智能主轴建模、监测与控制

“21世纪先进制造技术丛书”序 前言 第1章 绪论 1.1 智能主轴概述 1.1.1 智能主轴的特征 1.1.2 智能主轴的关键使能技术 1.1.3 智能主轴的功能模块 1.2 智能主轴建模及振动监控技术研究进展 1.2.1 智能主轴动力学建模研究进展 1.2.2 智能主轴颤振监测与辨识研究进展 1.2.3 智能主轴颤振主动控制研究进展14参考文献 **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 2.1 引言 2.2 角接触球轴承拟静力学建模与刚度计算 2.2.1 角接触球轴承拟静力学建模 2.2.2 角接触球轴承刚度矩阵计算 2.3 主轴转子-轴承-箱体系统耦合静力学建模 2.3.1 主轴转子有限元建模 2.3.2 主轴有限元与轴承拟静力学模型耦合 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 2.4 主轴-机床耦合建模与模型修正 2.4.1 主轴-机床本体耦合模型 2.4.2 有限元模型修正的一般化方法 2.4.3 主轴-机床本体耦合模型修正 2.5 智能主轴铣削加工颤振稳定性预测 2.5.1 智能主轴高速旋转下的动态特性分析 2.5.2 高速铣削加工颤振稳定性预测 2.5.3 高速铣削实验验证73参考文献 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 3.1 引言 3.2 滚动轴承动力学建模 3.2.1 角接触球轴承动力学建模 3.2.2 浮动变位轴承动力学建模 3.3 主轴转子-轴承-箱体系统耦合动力学建模 3.3.1 主轴有限元模型与轴承动力学模型耦合 3.3.2 主轴转子-轴承-箱体模型耦合 3.3.3 耦合动力学模型实验验证 3.4 智能主轴非平稳振动响应分析 3.4.1 浮动变位轴承间隙对主轴非平稳振动响应的影响 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 第4章 智能主轴刚体单元建模法及动态回转误差分析 4.1 引言 4.2 刚体单元建模法 4.2.1 刚体单元及相邻刚体单元之间的相互作用 4.2.2 刚体单元动力学方程 4.3 基于刚体单元法的主轴动力学建模 4.3.1 滚动轴承各部件动力学方程 4.3.2 转子刚体单元与轴承动力学模型耦合 4.3.3 主轴动力学模型实验验证 4.4 基于动力学模型的智能主轴动态回转误差分析 4.4.1 主轴回转误差简介 4.4.2 主轴回转误差的影响因素分析 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 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 5.1 引言 5.2 铣削振动信号时域与频域特性分析 5.2.1 时域特性 5.2.2 频域特性 5.2.3 铣削振动信号预处理技术 5.3 基于铣削振动信号的颤振监测指标构建 5.3.1 时域统计指标 5.3.2 频域统计指标 5.3.3 时频域统计指标 5.3.4 非线性指标 5.4 颤振敏感特征优选方法171参考文献 第6章 基于3.准则的智能主轴铣削颤振在线检测 6.1 引言 6.2 颤振在线检测量纲为1指标构建 6.2.1 *小量化误差 6.2.2 标准差比 6.2.3 模型残差和模型特征根 6.3 颤振在线检测报警阈值设置的3.准则 6.4 颤振在线检测实验 6.4.1 变切深高速铣削颤振实验方案设计 6.4.2 频响函数测试实验 6.4.3 高速铣削颤振在线辨识189参考文献 第7章 时变切削力强激励下智能主轴早期微弱颤振辨识 7.1 引言 7.2 同步压缩变换简介 7.3 频移与细化同步压缩变换 7.3.1 频移同步压缩变换 7.3.2 细化同步压缩变换 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 7.4.1 基于同步压缩变换的颤振检测指标构建 7.4.2 基于细化同步压缩变换的颤振检测指标构建 7.5 变工况下智能主轴铣削颤振辨识 7.5.1 不同切削参数下的铣削颤振辨识 7.5.2 切削深度连续变化下的铣削颤振在线检测 参考文献 第8章 基于深度学习的智能主轴微弱颤振辨识方法 8.1 引言 8.2 早期微弱颤振辨识的有序长短时记忆神经网络方法 8.2.1 理论基础 8.2.2 早期微弱颤振辨识网络构建及可解释性分析 8.2.3 早期微弱颤振辨识实验研究 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 8.3.1 颤振图模型 8.3.2 柔性高阶图卷积神经网络模型构建 8.3.3 颤振在线检测效果对比及抗噪分析 参考文献 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 9.1 引言 9.2 主轴-铣削系统耦合动力学建模 9.2.1 铣削过程两自由度动力学模型 9.2.2 主轴-铣削系统两自由度耦合动力学建模 9.3 非对称刚度调控下的主轴-铣削系统稳定性分析 9.3.1 基于半离散法的铣削稳定性分析 9.3.2 非对称刚度调控下的铣削稳定性变化规律 9.4 非对称刚度调控颤振控制策略及实验验证 9.4.1 智能主轴非对称刚度调控系统设计 9.4.2 切削力系数辨识 9.4.3 主轴系统模态参数辨识 9.4.4 颤振主动控制实验验证313参考文献 第10章 基于模糊逻辑的智能主轴铣削颤振靶向控制 10.1 引言 10.2 智能主轴颤振靶向控制系统设计 10.3 模糊逻辑控制器设计 10.4 基于模糊逻辑的颤振靶向控制仿真分析 10.4.1 梳状滤波预处理下的颤振控制仿真分析 10.4.2 位移差反馈颤振控制仿真分析 10.5 基于模糊逻辑的铣削颤振靶向控制实验验证 10.5.1 梳状滤波预处理颤振控制实验 10.5.2 位移差反馈颤振控制实验349参考文献 第11章 智能主轴铣削颤振的模型预测控制 11.1 引言 11.2 主轴-铣削-作动系统状态空间模型及线性化 11.2.1 主轴-铣削-作动系统状态空间模型 11.2.2 系统模型线性化近似 11.3 模型预测控制闭环系统设计 11.3.1 模型预测控制器建模 11.3.2 模型预测控制器求解 11.3.3 颤振控制闭环系统设计 11.4 基于模型预测控制的颤振控制实验验证 11.4.1 切削力系数及主轴系统模态参数辨识 11.4.2 切削参数选取及模型线性化近似 11.4.3 颤振控制实验验证372参考文献 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 12.1 引言 12.2 主轴-工件-铣削-作动系统状态空间模型及线性化 12.2.1 主轴-工件系统铣削动力学建模 12.2.2 主轴-工件-铣削-作动系统状态空间模型 12.2.3 系统模型线性化近似 12.3 基于主轴-工件系统的模型预测控制器设计 12.3.1 预测模型建模 12.3.2 控制器求解 12.4 智能主轴-工件系统颤振主动控制实验验证 12.4.1 主轴和工件系统模态参数辨识 12.4.2 主轴-工件系统稳定性分析及切削参数选取 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 第13章 智能主轴原理样机及软件开发 13.1 引言 13.2 智能主轴原理样机开发 13.2.1 颤振监测与主动控制模块 13.2.2 主轴回转精度测量模块 13.3 智能主轴工业软件开发 13.4 当前研究存在问题和未来发展趋势 13.4.1 存在问题 13.4.2 未来发展趋势 参考文献 附录 附录1 迭代系数求解 附录2 主轴部件有限元矩阵 附录3 奈奎斯特稳定判据 附录4 坐标系变换