●“21世紀優選制造技術叢書”序
前言
第1章緒論1
1.1智能主軸概述4
1.1.1智能主軸的特征5
1.1.2智能主軸的關鍵使能技術5
1.1.3智能主軸的功能模塊6
1.2智能主軸建模及振動監控技術研究進展8
1.2.1智能主軸動力學建模研究進展9
1.2.2智能主軸顫振監測與辨識研究進展11
1.2.3智能主軸顫振主動控制研究進展14參考文獻18
第一篇：智能主軸動力學建模
第2章基於軸承擬靜力學模型的智能主軸建模及顫振穩定性分析33
2.1引言33
2.2角接觸球軸承擬靜力學建模與剛度計算33
2.2.1角接觸球軸承擬靜力學建模34
2.2.2角接觸球軸承剛度矩陣計算39
2.3主軸轉子-軸承-箱體繫統耦合靜力學建模40
2.3.1主軸轉建模40
2.3.2主與軸承擬靜力學模型耦合41
2.3.3主軸轉子-軸承-箱體繫統耦合靜力學模型的實驗驗證43
2.4主軸-機床耦合建模與模型修正50
2.4.1主軸-機床本體耦合模型50
2.4.模型修正的一般化方法52
2.4.3主軸-機床本體耦合模型修正54
2.5智能主軸銑削加工顫振穩定性預測59
2.5.1智能主軸高速旋轉下的動態特性分析60
2.5.2高速銑削加工顫振穩定性預測66
2.5.3高速銑削實驗驗證73參考文獻79
第3章基於軸承動力學模型的智能主軸建模及非平穩振動分析81
3.1引言81
3.2滾動軸承動力學建模82
3.2.1角接觸球軸承動力學建模82
3.2.2浮動變位軸承動力學建模88
3.3主軸轉子-軸承-箱體繫統耦合動力學建模94
3.3.1主模型與軸承動力學模型耦合94
3.3.2主軸轉子-軸承-箱體模型耦合96
3.3.3耦合動力學模型實驗驗證101
3.4智能主軸非平穩振動響應分析106
3.4.1浮動變位軸承間隙對主軸非平穩振動響應的影響106
3.4.2智能主軸銑削過程中的非平穩振動響應預測113參考文獻121
第4章智能主軸建模法及動態回轉誤差分析123
4.1引言123
4.2建模法123
4.2.1及相鄰之間的相互作用124
4.2.2動力學方程126
4.3基於法的主軸動力學建模126
4.3.1滾動軸承各部件動力學方程126
4.3.2轉子與軸承動力學模型耦合129
4.3.3主軸動力學模型實驗驗證131
4.4基於動力學模型的智能主軸動態回轉誤差分析134
4.4.1主軸回轉誤差簡介135
4.4.2主軸回轉誤差的影響因素分析137
4.4.3切削工況下智能主軸動態回轉誤差預測139參考文獻150
第二篇：智能主軸顫振監測
第5章智能主軸銑削顫振監測特征提取155
5.1引言155
5.2銑削振動信號時域與頻域特性分析155
5.2.1時域特性155
5.2.2頻域特性156
5.2.3銑削振動信號預處理技術159
5.3基於銑削振動信號的顫振監測指標構建161
5.3.1時域統計指標162
5.3.2頻域統計指標163
5.3.3時頻域統計指標164
5.3.4非線性指標164
5.4顫振敏感特征優選方法171參考文獻174
第6章基於3.準則的智能主軸銑削顫振在線檢測177
6.1引言177
6.2顫振在線檢測量綱為1指標構建177
6.2.1最小量化誤差177
6.2.2標準差比179
6.2.3模型殘差和模型特征根180
6.3顫振在線檢測報警閾值設置的3.準則182
6.4顫振在線檢測實驗184
6.4.1變切深高速銑削顫振實驗方案設計184
6.4.2頻響函數測試實驗186
6.4.3高速銑削顫振在線辨識189參考文獻198
第7章時變切削力強激勵下智能主軸早期微弱顫振辨識201
7.1引言201
7.2同步壓縮變換簡介202
7.3頻移與細化同步壓縮變換203
7.3.1頻移同步壓縮變換203
7.3.2細化同步壓縮變換207
7.4基於同步壓縮變換的早期微弱顫振檢測指標構建方法216
7.4.1基於同步壓縮變換的顫振檢測指標構建216
7.4.2基於細化同步壓縮變換的顫振檢測指標構建222
7.5變工況下智能主軸銑削顫振辨識226
7.5.1不同切削參數下的銑削顫振辨識226
7.5.2切削深度連續變化下的銑削顫振在線檢測235
參考文獻243
第8章基於深度學習的智能主軸微弱顫振辨識方法245
8.1引言245
8.2早期微弱顫振辨識的有序長短時記憶神經網絡方法245
8.2.1理論基礎.245
8.2.2早期微弱顫振辨識網絡構建及可解釋性分析249
8.2.3早期微弱顫振辨識實驗研究256
8.3強噪聲環境下微弱顫振辨識的柔性高階圖卷積神經網絡方法266
8.3.1顫振圖模型267
8.3.2柔性高階圖卷積神經網絡模型構建272
8.3.3顫振在線檢測效果對比及抗噪分析280
參考文獻293
第三篇：智能主軸顫振控制
第9章智能主軸銑削顫振的非對稱剛度調控方法297
9.1引言297
9.2主軸-銑削繫統耦合動力學建模297
9.2.1銑削過程兩自由度動力學模型297
9.2.2主軸-銑削繫統兩自由度耦合動力學建模300
9.3非對稱剛度調控下的主軸-銑削繫統穩定性分析300
9.3.1基於半離散法的銑削穩定性分析300
9.3.2非對稱剛度調控下的銑削穩定性變化規律303
9.4非對稱剛度調控顫振控制策略及實驗驗證308
9.4.1智能主軸非對稱剛度調控繫統設計308
9.4.2切削力繫數辨識309
9.4.3主軸繫統模態參數辨識311
9.4.4顫振主動控制實驗驗證313參考文獻320
第10章基於模糊邏輯的智能主軸銑削顫振靶向控制322
10.1引言322
10.2智能主軸顫振靶向控制繫統設計322
10.3模糊邏輯控制器設計326
10.4基於模糊邏輯的顫振靶向控制仿真分析332
10.4.1梳狀濾波預處理下的顫振控制仿真分析332
10.4.2位移差反饋顫振控制仿真分析339
10.5基於模糊邏輯的銑削顫振靶向控制實驗驗證344
10.5.1梳狀濾波預處理顫振控制實驗344
10.5.2位移差反饋顫振控制實驗349參考文獻353
第11章智能主軸銑削顫振的模型預測控制355
11.1引言355
11.2主軸-銑削-作動繫統狀態空間模型及線性化355
11.2.1主軸-銑削-作動繫統狀態空間模型355
11.2.2繫統模型線性化近似357
11.3模型預測控制閉環繫統設計360
11.3.1模型預測控制器建模360
11.3.2模型預測控制器求解364
11.3.3顫振控制閉環繫統設計366
11.4基於模型預測控制的顫振控制實驗驗證367
11.4.1切削力繫數及主軸繫統模態參數辨識367
11.4.2切削參數選取及模型線性化近似370
11.4.3顫振控制實驗驗證372參考文獻375
第12章考慮主軸-工件耦合效應的智能主軸銑削顫振主動控制376
12.1引言376
12.2主軸-工件-銑削-作動繫統狀態空間模型及線性化376
12.2.1主軸-工件繫統銑削動力學建模376
12.2.2主軸-工件-銑削-作動繫統狀態空間模型378
12.2.3繫統模型線性化近似383
12.3基於主軸-工件繫統的模型預測控制器設計385
12.3.1預測模型建模386
12.3.2控制器求解387
12.4智能主軸-工件繫統顫振主動控制實驗驗證389
12.4.1主軸和工件繫統模態參數辨識389
12.4.2主軸-工件繫統穩定性分析及切削參數選取391
12.4.3考慮主軸-工件耦合效應的顫振控制實驗驗證393參考文獻400
第13章智能主軸原理樣機及軟件開發402
13.1引言402
13.2智能主軸原理樣機開發402
13.2.1顫振監測與主動控制模塊403
13.2.2主軸回轉精度測量模塊407
13.3智能主軸工業軟件開發409
13.4當前研究存在問題和未來發展趨勢415
13.4.1存在問題415
13.4.2未來發展趨勢416參考文獻419
附錄421
附錄1迭代繫數求解421
附錄2主軸部矩陣422
附錄3奈奎斯特穩定判據425
附錄4坐標繫變換427
