[发明专利]一种超精密机床进给系统伺服动刚度辨识检测试件及方法

说明书

本发明公开了一种超精密机床进给系统伺服动刚度辨识检测试件及方法，试件包括基座；所述基座的表面上设置有多个周期性沟槽阵列结构，多个周期性沟槽阵列结构用于构造不同周期频率结构特征，以实现进给系统的伺服动刚度辨识。本发明提供的试件在切削过程中可以对超精密机床进给系统产生周期性激励，从而实现以试件加工检测来辨识机床进给系统伺服动刚度的效果。

技术领域

本发明属于超精密机床刚度性能检测技术领域，具体涉及一种超精密机床进给系统伺服动刚度辨识检测试件及方法。

背景技术

随着我国大科学工程及国防领域武器系统研发的推进，关键核心部件如精密物理实验样品、光学零件等高性能零件对加工精度和表面质量提出了越来越高的超精密制造要求。超精密机床是高性能零件超精密加工的主要工作母机之一，其性能精度是保障零件加工质量的基础，超精密机床的伺服动态性能直接影响非回转对称复杂曲面特征的超精密加工效果。超精密车床的进给伺服系统为静压直驱进给系统，其进给方向的动态特性由伺服刚度决定，为满足超精密加工过程中的刀刃与被加工元件准确相对位置关系这一要求，伺服控制系统不仅需要足够的稳态定位精度，还需要足够的刚度，以抵抗切削力载荷对切削运动的影响，从而保证机床进给轴在切削过程中的运动精度，进而实现高性能元件的高精度加工。因此，辨识伺服动刚度特性对优化提升进给系统的动态特性具有重要意义。

现有伺服动刚度辨识方法是基于仪器检测的方法，即通过外部激励器对被检对象施加载荷，检测进给系统在载荷驱动下的位移偏差，二者比值即为伺服动刚度的辨识值。基于仪器检测方法原理简单，但仍存在不以切削工件为本源的局限性，辨识过程与机床实际加工过程存在差异，导致伺服动刚度辨识结果不准确，不能完全表征机床抵抗扰动的真实水平。

基于试件的机床检测评价方法是以切削工件为本源的检测辨识方法，通过设计试件结构、开展试切检测实验真实地表征机床各项性能。但是，目前利用试件的机床检测评价主要集中在几何误差、热误差等准静态误差，缺少对属于动态因素的伺服动刚度辨识的检测试件，因此，面临日趋严苛的超精密切削机床对伺服控制系统高动刚度的需求，迫切需要设计一种伺服动刚度辨识检测试件，提升吻合实际加工状态的进给系统伺服动刚度检测辨识准确性和全面性。

发明内容

为了全面准确地辨识超精密金刚石机床进给系统的伺服动刚度，本发明提供了一种超精密机床进给系统伺服动刚度辨识检测试件。本发明在切削加工该试件过程中可以对超精密机床进给系统产生周期性激励，从而实现以试件加工检测来辨识机床进给系统伺服动刚度的效果。

本发明通过下述技术方案实现：

一种超精密机床进给系统伺服动刚度辨识检测试件，包括基座；

所述基座的表面上设置有多个周期性沟槽阵列结构，多个周期性沟槽阵列结构用于构造不同周期频率结构特征，以实现进给系统的伺服动刚度辨识。

优选的，本发明的基座为圆盘结构；所述基座的上表面上沿径向方向设置有多层径向圆环结构，多层所述径向圆环结构呈同心圆分布，每层所述径向圆环结构为不连续的周期性沟槽阵列结构，各层所述径向圆环结构用于构造出不同周期频率的结构特征；

所述基座的圆周表面上沿轴向方向设置有多排轴向圆环结构，每排所述轴向圆环结构为不连续的周期性沟槽阵列结构，各排所述轴向圆环结构用于构造出不同周期频率的结构特征；

所述不连续的周期性沟槽阵列结构为在圆环结构上均匀设置多个沟槽结构。

优选的，本发明的基座的直径为100-200mm，厚度为20-50mm。

优选的，本发明的沟槽结构的宽度为3mm，深度为2mm。

优选的，本发明的周期性沟槽阵列结构的每一周期性结构所占圆心角为3°。

优选的，本发明的基座的上表面上设置有4层所述径向圆环结构；