机床结合部动力学建模及应用/数字制造科学与技术前沿研究丛书 [Modeling and Application of Joints on Machine Tools] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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毛宽民，李斌，雷声 著

图书标签:

• 机床
• 动力学
• 建模
• 数字制造
• 关节
• 振动
• 仿真
• 控制
• 精度
• 前沿研究

出版社： 武汉理工大学出版社

ISBN：9787562953869

版次：1

商品编码：12327592

包装：精装

丛书名： 数字制造科学与技术前沿研究丛书

外文名称：Modeling and Application of Joints on Machine Tools

开本：16开

出版时间：2018-01-01

用纸：胶版纸

页数：

内容简介

　　《机床结合部动力学建模及应用/数字制造科学与技术前沿研究丛书》在建立结合部动力学模型和模型参数识别方法的基础上，建立了螺栓结合部动力学模型库，锥配合结合部动力学模型库，滚动导轨、滚珠丝杠结合部动力学模型库；在对结合部接触特性进行分析的基础上，提出了螺栓结合部虚拟材料模型，并考虑材料特性、加工方式、表面特征，建立了结合部虚拟材料模型库。利用现有商用有限元软件的二次开发功能，将所建立的结合部动力学模型库集成于商用有限元软件中，形成了机床整机动力学建模模块，可用于为机床动力学建模及结构分析与优化设计提供基础数据与方法。

内页插图

目录

1 绪论
1．1 目的和意义
1．2 研究现状
1．2．1 结合部建模研究现状
1．2．2 结合部参数识别方法研究现状
1．3 主要研究内容

2 螺栓结合部动力学建模
2．1 螺栓结合部动力学建模概述
2．1．1 机床螺栓连接固定结合面单元的建立
2．1．2 机床螺栓连接固定结合面单元的受力分析
2．1．3 机床螺栓连接固定结合面单元等效动力学模型的建立
2．2 螺栓结合部参数识别方法
2．2．1 固定结合部参数识别方法的理论基础
2．2．2 固定结合面动力，学的参数识别方法
2．3 螺栓结合部模型参数识别
2．3．1 实验试件设计
2．3．2 模态实验装置和实验仪器
2．3．3 含结合面试件的模态实验测试
2．3．4 结合部参数的识别及验证
2．4 螺栓结合部参数化建模
2．4．1 螺栓结合部影响因素分类
2．4．2 基于正交实验的结合部各因素影响研究
2．4．3 结合面刚度值与预紧力的拟合
2．4．4 基于响应曲面法的螺栓结合部参数化建模
2．4．5 螺栓结合部参数化模型验证
2．5 不同材料螺栓结合部统计模型
2．5．1 铸造成型的机床部件材料属性参数校核
2．5．2 部件材料属性对螺栓结合部接触刚度影响分析
2．5．3 面向部件材料属性的螺栓结合部动力学特性统计模型
2．5．4 统计模型验证及机床结构建模应用
本章小结

3 锥配合结合部动力学建模
3．1 锥配合结合部动力学建模概述
3．2 锥配合结合部参数识别方法
3．3 锥配合结合部模型参数识别
3．3．1 锥面配合固定结合部模态实验试件设计
3．3．2 消除传感器质量效应的锥面配合固定结合部试件模态实验设置
3．3．3 锥面配合固定结合部试件模态实验结果分析
3．3．4 带锥度的有限单元参数识别
3．3．5 带锥度的有限单元识别参数的有效性验证
3．4 锥配合结合部模型验证
3．4．1 验证结构模态参数测试
3．4．2 验证结构有限元模型建立
3．4．3 验证结构计算模态参数与实验模态参数比较
本章小结

4 滚动导轨结合部动力学建模
4．1 滚动导轨结合部动力学建模概述
4．1．1 滚动导轨结合部有限元单元的建立
4．1．2 可动结合部动力学模型的建立
4．2 滚动导轨结合部参数识别方法
4．2．1 可动结合部参数识别的动力学模型
4．2．2 参数识别的优化方法
4．3 滚动导轨结合部模型参数识别
4．3．1 滚动直线导轨副模态实验设计
4．3．2 滚动直线导轨副试件的模态实验
4．3．3 动力学参数识别
本章小结

5 滚动功能部件结合部动力学建模
5．1 滚珠丝杠结合部动力学建模概述
5．1．1 滚珠丝杠各子结构的确立
5．1．2 滚珠丝杠结合部模型
5．2 滚珠丝杠结合部参数识别方法
5．2．1 结合部参数识别的基本理论
5．2．2 滚珠丝杠可动结合部的动力学参数识别分析
5．3 滚珠丝杠结合部模型参数识别
5．3．1 实验试件设计
5．3．2 传感器的布置和激励点的选择
5．3．3 模态实验的结果
5．3．4 用于结合部参数识别的频响函数分析
5．3．5 滚珠丝杠结合部参数识别结果
5．4 滚珠丝杠结合部模型验证
5．4．1 有限元单元的矩阵模型
5．4．2 代入结合部参数的滚珠丝杠整体模型
5．4．3 依据模型的仿真结果与实验结果的比较
5．4．4 与Okwudire结合部的比较
5．5 轴承结合部动力学建模
5．5．1 轴承结合部动力学模型建立
5．5．2 轴承结合部参数识别方法
5．5．3 轴承结合部模型参数识别及有效性验证
本章小结

6 螺栓结合部虚拟材料动力学建模
6．1 螺栓结合部虚拟材料动力学建模概述
6．1．1 螺栓结合部虚拟材料动力学模型基本框架
6．1．2 螺栓结合部虚拟材料几何参数建模
6．1．3 虚拟材料物理参数建模
6．2 螺栓结合部虚拟材料模型几何参数识别
6．2．1 全面实验设计
6．2．2 克里金模型
6．2．3 虚拟材料几何模型参数库应用
6．3 螺栓结合部虚拟材料模型物理参数识别
6．3．1 虚拟材料模型参数识别方法
6．3．2 虚拟材料物理参数识别中的关键问题
6．3．3 虚拟材料物理参数识别
6．4 虚拟材料模型应用
本章小结

7 机床整机动力学建模研究及应用
7．1 整机动力学建模整体思路
7．2 机床子结构结构动力学建模方法研究
7．2．1 机床结构组件动力学建模
7．2．2 基于有限元软件集成模块的机床固定结合部动力学建模
7．2．3 机床可动结合部动力学建模
7．2．4 机床子结构动力学模型组装
7．3 CKX5680机床结构动力学建模
7．4 YK31320滚齿机结构动力学建模
7．5 XCM1600机床结构动力学建模
7．5．1 机床结构组件动力学建模
7．5．2 固定结合部动力学建模
7．5．3 可动结合部动力学建模
7．5．4 整机结构动力学模型组装
7．5．5 整机动态固有特性验证机床结构有限元模型的有效性
7．5．6 静态柔度系数验证机床结构有限元模型的有效性

本章小结
参考文献

前言/序言

　　结合部动力学行为对高性能、高精度数控机床的影响非常大，已经得到了国内外研究者的普遍关注。结合部动力学模型已经有基于赫兹接触理论的模型和弹簧阻尼器模型等多个模型，但是这些模型在应用于机床整机动力学建模时存在不同程度的缺陷，使得机床动力学建模的工程师们感到非常棘手。如何建立更加实用、使工程技术人员操作简便、能与现有有限元分析软件有机结合的结合部动力学模型是我们考虑的重点。在这样的想法下，我们提出了结合部八节点动力学模型，并且提出了基于传递函数矩阵与系统动力学矩阵互逆的结合部动力学模型参数识别方法。本书就是围绕这样的思想进行研究的。
　　本书在建立结合部动力学模型和模型参数识别方法的基础上，建立了螺栓结合部动力学模型库，锥配合结合部动力学模型库，滚动导轨、滚珠丝杠结合部动力学模型库；在对结合部接触特性进行分析的基础上，提出了螺栓结合部虚拟材料模型，并考虑材料特性、加工方式、表面特征，建立了结合部虚拟材料模型库。本书利用现有商用有限元软件的二次开发功能，将所建立的结合部动力学模型库集成于商用有限元软件中，形成了机床整机动力学建模模块，希望为机床动力学建模及结构分析与优化设计提供基础数据与方法。
　　本书由华中科技大学毛宽民、李斌和中南民族大学雷声著，华中科技大学博士研究生肖魏魏及硕士研究生徐强、黄小磊对螺栓结合部进行了大量的研究，硕士研究生涂智萌、郑益对滚动功能部件进行了大量探索，硕士研究生朱睿、叶俊在滚动导轨方面做了大量工作。正是他们的不懈努力以及创新思想，才使本书得以呈现给读者。
　　本书的研究内容是在国家自然科学基金“高速数控机床固定结合部单元动力学高精度建模方法研究”（50975104）、科技部“973计划”项目“难加工航空零件的数字化制造基础研究”的课题3“超强异形零件多轴加工失稳机制及控制品质优化”（课2011CB706803）、国家04科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”的课题“重型机床动态综合补偿技术”（2009ZX04014-024）、国家科技支撑计划“面向汽车与航空产业发展的装备及自动化生产线应用示范”的课题“面向高效低损伤及加工安全的高端装备智能化控制技术与系统”（2012BAF08B01）等项目的资助下完成的。在此感谢这些项目的资助。
　　本书是作者在机床动力学研究方面的一家之言，目的是为机床动力学快速准确地建模提供基础数据和基本方法，难免挂一而漏万，错误之处在所难免，万望读者及各位专家提出宝贵意见，作者将不胜感谢。

《数控加工技术与实践》 本书聚焦于现代数控（CNC）加工的核心技术及其在实际生产中的应用。本书系统阐述了数控加工的基本原理，深入剖析了数控机床的结构组成、工作方式以及关键部件的功能。从刀具路径的规划与优化，到各种复杂零件的加工策略，本书都进行了详尽的讲解，并结合实际案例，提供了丰富的实践指导。 第一部分：数控加工基础理论 本部分将带领读者走进数控加工的世界，从最基础的概念入手，逐步构建起对数控加工的全面认识。 数控加工概述： 介绍数控加工的历史发展、在现代制造业中的重要地位以及其相较于传统加工方式的显著优势，例如更高的精度、效率和灵活性。 数控机床的组成与原理： 详细解析数控机床的四大组成部分：数控系统（CNC）、进给伺服系统、主运动系统和机床本体。重点阐述数控系统如何解读和执行程序指令，以及伺服系统如何实现精确的轴运动控制。 数控坐标系与刀具半径补偿： 讲解数控加工中常用的坐标系（机床坐标系、工件坐标系、刀具坐标系）及其转换关系，这是进行精确加工的基础。深入探讨刀具半径补偿的原理与应用，以确保加工尺寸的准确性。 数控编程基础： 涵盖G代码和M代码的基本语法与常用指令，包括直线、圆弧插补指令，辅助功能指令等。介绍手工编程和CAD/CAM辅助编程的区别与联系，为后续的工艺规划奠定基础。 第二部分：数控加工工艺与编程实践 本部分将理论与实践相结合，重点讲解数控加工的工艺流程、刀具选择、切削参数设定以及具体零件的数控编程方法。 数控加工工艺规划： 阐述零件图样的分析、加工工序的划分、基准的确定、工装夹具的选择等数控加工工艺设计的基本原则。强调工艺流程的合理性对加工质量和效率的影响。 刀具选择与切削参数设定： 详细介绍各类数控刀具（如面铣刀、立铣刀、钻头、镗刀等）的结构特点、适用范围和选用原则。深入讲解切削速度、进给量、切削深度等关键切削参数对刀具寿命、加工表面质量和加工效率的影响，并提供优化建议。 平面零件的数控铣削编程： 以实例为导向，讲解平面轮廓铣削、等高线铣削、挖槽等常见数控铣削加工的编程技巧。重点突出程序段的编写、尺寸的标注与解读、刀具路径的优化。 三维曲面零件的数控加工编程： 介绍曲面加工的基本概念，如曲面类型、加工方法（如平行铣、辐射铣、曲面扫描等）。讲解在CAD/CAM软件中进行曲面建模、刀具路径生成和后处理的过程，重点关注复杂曲面的加工效率与质量。 数控车削加工编程： 讲解数控车床的基本结构，直线切削、圆弧切削、螺纹切削等车削加工指令的应用。展示外圆、内孔、端面、锥面、螺纹等零件的数控车削编程实例。 钻削、攻丝与镗削加工编程： 介绍数控机床上实现钻孔、攻螺纹、镗孔等工序的指令和编程方法，关注循环指令的使用以提高编程效率。 第三部分：数控加工质量控制与应用拓展 本部分将目光投向数控加工的质量保证以及在特定领域的应用，旨在提升读者的数控加工整体水平。 数控加工质量控制： 探讨影响数控加工质量的因素，如机床精度、刀具磨损、切削参数、热变形等。介绍测量与检验方法，如三坐标测量机（CMM）的应用，以及如何通过优化工艺参数来提高加工精度和表面质量。 数控机床的维护与保养： 强调定期维护和正确保养对于保障数控机床长期稳定运行的重要性。讲解日常检查、润滑、清洁以及常见故障的判断与排除方法。 先进数控加工技术概览： 简要介绍当前数控加工领域的一些前沿技术，如高速切削、五轴联动加工、智能数控系统、增材制造（3D打印）与减材制造（数控加工）的结合等，为读者拓展视野。 数控加工在不同行业的应用： 展示数控加工在汽车、航空航天、模具制造、医疗器械等关键行业中的广泛应用案例，体现其在现代工业生产中的不可替代性。 本书内容翔实，结构清晰，图文并茂，旨在为数控技术初学者、相关专业学生、一线操作人员以及工艺工程师提供一本系统、实用、易懂的参考书籍。通过阅读本书，读者将能够掌握数控加工的核心技能，提升实际操作能力，并对数控加工技术的发展趋势有更深入的了解。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的评价，可以用“精炼而深刻”来概括。作者在有限的篇幅内，却将机床结合部动力学建模的精髓展现得淋漓尽致。书中对不同建模方法的比较分析，清晰地指出了各种方法的优缺点，以及在何种场景下应该选择哪种方法。例如，作者在讨论有限元法时，不仅强调了其高精度，也指出了其计算量大的缺点，并在后续章节中介绍了如何通过简化模型、模态叠加等方法来提高计算效率。书中对结合部在不同加工过程（如铣削、车削、磨削等）中的动力学响应的分析，也让我对机床的工作原理有了更深的理解。作者通过仿真结果，直观地展示了加工过程中切削力、进给力等对结合部产生的动态载荷，以及这些载荷如何影响加工精度。这对于我理解加工过程中的潜在问题，并采取相应的优化措施，提供了重要的理论依据。总而言之，这本书是一本值得反复阅读、细细品味的经典之作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一大亮点在于其对实际工程问题的深入剖析。作者并没有止步于理论的探讨，而是通过大量的实例，生动地展示了如何运用动力学模型来解决机床设计和制造过程中遇到的实际难题。例如，在讨论结合部阻尼特性时，作者引用了一个实际案例，详细说明了如何通过调整阻尼材料和结构设计，来有效抑制机床在高速运转时产生的振动，从而提高加工表面的光洁度。书中还对不同类型的结合部（如液压导轨、气动导轨等）的动力学特性进行了深入的分析，并给出了相应的建模和控制方法。这对于我这样需要与不同类型机床打交道的工程师来说，提供了非常实用的参考。此外，作者在书中还对如何进行结合部的高精度测量和参数辨识给出了详细的指导，这为提高模型的准确性和可靠性提供了关键的支持。这本书真正做到了理论与实践的完美结合，是一本值得所有从事机床相关领域工作的人员仔细阅读的著作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，在于其将抽象的理论知识转化为实际可行的工程应用。作者在书中对结合部动力学模型的应用，涵盖了从机床设计优化到加工过程监控的各个环节。特别值得称赞的是，作者在书中对结合部建模在提高加工精度方面的作用进行了详细的阐述。例如，通过精确的动力学模型，可以预测结合部在高转速下产生的颤振，并据此调整刀具路径或主轴转速，从而避免加工过程中出现不必要的表面缺陷。书中还讨论了如何利用动力学模型来进行故障诊断，例如，通过监测结合部的振动信号，并将其与模型的预测结果进行对比，可以有效地判断结合部是否存在磨损、松动等问题，并及时进行维修。这种将理论研究与工程实践紧密结合的方式，使得这本书不仅具有学术价值，更具有极高的实用价值。对于我这样希望将最新的理论研究成果应用于实际生产的工程师来说，这本书无疑是一本不可多得的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最深刻印象是其前瞻性和系统性。作者不仅关注了传统的机床结合部动力学研究，更是将目光投向了数字制造的未来。书中关于结合部在智能制造中的作用的探讨，让我看到了人工智能、大数据等技术如何与传统的机械工程相结合，共同推动机床技术的进步。例如，作者在书中提出了利用机床结合部的实时动力学数据，结合机器学习算法，实现预测性维护和自适应控制的设想。这一设想，虽然在一些前沿领域已经有所实践，但作者将其系统地融入到本书的框架中，并给出了理论上的可能性和初步的实现路径，这无疑极大地拓宽了我的视野。书中对不同类型结合部（例如，滚动导轨、直线导轨、滑动导轨等）的建模差异和应用场景的分析，也做得十分到位。作者不仅讨论了每种结合部的基本工作原理，更深入分析了其在不同工况下的动力学特性，以及如何通过动力学模型来优化设计，提高加工精度和效率。对于我这样希望在机床设计领域深耕的研究者来说，这本书提供了一个极其宝贵的参考框架，让我能够站在更高的角度去审视和理解机床的核心技术。

评分☆☆☆☆☆

这本书的“数字制造科学与技术前沿研究丛书”的定位，在我看来是恰如其分的。它所涵盖的内容，确实代表了当前机床动力学领域的前沿研究方向。作者对基于模型预测控制（MPC）在机床结合部控制中的应用进行了探讨，这让我看到了未来机床智能化发展的方向。MPC技术可以根据结合部的实时动力学模型，预测未来的系统状态，并据此调整控制信号，以达到最优的控制效果。这对于提高加工精度、降低能耗以及实现更高级别的自动化生产，都具有重要的意义。书中还对机器学习在结合部建模中的应用进行了初步的介绍，例如，利用神经网络来构建非线性动力学模型，或者利用支持向量机来识别结合部的故障模式。这些内容，虽然还在不断发展中，但作者的引入，为我们指明了未来研究的方向。总而言之，这本书是一本集理论深度、技术前沿和工程实践于一体的优秀著作。

评分☆☆☆☆☆

从阅读体验上来说，这本书的逻辑结构非常清晰，层次分明。作者从机床结合部的基本概念出发，逐步深入到复杂的动力学建模和应用。书中对结合部材料特性、表面形貌以及润滑状态对动力学行为影响的分析，为我提供了更全面的视角。作者在阐述这些内容时，总是能够引用大量的实验数据和研究成果，这使得书中的结论更具说服力。令人印象深刻的是，书中关于结合部滞后现象的讨论，作者不仅深入分析了滞后产生的原因，还探讨了如何通过改进设计和材料来减小滞后，从而提高机床的定位精度和重复定位精度。此外，书中对结合部热效应的建模和分析，也让我认识到温度变化对机床性能的潜在影响，并为我提供了相应的控制策略。这本书让我认识到，机床结合部虽然看似是微小的组成部分，但其动力学特性却是决定机床整体性能的关键。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我仿佛经历了一场关于机床结合部从“静态”到“动态”的深刻认知飞跃。作者以一种极其细致入微的笔触，剖析了结合部在运动过程中所产生的各种复杂力学现象。书中对静态刚度、动态刚度、阻尼特性以及迟滞等关键参数的详细建模和分析，让我清晰地认识到这些参数对机床整体性能的决定性影响。特别是在讨论阻尼特性时，作者不仅介绍了传统的阻尼模型，还探讨了如何通过材料选择、结构设计以及主动控制等手段来提升结合部的阻尼性能，从而有效地抑制振动，提高加工表面的光洁度和尺寸精度。书中大量的图表和仿真结果，形象地展示了不同工况下结合部的受力状态和动力学响应，这对于我理解抽象的力学概念起到了巨大的帮助。作者在分析过程中，还穿插了对实际机床案例的研究，通过这些案例，我能够更直观地感受到理论模型在解决实际工程问题中的强大威力。这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一本关于如何“听懂”机床“语言”的指南，让我能够更深入地理解机床的“言外之意”。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于我这样长期在机床研发一线工作的工程师来说，无疑是一份极其珍贵的精神食粮。作者在书中对结合部动力学建模的深入研究，不仅提供了扎实的理论基础，更重要的是，提供了大量可借鉴的工程实践方法。例如，在关于接触非线性建模的部分，作者详细介绍了多种接触模型（如Hertz接触模型、Coulomb摩擦模型等）的适用范围和局限性，并给出了在不同精度要求和计算资源限制下选择合适模型的建议。这对于我在实际建模过程中，如何平衡模型精度和计算效率，提供了一个非常实用的指导。书中对结合部参数辨识的讨论，也让我受益匪浅。作者不仅介绍了常用的辨识方法（如最小二乘法、最大似然法等），还深入分析了如何处理实验数据中的噪声和不确定性，以获得更可靠的参数。这本书的出版，无疑为机床动力学领域的研究人员和工程师提供了一个高质量的参考平台，让我们可以更有效地进行机床的设计、优化和故障诊断。

评分☆☆☆☆☆

这是一本引人入胜的书，它不仅仅是关于机床结合部的动力学建模，更是对整个数字制造领域前沿的深刻探索。作者以一种极其严谨的学术态度，结合了深厚的理论基础和丰富的实践经验，为我们展现了机床结合部在现代工业生产中的核心地位。从最初的几何形态分析，到复杂的力学交互，再到最终的动力学行为预测，每一个环节都被抽丝剥茧般地剖析。书中对各种建模方法的介绍，例如有限元法（FEM）、多体动力学（MBD）以及更先进的基于机器学习的建模技术，都详略得当，既有理论推导的严谨，又不乏对实际应用场景的考量。特别值得称赞的是，作者并没有停留在理论层面，而是深入探讨了这些模型在实际机床设计、优化和故障诊断中的具体应用。例如，如何通过动力学模型来预测结合部在高负载、高速运转时的变形和振动，从而改进加工精度和效率；又或者如何利用模型来模拟不同润滑条件、表面粗糙度对结合部性能的影响，为材料选择和表面处理提供科学依据。书中对仿真结果的分析和验证部分，也极具参考价值，作者通过与实验数据的对比，充分证明了模型的有效性和可靠性，这对于读者来说是极大的信心增强。总而言之，这本书为我打开了一扇理解机床核心技术的新窗口，让我对“数字制造”这个宏大的概念有了更具体的认识。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书的内容远远超出了我最初的预期。原以为它会是一本偏重理论推导的枯燥读物，但事实并非如此。作者巧妙地将复杂的动力学原理与生动的工程实践相结合，使得整本书读起来既有深度又不失趣味。书中关于结合部建模的章节，详细阐述了从宏观到微观的多种分析尺度，从接触力学到摩擦学，再到热-力耦合效应，几乎涵盖了影响结合部行为的所有关键因素。令人印象深刻的是，作者并没有仅仅罗列模型，而是深入分析了不同模型在处理不同类型结合部（如导轨、主轴轴承、液压伺服机构等）时的优劣势，并给出了选择和构建合适模型的指导性建议。对于我这种在实际工作中经常需要与机床打交道的人来说，这部分的价值是难以估量的。此外，书中关于模型验证和参数辨识的章节，也提供了非常实用的方法和技巧。如何有效地从实验数据中提取关键参数，并用以校准模型，以获得更精确的预测结果，这对于提高机床的性能和可靠性至关重要。作者在这一部分的论述，清晰明了，并且提供了多个案例分析，让我能够更好地理解这些抽象的概念。这本书的出版，无疑为机床动力学领域的研究和工程应用注入了新的活力。