基于FIR滤波的拐角轮廓误差精确插补算法

李冬冬,张立强,杨 乐

(上海工程技术大学 机械与汽车工程学院，上海 201620)

1 问题的提出

现代加工领域对高精度高速加工的要求越来越高，速度控制是技术的核心。在数控加工过程中，为了保证加工的精度，需要考虑拐角运动带来的系统冲击、共振等问题[1]。针对这些问题，有专家提出样条曲线插补技术，例如：特殊B样条(Pythagorean Hodographs, PH)曲线、非均匀有理B样条(Non-Uniform Rational B-Spline, NURBS)曲线等[2-3]。样条曲线插补技术能够实现加工路径拐角处的平滑转接，提高加工效率，但不能有效地解决拐角处振动。在机床振动问题上，杜金锋等[4]提出跳度约束加速度曲线，并证实该曲线能有效地减小机床的振动、提高加工的质量。但通过平滑加速度来减小振动，不能直接得出频谱，加速度频谱能直接反应加工过程刀具振动幅度。Chen等[5]提出有限脉冲响应(Finite Impulse Response, FIR)滤波能产生加速频谱，并且能减小刀具振动;文献[6-7]认为FIR滤波是一种有效的在线插值技术，其应用仅限于简单的轨迹点对点，如果连续移动，如直线或圆形段等属于连续插入的，由于进给方向的突然变化和滤波器的动态特性，会产生较大的插补轮廓误差。FIR滤波在连续的短线段中会产生不可控的轮廓误差，从而影响工件表面质量和加工效率，因此，在高速加工过程中，精确控制拐角轮廓误差是提高加工质量重要的技术。

本文提出一种新的刀具轨迹的生成方法，每个路径的每个段NC(numerical control)代码采用定时输入脉冲表示，利用FIR滤波器对速度、加速度进行3次滤波，可以生成高阶平滑的速度和加速度。……