进给速度不仅影响刀具的使用寿命，还会影响加工的表面质量、精度和效率。因此，数控机床需要提供较宽的进给速度调整范围，以便用户在实际加工过程中进行合理的选择。数控加工的实际进给速度值通常由NC程序中的F代码值和机床操作面板上的进给倍率开关共同确定。

数控机床在加工过程中，根据切削加工工艺过程以及加工质量反馈，实际进给速度通过机床操作面板的进给倍率开关进行调节，流程如下：

(1)倍率输入：在机床加工过程中，用户通过机床操作面板的进给倍率开关来调节倍率，通常可选的档位为0-200％；

(2)PLC程序获取倍率：机床的PLC程序通过扫描倍率转换开关的状态位置，并经过PLC程序编码指令运算得到倍率值，然后将此倍率值发送给数控系统。

(3)数控系统倍率控制实现：数控系统根据倍率值和进给速度F计算得到实际的进给速度，然后基于当前位置、当前速度、最大速度、最大加速度和终点位置，重新进行速度规划，然后将每一时刻的插补增量输出给伺服驱动器，如图1所示。

根据图中所示的数控机床加工过程中倍率控制实现的流程，一旦在加工过程中倍率发生改变，数控系统需要根据更改后的倍率重新计算得到新的进给速度，并依据当前位置、当前速度、最大速度、最大加速度和终点位置重新进行速度规划。

相关技术中，提出了一种在短时间内实现平滑的加减速和实现每次按微小的量使倍率变化的方法，能够实现对进给倍率的平滑，但是其依然需要在倍率改变时重新进行速度规划，并且需要对平滑后的进给倍率做阈值判断处理。综上，此类方法的缺点在于：

(1)在加工过程中，数控系统每改变一次倍率值，都需要重新获取当前位置等信息，然后根据新的进给速度重新进行速度规划，这种多次重复规划会导致数控系统计算负载的增大，影响运行和加工的效率。同时，复杂且重复的速度规划将影响倍率修改后系统响应的快速性，造成倍率的延迟响应。

(2)数控系统重新进行速度规划可能会导致进给速度不可达、运动学约束超限等问题。在速度规划阶段，数控系统根据指令速度F值及轮廓误差约束参数，已经预先对各段的加速、匀速和减速点位置进行规划，为满足速度连续性需求，前后段之间的转接速度需要保持相同。但是，如果在加工过程中倍率发生变化，数控系统将根据当前位置和速度等信息重新进行速度规划，可能会存在加速或减速距离不足的问题，导致无法在下一段起点处达到预先规划的速度，造成两段之间的速度突变，该速度突变会影响加工的表面质量。若要在加速或减速距离不足的情况下，使得下一段起点处速度仍可达，则数控系统需要在重新进行速度规划时采用更大的加速度，这可能会导致运动学约束超限。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种基于FIR滤波器的数控系统倍率变化平滑控制方法，该方法能够保证进给倍率发生变化时系统进给速度变化的平稳性和对倍率响应的快速性。