切削振动和加工不稳定性控制--精密微纳加工的时频分析方法/国际电气工程先进技术译丛 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] C.史蒂夫·苏刘孟坤 编

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• 切削振动
• 加工不稳定性
• 精密加工
• 微纳加工
• 时频分析
• 控制技术
• 机械工程
• 制造工程
• 电气工程
• 先进技术

店铺： 木垛图书旗舰店

出版社： 机械工业

ISBN：9787111511489

商品编码：10356379737

开本：16

出版时间：2015-11-01

基本信息

• 商品名称：切削振动和加工不稳定性控制--精密微纳加工的时频分析方法/国际电气工程先进技术译丛
• 作者：(美)C.史蒂夫·苏//刘孟坤|译者:郭新华
• 定价：59.8
• 出版社：机械工业
• ISBN号：9787111511489

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2015-11-01
• 印刷时间：2015-11-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：16开
• 包装：平装
• 页数：211
• 字数：312千字

内容提要

精密微纳加工是一门多学科综合的**技术，要 求具有高精度、高稳定性和高自动化。在精密加工制 造过程中，切削的不稳定性控制和发展无颤振机床是 两个重要的内容。
     C.史蒂夫·苏、刘孟坤编著的《切削振动和加工 不稳定性控制--精密微纳加工的时频分析方法》介绍 了切削动力学和不稳定加工的主要特点，引入了切削 振动和加工不稳定控制应用到的基本物理原理，在此 基础上重点介绍了自适应滤波器和滤波-x LMS算法、 时频分析方法、小波滤波器组原理和应用、动态不稳 定性的暂态特性和频谱特性、动态不稳定性的同步时 频域控制、高速下不稳定铣削和振动的时频控制、不 稳定微铣削的多维时频控制以及摩擦诱发的不稳定性 的时频控制和同步时频域内的混沌同步等内容。
     本书将精密加工技术与系统论、方法论、计算机 技术、信息技术、传感器技术、数字控制技术相结合 ，形成了精密微纳加工中切削振动和加工不稳定的创 新型控制算法，相应结果通过MATLAB语言和simulink 仿真工具进行验证，可以使读者快速了解和掌握。
     本书目标读者群体广泛，适合机械制造及其自动 化、控制理论与控制工程、电气工程等专业的研究生 阅读参考，特别适合从事精密微纳加工的工程专业人 士阅读使用，对于从事非线性动力学和非线性控制领 域的专业研究人士也具有重要的参考价值。
    

目录

译者序
原书前言
**章 切削动力学和不稳定加工
1.1 车削工序的不稳定
1.2 切削的稳定性
1.3 稳定与不稳定的界限
1.4 精细切削的稳定性
1.5 小结
参考文献
第2章 基本的物理原理
2.1 欧几里得矢量
2.2 线性空间
2.3 矩阵
2.4 离散函数
2.4.1 卷积和滤波运算
2.4.2 抽样定理
2.4.3 z变换
2.5 动态响应的特征工具
2.5.1 傅里叶分析
2.5.2 小波分析
参考文献
第3章 自适应滤波器和滤波-x LMS算法
3.1 离散时间FIR维纳滤波器
3.1.1 性能检测
3.1.2 性能函数的优化
3.2 梯度下降优化法
3.3 *小均方算法
3.4 滤波.x LMS算法
参考文献
第4章 时频分析
4.1 时间和频率的对应关系
4.2 时域和频域的分辨率
4.3 不确定原理
4.4 短时傅里叶变换
4.5 时间连续的小波变换
4.6 瞬时频率
4.6.1 基本概念
4.6.2 瞬时频率的误读
4.6.3 多模结构的分解
4.6.4 瞬时频率的示例
4.6.5 非线性响应的特性
参考文献
第5章 小波滤波器组
5.1 小波实例
5.2 多分辨率分析
5.3 离散小波变换和滤波器组
参考文献
第6章 动态不稳定性的暂态特性和频谱特性
6.1 时频域中线性化的含义
6.2 时频域中的混沌路径
6.3 总结
参考文献
第7章 动态不稳定性的同步时频域控制
7.1 混沌路径的性质
7.1.1 稳态和非稳态下Hénon映射的OGY控制
7.1.2 稳态和非稳态下基于李雅普诺夫控制的杜芬振子
7.2 混沌控制的特性
7.3 混沌控制的有效性
参考文献
第8章 高速下不稳定铣削和振动的时频控制
8.1 铣削控制问题
8.2 高速低浸没铣削模型
8.3 混沌路径和铣削不稳定性
8.4 铣削不稳定控制
8.5 小结
参考文献
第9章 不稳定微铣削的多维时频控制
9.1 微铣削控制问题
9.2 非线性微铣削模型
9.3 多变量微铣削的不稳定控制
9.4 微铣削的不稳定控制
9.5 小结
参考文献
**0章 摩擦诱发的不稳定性的时频控制
10.1 摩擦诱发的振动控制问题
10.2 连续旋转盘圆盘模式
10.3 摩擦诱发的动态振动
10.4 摩擦诱发的不稳定控制
10.5 小结
参考文献
**1章 同步时频域内的混沌同步
11.1 混沌同步
11.2 非自控的混沌系统的动力学
11.3 同步方案
11.4 混沌控制
11.4.1 方案1
11.4.2 方案2
11.5 小结
参考文献
附录 非线性时频控制的MATLAB编程实例

《精密微纳加工中的振动与不稳定性控制：时频分析的深度探索》 书籍简介 在追求极致尺寸精度和表面质量的精密微纳加工领域，材料去除过程中产生的微观振动和加工不稳定性是制约性能提升的瓶颈。本书深入剖析了切削振动产生的根源，揭示了其与加工不稳定性之间的内在联系，并系统阐述了如何利用前沿的时频分析方法来精确理解、预测和有效控制这些复杂现象，从而实现精密微纳加工的飞跃式进步。本书旨在为从事微纳制造、精密工程、机械设计、材料加工等领域的科研人员、工程师以及高等院校师生提供一份全面而深入的理论指导和实践参考。 核心内容概述 本书将从宏观到微观，由表及里，层层递进地展开对精密微纳加工中振动与不稳定性控制的探讨。 第一部分：精密微纳加工的挑战与基础 微纳加工技术的现状与发展趋势： 详细介绍当前主流的精密微纳加工技术，如微米车削、微米铣削、超精密磨削、激光微加工、电子束加工等，分析其在航空航航天、生物医药、微电子、光学器件等领域的关键应用。探讨行业面临的精度提升、效率优化、成本控制等方面的挑战。 切削过程的物理机理： 深入解析在微观尺度下，刀具与工件之间的材料去除过程。详细阐述切削力、切削热、刀具磨损、切屑形成等基本要素如何与微观几何形状和材料特性相互作用，为后续的振动分析奠定基础。 加工不稳定性及其危害： 定义并分类加工不稳定性，包括表面纹理、振动共振、刀具跳动、加工变形等。阐述加工不稳定性对零件精度、表面粗糙度、刀具寿命、设备可靠性以及最终产品性能产生的负面影响，强调控制不稳稳定性对于实现高质量制造的必要性。 第二部分：切削振动的产生机理与建模 微纳切削中的动力学特性： 分析微纳加工系统中，机床、刀具、工件及其夹持装置组成的复合动力学系统的特性。重点研究其固有频率、阻尼比等关键参数，以及这些参数在不同加工条件下的变化规律。 切削力诱发的振动： 详细推导微纳切削过程中的动态切削力模型。阐释切削力的周期性变化、非线性特性以及与刀具几何形状、切削参数、材料弹塑性变形等因素的关系，并分析这些切削力如何通过结构动力学传递，最终转化为刀具和工件的振动。 动态刀具-工件相互作用： 深入研究刀具与工件在微观尺度下的动态接触和分离过程。分析表面形貌、切屑流、润滑油膜等微观因素对动态相互作用的影响，以及这些影响如何引起切削过程的非线性振动。 基于物理机理的振动模型构建： 介绍如何建立考虑了材料去除、刀具磨损、结构动力学等多种因素的微纳切削振动物理模型。探讨不同建模方法的优劣，以及如何根据实际加工需求选择合适的模型。 第三部分：时频分析方法在切削振动分析中的应用 时域分析基础与局限： 回顾传统的时域信号分析方法，如幅值、均方根值、峰值因子等，并分析其在捕捉瞬态振动、识别非线性特性等方面的局限性。 傅里叶变换及其在振动分析中的应用： 详细介绍傅里叶变换（FT）及其快速傅里叶变换（FFT）原理，解释其如何将时域信号分解为不同频率成分。在微纳加工中， FFT可用于识别主导振动频率、判断是否存在共振现象。 短时傅里叶变换（STFT）： 引入短时傅里叶变换，解释其通过加窗技术在时域和频域之间进行折衷，从而实现对时变信号的分析。阐述STFT如何揭示切削振动频率随时间的演变，例如在加工过程中，由于刀具磨损或切屑堆积导致振动频率的变化。 小波变换（Wavelet Transform）： 深入讲解小波变换的原理，强调其在处理非平稳信号、捕捉瞬态特征和局部细节方面的优势。重点介绍不同类型的小波基函数（如Haar, Daubechies, Morlet等）在识别微观振动模态、检测微小缺陷等方面的应用。 其他先进时频分析方法： 介绍并讨论其他适用于精密微纳加工振动分析的先进技术，如希尔伯特-黄变换（HHT）及其经验模态分解（EMD）/集合经验模态分解（EEMD）方法，用于分解复杂信号为若干固有模态函数（IMF），从而提取出信号的内在特征。同时，还将涉及谱估计方法（如Welch法、AR模型谱估计）在提高频率分辨率方面的应用。 时频分析结果的解释与判读： 提供详细的指导，帮助读者如何从时频图中识别关键信息，如主导振动模式、共振频率、非线性成分、瞬态事件等。结合具体的微纳加工实例，展示时频分析在诊断加工故障、评估加工质量方面的有效性。 第四部分：加工不稳定性控制策略与时频分析的协同 基于时频分析的加工不稳定性诊断： 阐述如何利用时频分析技术，实时监测切削振动信号，并根据信号的特征变化（如频率偏移、幅值突增、特定模态的激活等）来早期诊断加工不稳稳定性。 主动控制方法： 刀具路径优化与补偿： 基于对切削动力学和振动特性的理解，介绍如何通过调整刀具运动轨迹，避开不稳定性发生区域。 主动阻尼与反馈控制： 探讨利用主动阻尼器、压电陶瓷执行器等设备，实时检测振动并产生反向激励，从而抑制不稳定性。时频分析在此类控制系统中可作为关键的传感器信号处理与反馈信号生成依据。 切削参数自适应调整： 结合在线时频分析结果，开发能够根据加工状态实时调整切削速度、进给量、切削深度等参数的智能控制系统，以规避不稳定性。 被动控制方法： 结构减振与吸振设计： 探讨通过优化机床结构、采用吸振材料、增加阻尼结构等方式，从源头减少振动的产生和传递。 刀具与夹具优化： 分析刀具材料、几何形状、磨损状态以及工件夹持刚度对加工稳定性的影响，并提出优化设计建议。 机器学习与深度学习在不稳定性预测与控制中的应用： 介绍如何结合时频分析提取的特征，利用机器学习和深度学习模型来预测加工不稳定性，并为主动控制提供决策支持。例如，利用CNN或RNN模型对时频图进行分析，预测潜在的不稳定性模式。 案例研究与实践应用： 通过具体的微纳加工实例，如微米螺纹加工、微孔阵列制造、超精密曲面加工等，展示如何综合运用时频分析和控制策略来解决实际生产中的加工不稳定性问题，并取得显著的性能提升。 结论与展望 本书在系统梳理微纳加工中切削振动与加工不稳定性理论的基础上，着重介绍了时频分析方法在诊断、预测和控制这些复杂现象中的强大威力。未来，随着计算能力的提升和传感器技术的进步，更加精细化、智能化的振动与不稳定性控制将成为可能。本书的深度研究将为推动精密微纳加工技术迈向更高水平提供坚实的理论基础和实践指引，为实现更具挑战性的微纳制造任务铺平道路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容非常扎实，而且切入点非常独特。我一直认为，理解“切削振动”的关键在于要能够同时把握它在时间和频率上的变化规律，而这本书恰恰围绕“时频分析”展开，给了我一个全新的视角。我之前接触过一些关于切削振动的书籍，但要么侧重于理论推导，要么过于偏重实验数据，很少能像这本书这样，将理论、方法和应用融为一体，并清晰地阐述“时频分析”在其中的核心作用。书中关于如何通过时频分析来辨别不同频率的振动源，比如刀具本身的振动、工件的固有振动、机床结构的振动等，以及如何区分它们的贡献，这一点对于精确控制加工过程至关重要。我尤其欣赏书中对“瞬态信号”在时频域的分析。在高速切削过程中，很多不利的振动都是短暂出现的，传统的方法很难捕捉到。而时频分析，特别是小波变换，能够精确地捕捉这些瞬态信号，并分析其在时域和频域的特征，从而为我们提供有效的控制依据。这本书的语言风格也比较严谨，但又不失学术的严谨性和工程的实用性，对于我这样的从业人员来说，既能学到扎实的理论，又能获得直接可操作的指导。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是当前市场上关于精密微纳加工领域最前沿、最有深度的一部著作。作为一名在该领域耕耘多年的研究者，我深知要实现纳米级别的加工精度，就必须对切削过程中产生的微小振动进行精细的控制。而这本书，正是抓住了“时频分析”这一关键技术，为我们提供了一套系统而完整的解决方案。我之前尝试过很多传统的时间域分析方法，但往往受限于其对瞬态信号的捕捉能力，难以揭示振动信号在不同频率上的动态变化。而本书引入的短时傅里叶变换、小波变换等时频分析技术，能够将信号在时间和频率上同时进行分解，从而获得更丰富、更深入的信息。我特别欣赏书中关于不同类型的加工不稳定性，例如“动态不稳定性”和“静态不稳定性”在时频域的特征表现。这些区分对于我们准确诊断问题根源，并采取针对性的控制策略至关重要。书中还详细介绍了如何利用这些信息来优化加工参数，如进给量、切削速度、刀具几何形状等，以达到抑制振动、提高加工稳定性的目的。这本书不仅仅是理论的介绍，更重要的是它提供了大量的工程实践案例和数据分析方法，使得读者能够将理论知识直接应用于实际生产中。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是为那些在精密微纳加工领域摸索多年的老兵量身打造的。我记得我刚入行的时候，面对那些细微的加工误差和意想不到的振动，真是束手无策。查阅了大量的资料，但很多都停留在宏观层面，要么理论过于抽象，要么实践指导性不强，总感觉隔靴搔痒。直到我翻开这本书，我才真切地感受到，原来“切削振动”和“加工不稳定性”这两个词背后蕴含着如此深刻的机理，而且这本书竟然能用“时频分析”这样一种强大而精密的工具来剖析它们。我特别欣赏它不仅仅是理论的堆砌，而是将理论与实际的加工场景紧密结合。比如，书中关于如何通过时频分析识别特定频率的振动源，以及如何根据这些源来调整加工参数，这一点对我来说是颠覆性的。我曾经花费了数天时间，用试错法来调整一个难以控制的表面粗糙度问题，现在回想起来，如果当时有这本书的指导，我可能只需要几小时就能找到症结所在。而且，它在“精密微纳加工”这个细分领域的深入探讨，更是让我看到了在纳米尺度上控制振动的可能性，这对于我目前正在进行的一个高精度光学元件加工项目至关重要。这本书就像一位经验丰富的导师，不仅告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“为什么”和“怎么做”，而且它提供的“时频分析方法”本身就是一种强大的思维工具，能够帮助我们更深入地理解和解决加工中的复杂问题。

评分☆☆☆☆☆

对于任何一个在精密制造领域追求极致的用户来说，这本书都是一本必不可少的参考书。它所提供的“时频分析方法”简直是解决精密微纳加工中顽固问题的“神兵利器”。我之前一直被困扰于某个高精度零件加工过程中出现的周期性表面缺陷，尝试了各种方法都收效甚微。翻阅这本书后，我才意识到，原来这些缺陷很可能源于刀具和工件在特定频率上的共振。书中关于如何通过时频分析来识别这种共振频率，并提出相应的抑制方法，对我来说简直是醍醐灌顶。我特别喜欢它将复杂的理论概念以直观的图表和清晰的逻辑流程展现出来，使得即使是初学者也能快速掌握核心要点。书中对不同类型切削振动的分类，以及它们在时频域的典型表现，也帮助我建立了一个清晰的认知框架。我尤其对书中关于“加工窗口”的概念印象深刻，它形象地描绘了在时频域中存在一个稳定的加工区域，只要我们的加工参数在这个区域内，就能获得高质量的加工结果。这本书不仅解决了我的实际技术难题，更重要的是，它培养了我一种更加系统化、精细化的思考方式，让我能够从更深层次理解和解决加工中的各种挑战。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在精密加工领域摸爬滚打多年的技术人员，我深深体会到，想要实现高精度的加工，就必须深入理解并控制那些微小的、看似不起眼的振动。而这本书，恰恰为我们提供了一套极其强大和有效的解决方案——“时频分析”。我之前接触过很多关于振动控制的书籍，但都难以深入到“时频”这个层面，无法清晰地捕捉到振动信号在不同时间段内的频率变化。这本书的出现，就像打开了一扇全新的大门。我尤其欣赏书中关于如何通过时频分析来识别不同类型的切削振动，以及它们与加工不稳定性之间的内在联系。那些复杂的数学公式和理论，在书中被巧妙地通过图示和实例进行了生动的解读，使得我能够轻松地理解和掌握。书中关于如何利用时频分析来预测和抑制加工过程中出现的瞬态振动，以及如何通过调整加工参数来规避不稳定的加工区域，对我正在进行的一个高精度传感器加工项目，提供了非常宝贵的技术指导。这本书不仅教会了我一种分析工具，更重要的是，它培养了我一种更加精细化、系统化的加工思维。

评分☆☆☆☆☆

我一直对“加工不稳定性”这种现象感到非常头疼，它就像一个潜伏的“幽灵”，随时可能出现，毁掉整个加工过程。这本书通过“时频分析”这样一个视角，让我看到了理解和控制它的可能性。我特别喜欢书中关于如何将复杂的时域信号通过傅里叶变换、小波变换等方法映射到时频域，从而清晰地展现振动信号的能量分布和演变规律。这使得原本模糊不清的振动现象变得可视化，也更容易被分析和理解。书中关于如何识别不同类型的加工不稳定性，比如它们在时频域的独特“指纹”，这一点让我受益匪浅。我曾经花费大量的时间试图通过调整参数来避免不稳定性，但往往收效甚微。而这本书提供了基于时频分析的诊断方法，让我们能够更精准地找到问题的根源，从而采取更有效的解决措施。书中关于如何利用时频分析来优化刀具的几何形状、切削参数，甚至机床的结构设计，都充满了前瞻性的技术思想和实际操作指导。这不仅仅是一本技术手册，更是一本帮助我们提升加工“直觉”和“洞察力”的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

我之前在精密机械加工行业工作多年，一直被困扰于如何精确地控制加工过程中的微小振动，以达到纳米级的加工精度。很多理论和方法都显得过于笼统，无法针对具体的振动问题提供有效的解决方案。直到我读到这本书，我才发现“时频分析”竟然是如此强大的工具，能够如此清晰地揭示切削振动和加工不稳定的内在机理。书中关于如何通过时频域的特征来区分不同类型的加工不稳定性，例如颤振、切削层裂等，并且能够预测其发生的条件，这一点对我来说是颠覆性的。我印象深刻的是书中关于如何利用时频分析来优化刀具的设计和选型，以及如何根据实时的振动信号反馈来调整加工参数，从而实现闭环控制。这些内容都充满了前沿的技术思想和实用的工程经验。我感觉这本书就像一位经验丰富的老工程师，用最先进的工具，将最复杂的加工难题剖析得明明白白。它不仅仅是一本技术书籍，更是一种解决问题的思维方式，一种能够让我们在微观世界中精确把握宏观结果的智慧。

评分☆☆☆☆☆

我一直对“加工不稳定性”这个概念感到非常困惑，总觉得它是一种难以捉摸、难以预测的现象，常常在加工过程中突然出现，导致产品报废，但又找不到根本原因。看了这本书之后，我才恍然大悟。它不仅仅是在描述不稳定性，而是通过“时频分析”这个强大的工具，将不稳定性背后的机理揭示得淋漓尽致。书中对于切削振动与加工不稳定性之间的相互作用，以及如何通过时频域的特征来预测和控制不稳定性，有着非常详尽的阐述。我特别喜欢书中关于“增益”和“相位”在时频域的响应分析，这帮助我理解了为什么在某些参数下加工会变得不稳定，而在另一些参数下则能获得稳定的切削过程。那些复杂的数学模型和公式，在书中被巧妙地通过图表和流程图进行了可视化，使得我这个非数学专业出身的工程师也能轻松理解。其中关于如何利用时频分析来优化刀具路径，减少刀具与工件之间的共振，以及如何设计主动或被动振动抑制系统，这些章节对于我正在负责的数控机床升级项目来说，具有极高的参考价值。我感觉这本书就像一本“加工黑匣子”的解码手册，让我能够真正地看透那些看似随机的加工问题，并找到行之有效的解决方案。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书给我的震撼远不止于技术层面的提升，它更像是一场思维的洗礼。作为一名在实验室里研究了近十年材料加工的学者，我常常沉浸在理论模型的推导和实验数据的分析中，但总觉得缺乏一种能够将时间和频率这两个看似独立的维度融会贯通的视角。而这本书，正是以“时频分析”为核心，像一把锋利的解剖刀，将复杂的切削振动过程分解成一系列在时间和频率域上都可以被观察和控制的现象。我尤其对书中关于瞬时频率和瞬时幅度的概念印象深刻。在传统的傅里叶变换中，我们只能看到一个整体的频谱，却难以区分不同时间段内的频率变化。但这本书通过引入更先进的时频分析技术，比如小波变换，能够清晰地展示振动信号在不同加工阶段的演变规律。这对于我们理解加工过程中的动态特性，特别是那些短暂出现的、但对加工精度影响极大的瞬态振动，提供了前所未有的洞察力。书中通过大量的图示和实例，将抽象的数学原理转化为了直观的工程应用。我记得其中一个关于如何利用时频分析识别刀具磨损引起的周期性振动，并将其与材料本身的固有频率区分开来的例子，简直是妙笔生花，瞬间就解决了困扰我很久的一个问题。这本书不仅教会了我一种新的分析工具，更重要的是，它教会了我一种看待加工过程的全新方式，一种能够深入本质、抓住关键的思维模式。

评分☆☆☆☆☆

对于任何一个在精密微纳加工领域辛勤耕耘的研究者或工程师而言，这本书都像是一盏指引方向的明灯。我之所以这么说，是因为它不仅揭示了“切削振动”和“加工不稳定性”这些复杂现象的本质，更重要的是，它提供了一种全新的、极其强大的分析工具——“时频分析”。我曾经在很多文献中看到过对这些问题的讨论，但大多停留在定性描述或者宏观的定量的分析。而这本书，通过深入浅出的讲解，将“时频分析”这种先进的数学工具巧妙地融入到加工领域的实践中，使我们能够以前所未有的精度来理解和控制加工过程。我特别欣赏书中对于“瞬时频率”和“瞬时相位”的引入，以及它们如何反映切削过程中动态的变化。这使得我们可以精确地定位振动发生的时间和频率，从而采取有针对性的干预措施。书中关于如何通过时频分析来诊断和抑制加工不稳定的具体案例，比如如何分析刀具磨损、工件变形等对振动的影响，对我日常的工作有着极高的指导意义。这本书不仅教授了我们一种技术，更重要的是，它帮助我们建立了一种全新的、更深刻的、更精确的加工思维方式。