面向零件加工工藝的數控機床設計原理/高性能數控機床理論基礎與關鍵技術叢書

作者：劉強|責編:李萬宇//王彥青
出版社：機械工業
ISBN：9787111804284

出版日期：2026/04/01
裝幀：平裝
頁數：319

人民幣：RMB 149 元售價：元

內容大鋼

本書首先介紹了數控加工技術面臨的新需求和新挑戰，以及數控機床的發展歷程和發展趨勢；隨後針對航空航天、汽車和模具等領域應用，對典型零部件的材料、結構及工藝特點進行了深入分析，闡述了基於典型零件加工工藝分析的數控機床正向設計原理和方法，討論了數控機床結構新特點和創新設計技術；進一步討論了基於工藝參數的進給驅動系統設計方案、基本參數計算和機電耦合動態性能評估方法，對考慮零件加工工藝的主軸選擇與配置、主軸的基本結構及設計要點等內容進行了詳細討論；書中還探討了數控機床智能化的發展過程、關鍵技術和功能實現，以及機床與加工過程數字孿生等。本書從滿足零件加工工藝需求出發，將高性能數控機床的分析、設計、計算和優化等新原理和新技術，結合應用場景和實際案例，以新的視角呈現給讀者。書中的原理、模型、演算法融入實際案例中，且圖文並茂。
本書的主要讀者對象為先進位造領域從事數控機床設計製造的工程技術人員、數控加工編程和工藝技術人員等，也可作為機械工程、智能製造工程、工業工程和自動化等專業方向的高年級本科生和研究生的學習參考書。

作者介紹

劉強|責編:李萬宇//王彥青
劉強，男，1963年3月生於湖南耒陽，現任北京航空航天大學二級教授/長聘教授、北京航空航天大學江西研究院首席科學家。1983年獲中南礦冶學院工學學士，1989年獲北京航空航天大學工學碩士，1996－1998年留學加拿大英屬哥倫比亞大學，2000年獲北京航空航天大學工學博士。歷任北京航空航天大學機械工程及自動化學院院長、北京航空航天大學江西研究院院長和高效數控加工技術創新中心主任等職。兼任（或曾兼任）全國數控系統技術標委會副主任委員、《機械工程學報》編委、國家智能製造專家委員會成員、「863計劃」先進位造技術主題專家、高檔數控機床與基礎製造裝備重大科技專項監督評估組專家、中國機械工程學會機械工業自動化分會主任委員等。主要研究方向為智能加工與先進數控技術。主持包括國家重大專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金重大/面上項目等項目(課題)30余項，出版著作4部，發表論文160余篇，獲專利和軟體著作權70余項，培養博士/碩士研究生100余名。獲中國機械工業科學技術獎特等獎/一等獎、江西省科學技術獎一等獎、國防科學技術獎二等獎、機械工業科技創新領軍人才、泰山學者/泰山產業領軍人才、北京市優秀教師等。

前言
第1章  緒論
  1.1  數控加工及其特點
    1.1.1  數控機床與數控加工
    1.1.2  數控加工的特點
    1.1.3  數控加工的應用
  1.2  數控加工技術面臨的新需求和新挑戰
    1.2.1  新/難加工材料的加工
    1.2.2  複雜整體結構零件的加工
    1.2.3  加工質量要求
    1.2.4  綠色製造和加工能效優化
    1.2.5  智能化發展需求
  1.3  數控機床的發展歷程
    1.3.1  工業化進程和機床進化史
    1.3.2  數控機床關鍵和核心技術的演進
      1.3.2.1  數控機床結構的演進
      1.3.2.2  主軸和進給伺服驅動技術的演進
      1.3.2.3  數控裝置的演進
      1.3.2.4  多軸聯動與軌跡插補技術
      1.3.2.5  加工效率和加工精度的進展
    1.3.3  我國數控機床的發展概況
      1.3.3.1  機床工業的萌芽
      1.3.3.2  機床工業奠基和大規模建設
      1.3.3.3  數控機床初始發展階段——相對封閉的技術研發
      1.3.3.4  持續攻關和產業化發展階段——初步建立產業體系並推進產業化
      1.3.3.5  高速發展和轉型升級階段——數控技術快速普及和產品升級換代
  1.4  數控機床的發展趨勢
    1.4.1  技術需求視角
    1.4.2  技術趨勢視角
    1.4.3  產業周期視角
    1.4.4  工業革命視角
第2章  典型零件工藝分析與機床正向設計方法
  2.1  數控切削加工工藝及其應用
    2.1.1  數控切削加工工藝
      2.1.1.1  車削加工
      2.1.1.2  銑削加工
      2.1.1.3  磨削加工
      2.1.1.4  齒輪切削加工
      2.1.1.5  鑽削和鏜削加工
      2.1.1.6  複合加工和混合加工
    2.1.2  數控機床及其加工工藝系統
      2.1.2.1  數控機床的基本構成
      2.1.2.2  加工工藝動態系統耦合影響作用
    2.1.3  數控加工的典型應用及其需求
      2.1.3.1  航空航天製造
      2.1.3.2  汽車製造
      2.1.3.3  模具製造
  2.2  數控機床的基本要求和功能需求
    2.2.1  數控機床的基本要求
      2.2.1.1  精度

      2.2.1.2  剛度
      2.2.1.3  熱穩定性
      2.2.1.4  可靠性和精度保持性
      2.2.1.5  雜訊
      2.2.1.6  其他
    2.2.2  數控機床的控制功能
      2.2.2.1  位置伺服控制
      2.2.2.2  主軸控制
      2.2.2.3  邏輯控制
      2.2.2.4  輔助控制
      2.2.2.5  協同操作與控制
    2.2.3  數控系統的基本功能
      2.2.3.1  坐標軸聯動控制功能
      2.2.3.2  軸鎖定和非同步軸功能
      2.2.3.3  存儲、解碼和插補功能
      2.2.3.4  編程指令功能
      2.2.3.5  數據介面和人機交互
      2.2.3.6  機床監測功能
    2.2.4  網路通信功能
    2.2.5  智能化功能
      2.2.5.1  防碰撞和干涉功能
      2.2.5.2  自適應控制功能
      2.2.5.35  軸自動標定/校準/補償功能
      2.2.5.4  主軸監控/診斷功能
      2.2.5.5  振動抑制功能
      2.2.5.6  熱位移控制功能
      2.2.5.7  動態高效/動態高精功能
      2.2.5.8  數字孿生功能
  2.3  數控機床的正向設計原理與方法
    2.3.1  從工藝需求到設計要求的映射
      2.3.1.1  零件幾何尺寸
      2.3.1.2  零件結構形狀
      2.3.1.3  零件精度要求
      2.3.1.4  零件材料狀態
      2.3.1.5  材料去除速率
      2.3.1.6  零件加工批量
      2.3.1.7  綜合加工成本
    2.3.2  數控機床設計的基本原理
      2.3.2.1  數控機床設計新理念
      2.3.2.2  精度設計原理
      2.3.2.3  剛度設計準則
    2.3.3  基於虛擬機床技術的正向設計方法
      2.3.3.1  現代機床設計流程
      2.3.3.2  虛擬機床關鍵技術
第3章  數控機床結構創新設計
  3.1  數控機床結構設計新趨勢
    3.1.1  功能複合化
    3.1.2  進給直驅化
    3.1.3  結構輕量化
    3.1.4  能效最優化

  3.2  數控機床的結構配置
    3.2.1  結構配置的目標和任務
    3.2.2  結構配置的基本要求
    3.2.3  結構配置方案的選擇及評價
      3.2.3.15  軸機床結構配置方案比較
      3.2.3.2  結構配置方案的比較評價
  3.3  數控機床結構設計中的新技術
    3.3.1  新材料應用技術
      3.3.1.1  對材料特性的一般要求
      3.3.1.2  可替代傳統材料的新型先進材料
    3.3.2  重心驅動技術
      3.3.2.1  重心驅動的基本原理
      3.3.2.2  重心驅動的實現
    3.3.3  熱平衡設計技術
    3.3.4  可重構模塊化技術
  3.4  典型數控機床的結構分析
    3.4.1  高精度5軸聯動加工中心
      3.4.1.1  加工零件對象特點及工藝要求
      3.4.1.2  基本結構及設計特點
      3.4.1.3  主軸單元和進給系統
      3.4.1.4  結構設計中的其他考慮
    3.4.2  車銑複合加工中心
      3.4.2.1  工藝需求特點
      3.4.2.2  結構配置特點
      3.4.2.3  結構設計及其模塊化特點
      3.4.2.4  充分考慮能效的冷卻系統設計
    3.4.3  大型龍門式加工中心
      3.4.3.1  結構設計特點
      3.4.3.2  結構模塊化、系列化設計
第4章  數控機床進給驅動系統
  4.1  概述
    4.1.1  進給驅動系統的構成及工作原理
    4.1.2  進給驅動伺服控制及軌跡形成工作原理
    4.1.3  進給驅動系統的技術要求
  4.2  進給驅動系統的主要部件
    4.2.1  導軌副
    4.2.2  直線和迴轉進給傳動機構
    4.2.3  進給驅動常用伺服電動機
  4.3  進給驅動系統設計
    4.3.1  進給驅動系統設計中須考慮的影響因素
      4.3.1.1  與運動學參數相關的因素
      4.3.1.2  與力學/動力學性能相關的因素
      4.3.1.3  與設計製造工藝相關的因素
      4.3.1.4  與使用過程相關的因素
    4.3.2  數控加工工藝對進給驅動系統的要求
      4.3.2.1  零件加工過程的作用力
      4.3.2.2  零件加工過程對速度的要求
    4.3.3  基於工藝參數的進給驅動系統設計方案
    4.3.4  進給驅動系統基本參數計算
      4.3.4.1  設計基本準則和任務

      4.3.4.2  靜態設計計算
      4.3.4.3  動態概略設計
      4.3.4.4  設計計算流程
  4.4  進給驅動系統機電耦合動力學建模及分析
    4.4.1  傳遞函數基本模型
    4.4.2  機電耦合的進給驅動控制系統模型
    4.4.3  基於「電流-速度」模型的進給驅動系統性能評估
第5章  主軸單元
  5.1  面向零件加工工藝的主軸選擇與配置
    5.1.1  主軸發展簡述
      5.1.1.1  主軸類型及其發展過程
      5.1.1.2  主軸配置方式
    5.1.2  不同工件材料的切削速度及主軸特性要求
      5.1.2.1  不同領域數控機床應用對主軸的需求特點
      5.1.2.2  切削速度要求
    5.1.3  不同加工工藝對主軸的要求
      5.1.3.1  車削主軸
      5.1.3.2  銑削主軸
      5.1.3.3  磨削主軸
    5.1.4  切削加工過程穩定性對主軸的要求
      5.1.4.1  主軸動力學特性與穩定性葉瓣圖
      5.1.4.2  主軸動力學特性與切削顫振穩定域的關係
    5.1.5  考慮生產和工藝的主軸特性參數選擇
      5.1.5.1  製造系統需求
      5.1.5.2  零件加工需求
      5.1.5.3  主軸特性及參數選擇
  5.2  主軸的基本結構及設計要點
    5.2.1  主軸電動機
      5.2.1.1  對主軸電動機性能的要求
      5.2.1.2  主軸電動機的特性曲線
      5.2.1.3  主軸電動機基本參數計算選擇
    5.2.2  軸的計算及設計
      5.2.2.1  軸的靜態計算基本模型
      5.2.2.2  軸變形導致的刀尖處撓度δs
      5.2.2.3  軸承變形導致的刀尖處偏移量δb
      5.2.2.4  軸承座變形導致的刀尖處偏移量δh
      5.2.2.5  考慮刀具特性時刀尖處的偏移量計算
    5.2.3  軸承的選擇和計算
      5.2.3.1  主軸軸承的種類及特點
      5.2.3.2  軸承選擇的主要影響因素
      5.2.3.3  軸承壽命計算
    5.2.4  刀柄和拉刀機構
      5.2.4.1  刀柄
      5.2.4.2  拉刀機構
    5.2.5  主軸潤滑
    5.2.6  主軸冷卻系統
    5.2.7  主軸設計和計算實例分析
      5.2.7.1  高性能主軸的模塊化結構設計分析
      5.2.7.2  AC雙擺角銑削主軸頭分析
      5.2.7.3  一個軸的設計計算示例

第6章  面向零件加工過程的機床智能化技術
  6.1  概述
    6.1.1  數控機床的智能化發展
    6.1.2  智能機床概念的演變和發展
    6.1.3  基於智能機床構建的數控加工工藝大閉環
  6.2  機床智能化的關鍵技術
    6.2.1  信息感知技術
      6.2.1.1  感測器
      6.2.1.2  信息感知網路
    6.2.2  互聯介面技術
    6.2.3  建模分析技術
      6.2.3.1  建模分析的意義和作用
      6.2.3.2  數控機床及加工過程模型
      6.2.3.3  常用分析方法
    6.2.4  優化決策技術
    6.2.5  自適應控制技術
      6.2.5.1  經典的自適應控制技術
      6.2.5.2  基於數字孿生的自適應控制技術
  6.3  機床及加工過程智能化功能的實現
    6.3.1  常用的智能化功能
      6.3.1.1  振動抑制
      6.3.1.2  溫度補償
      6.3.1.3  防止碰撞
      6.3.1.4  刀具監測
      6.3.1.5  自動校準
      6.3.1.6  適應切削
      6.3.1.7  預測維護
      6.3.1.8  加工導航
    6.3.2  智能化主軸
      6.3.2.1  智能化主軸的概念
      6.3.2.2  智能化主軸的主要功能和關鍵技術
      6.3.2.3  智能化主軸集成及應用示例
    6.3.3  智能化數控機床典型案例
  6.4  未來機床的發展
    6.4.1  未來智能製造系統
    6.4.2  機床與加工過程數字孿生
      6.4.2.1  M2DT的概念
      6.4.2.2  M2DT的特性
      6.4.2.3  M2DT原型實例開發
    6.4.3  智能控制機床展望
參考文獻

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