本书论述了智能主轴动力学建模、颤振监测、颤振控制三个方面的基础理论和关键技术：构建了智能主轴动力学建模理论框架，阐明了智能主轴强迫振动/颤振机理；介绍了基于3.准则、同步压缩变换及深度学习等理论的智能主轴铣削颤振在线检测及微弱颤振辨识方法；探讨了智能主轴颤振的非对称刚度调控方法、靶向控制方法及模型预测控制方法；结合开发的智能主轴原理样机，开展了大量的切削实验，对理论方法的应用效果进行验证。
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“21世纪先进制造技术丛书”序
前言
第1章绪论1
1.1智能主轴概述4
1.1.1智能主轴的特征5
1.1.2智能主轴的关键使能技术5
1.1.3智能主轴的功能模块6
1.2智能主轴建模及振动监控技术研究进展8
1.2.1智能主轴动力学建模研究进展9
1.2.2智能主轴颤振监测与辨识研究进展11
1.2.3智能主轴颤振主动控制研究进展14参考文献18
第一篇：智能主轴动力学建模
第2章基于轴承拟静力学模型的智能主轴建模及颤振稳定性分析33
2.1引言33
2.2角接触球轴承拟静力学建模与刚度计算33
2.2.1角接触球轴承拟静力学建模34
2.2.2角接触球轴承刚度矩阵计算39
2.3主轴转子-轴承-箱体系统耦合静力学建模40
2.3.1主轴转子有限元建模40
2.3.2主轴有限元与轴承拟静力学模型耦合41
2.3.3主轴转子-轴承-箱体系统耦合静力学模型的实验验证43
2.4主轴-机床耦合建模与模型修正50
2.4.1主轴-机床本体耦合模型50
2.4.2有限元模型修正的一般化方法52
2.4.3主轴-机床本体耦合模型修正54
2.5智能主轴铣削加工颤振稳定性预测59
2.5.1智能主轴高速旋转下的动态特性分析60
2.5.2高速铣削加工颤振稳定性预测66
2.5.3高速铣削实验验证73参考文献79
第3章基于轴承动力学模型的智能主轴建模及非平稳振动分析81
3.1引言81
3.2滚动轴承动力学建模82
3.2.1角接触球轴承动力学建模82
3.2.2浮动变位轴承动力学建模88
3.3主轴转子-轴承-箱体系统耦合动力学建模94
3.3.1主轴有限元模型与轴承动力学模型耦合94
3.3.2主轴转子-轴承-箱体模型耦合96
3.3.3耦合动力学模型实验验证101
3.4智能主轴非平稳振动响应分析106
3.4.1浮动变位轴承间隙对主轴非平稳振动响应的影响106
3.4.2智能主轴铣削过程中的非平稳振动响应预测113参考文献121
第4章智能主轴刚体单元建模法及动态回转误差分析123
4.1引言123
4.2刚体单元建模法123
4.2.1刚体单元及相邻刚体单元之间的相互作用124
4.2.2刚体单元动力学方程126
4.3基于刚体单元法的主轴动力学建模126
4.3.1滚动轴承各部件动力学方程126
4.3.2转子刚体单元与轴承动力学模型耦合129
4.3.3主轴动力学模型实验验证131
4.4基于动力学模型的智能主轴动态回转误差分析134
4.4.1主轴回转误差简介135
4.4.2主轴回转误差的影响因素分析137
4.4.3切削工况下智能主轴动态回转误差预测139参考文献150
第二篇：智能主轴颤振监测
第5章智能主轴铣削颤振监测特征提取155
5.1引言155
5.2铣削振动信号时域与频域特性分析155
5.2.1时域特性155
5.2.2频域特性156
5.2.3铣削振动信号预处理技术159
5.3基于铣削振动信号的颤振监测指标构建161
5.3.1时域统计指标162
5.3.2频域统计指标163
5.3.3时频域统计指标164
5.3.4非线性指标164
5.4颤振敏感特征优选方法171参考文献174
第6章基于3.准则的智能主轴铣削颤振在线检测177
6.1引言177
6.2颤振在线检测量纲为1指标构建177
6.2.1最小量化误差177
6.2.2标准差比179
6.2.3模型残差和模型特征根180
6.3颤振在线检测报警阈值设置的3.准则182
6.4颤振在线检测实验184
6.4.1变切深高速铣削颤振实验方案设计184
6.4.2频响函数测试实验186
6.4.3高速铣削颤振在线辨识189参考文献198
第7章时变切削力强激励下智能主轴早期微弱颤振辨识201
7.1引言201
7.2同步压缩变换简介202
7.3频移与细化同步压缩变换203
7.3.1频移同步压缩变换203
7.3.2细化同步压缩变换207
7.4基于同步压缩变换的早期微弱颤振检测指标构建方法216
7.4.1基于同步压缩变换的颤振检测指标构建216
7.4.2基于细化同步压缩变换的颤振检测指标构建222
7.5变工况下智能主轴铣削颤振辨识226
7.5.1不同切削参数下的铣削颤振辨识226
7.5.2切削深度连续变化下的铣削颤振在线检测235
参考文献243
第8章基于深度学习的智能主轴微弱颤振辨识方法245
8.1引言245
8.2早期微弱颤振辨识的有序长短时记忆神经网络方法245
8.2.1理论基础.245
8.2.2早期微弱颤振辨识网络构建及可解释性分析249
8.2.3早期微弱颤振辨识实验研究256
8.3强噪声环境下微弱颤振辨识的柔性高阶图卷积神经网络方法266
8.3.1颤振图模型267
8.3.2柔性高阶图卷积神经网络模型构建272
8.3.3颤振在线检测效果对比及抗噪分析280
参考文献293
第三篇：智能主轴颤振控制
第9章智能主轴铣削颤振的非对称刚度调控方法297
9.1引言297
9.2主轴-铣削系统耦合动力学建模297
9.2.1铣削过程两自由度动力学模型297
9.2.2主轴-铣削系统两自由度耦合动力学建模300
9.3非对称刚度调控下的主轴-铣削系统稳定性分析300
9.3.1基于半离散法的铣削稳定性分析300
9.3.2非对称刚度调控下的铣削稳定性变化规律303
9.4非对称刚度调控颤振控制策略及实验验证308
9.4.1智能主轴非对称刚度调控系统设计308
9.4.2切削力系数辨识309
9.4.3主轴系统模态参数辨识311
9.4.4颤振主动控制实验验证313参考文献320
第10章基于模糊逻辑的智能主轴铣削颤振靶向控制322
10.1引言322
10.2智能主轴颤振靶向控制系统设计322
10.3模糊逻辑控制器设计326
10.4基于模糊逻辑的颤振靶向控制仿真分析332
10.4.1梳状滤波预处理下的颤振控制仿真分析332
10.4.2位移差反馈颤振控制仿真分析339
10.5基于模糊逻辑的铣削颤振靶向控制实验验证344
10.5.1梳状滤波预处理颤振控制实验344
10.5.2位移差反馈颤振控制实验349参考文献353
第11章智能主轴铣削颤振的模型预测控制355
11.1引言355
11.2主轴-铣削-作动系统状态空间模型及线性化355
11.2.1主轴-铣削-作动系统状态空间模型355
11.2.2系统模型线性化近似357
11.3模型预测控制闭环系统设计360
11.3.1模型预测控制器建模360
11.3.2模型预测控制器求解364
11.3.3颤振控制闭环系统设计366
11.4基于模型预测控制的颤振控制实验验证367
11.4.1切削力系数及主轴系统模态参数辨识367
11.4.2切削参数选取及模型线性化近似370
11.4.3颤振控制实验验证372参考文献375
第12章考虑主轴-工件耦合效应的智能主轴铣削颤振主动控制376
12.1引言376
12.2主轴-工件-铣削-作动系统状态空间模型及线性化376
12.2.1主轴-工件系统铣削动力学建模376
12.2.2主轴-工件-铣削-作动系统状态空间模型378
12.2.3系统模型线性化近似383
12.3基于主轴-工件系统的模型预测控制器设计385
12.3.1预测模型建模386
12.3.2控制器求解387
12.4智能主轴-工件系统颤振主动控制实验验证389
12.4.1主轴和工件系统模态参数辨识389
12.4.2主轴-工件系统稳定性分析及切削参数选取391
12.4.3考虑主轴-工件耦合效应的颤振控制实验验证393参考文献400
第13章智能主轴原理样机及软件开发402
13.1引言402
13.2智能主轴原理样机开发402
13.2.1颤振监测与主动控制模块403
13.2.2主轴回转精度测量模块407
13.3智能主轴工业软件开发409
13.4当前研究存在问题和未来发展趋势415
13.4.1存在问题415
13.4.2未来发展趋势416参考文献419
附录421
附录1迭代系数求解421
附录2主轴部件有限元矩阵422
附录3奈奎斯特稳定判据425
附录4坐标系变换427
京公网安备 11010102004214号