智能制造装备创新设计前言前言
第1章绪论1
1.1数控机床及制造业的发展1
1.1.1数控机床的产生和发展1
1.1.2我国数控机床及制造业的发展5
1.1.3智能制造及其背景6
1.2数控机床设计面临的挑战8
1.2.1高端数控机床的关键技术8
1.2.2数控机床设计面临的挑战9
1.3数字化设计与制造10
1.3.1数字化设计技术10
1.3.2数字化制造技术11
1.3.3数字化管理技术12
本章习题12
第2章数字孪生技术13
2.1数字孪生概述13
2.1.1数字孪生及其发展13
2.1.2几个重要的关系15
2.1.3数字孪生的应用领域17
2.1.4数字孪生带来的变化22
2.2工业互联网及数据采集22
2.2.1工业互联网22
2.2.2工业互联网在制造业的应用24
2.2.3工业互联网为数字孪生技术
使能25
2.2.4数据采集和传输25
2.3数字孪生与数控机床设计27
2.3.1数控机床的数字化设计27
2.3.2数控机床的虚拟调试29
2.3.3数控机床数字孪生技术的优势33
2.4数字孪生与数控机床应用34
2.4.1产品设计阶段35
2.4.2生产规划阶段35
2.4.3生产执行阶段37
2.4.4生产服务阶段39
项目1初识数字孪生技术40
本章习题44
第3章数控机床设计理论与方法46
3.1数控机床设计的基本理论与方法46
3.1.1数控机床的设计要求46
3.1.2数控机床的设计方法47
3.1.3数控机床的设计思想47
3.1.4数控机床设计的新视角 48
3.1.5数控机床设计的新方法49
3.2TRIZ理论与创新方法51
3.2.1TＲIZ理论的组成51
3.2.2TＲIZ解决问题的流程54
3.2.3TRIZ在设计制造领域的应用55
3.3数字孪生驱动的创新设计57
3.3.1数字孪生与创新设计57
3.3.2数字孪生驱动的创新设计流程57
3.3.3主要的相关技术59
3.3.4应用案例62
项目2基于TRIZ理论的创新方案设计63
本章习题68
第4章数控机床结构设计69
4.1数控机床结构设计概述69
4.1.1数控机床结构概述69
4.1.2机床设计的基本概念71
4.1.3结构设计的原则73
4.1.4结构设计的方法74
4.2数控机床结构的总体设计78
4.2.1总体结构方案设计78
4.2.2结构件的材料81
4.2.3数控机床的基础结构件83
4.3数控机床主运动系统机械结构88
4.3.1主运动系统概述88
4.3.2拟定驱动方案90
4.3.3主传动方式92
4.3.4主轴部件93
4.3.5主轴电动机100
4.3.6具有数控回转轴的主轴头103
4.4数控机床进给运动系统机械结构104
4.4.1进给运动系统概述104
4.4.2进给运动系统的设计方案拟定107
4.4.3滚珠丝杠螺母副107
4.4.4交流永磁同步伺服电动机110
4.4.5直接进给驱动系统113
4.5数控机床辅助功能系统114
4.5.1自动换刀装置114
4.5.2液压和气动系统117
4.5.3排屑装置118
项目3数控机床功能部件的设计118
本章习题120
智能制造装备创新设计目录第5章数控机床电气控制系统设计122
5.1机床电气控制系统设计概述122
5.1.1机床电气控制技术的发展122
5.1.2数控机床电气控制系统的组成123
5.1.3数控机床电气控制系统设计124
5.2机床的数控装置127
5.2.1计算机数字控制技术127
5.2.2数控装置的组成及接口129
5.2.3数控装置的信息流程131
5.3数控机床的伺服驱动系统133
5.3.1数控机床伺服驱动系统概述133
5.3.2数控机床的调速控制135
5.3.3数控机床的位置控制140
5.4数控机床的PLC控制146
5.4.1数控系统中的PLC146
5.4.2PLC 的输入输出信号147
5.4.3PLC典型控制功能设计147
5.5数控机床电气控制线路152
5.5.1电气控制系统的组成152
5.5.2主电路及电源电路153
5.5.3控制电路156
5.5.4数控装置和伺服装置的连接157
5.5.5PLC输入输出电路158
项目4数控机床的电气设计和调试160
本章习题162
第6章数字孪生驱动的机电一体化
设计163
6.1机电一体化概念设计163
6.1.1机电一体化概念设计的定义164
6.1.2基于模型的机电一体化设计165
6.1.3数字孪生与协同设计166
6.1.4多学科协同设计平台168
6.2数字孪生驱动的机械结构设计168
6.2.1数字孪生驱动的机械结构设计的
优势169
6.2.2数控机床机械结构创新设计的
要求169
6.2.3机械结构设计阶段的虚拟模型170
6.2.4数字孪生驱动的数控机床虚拟
样机172
6.3数字孪生驱动的控制系统设计174
6.3.1控制系统建模174
6.3.2数控机床的机电耦合模型175
6.3.3数字孪生模型的实时更新175
6.4数字孪生在各阶段的应用176
6.4.1在数控机床的设计阶段的应用176
6.4.2在数控机床的运行阶段178
6.4.3在数控机床的维护阶段178
6.5机电一体化设计与虚拟调试案例178
6.5.1机电一体化设计与调试的软硬件
平台179
6.5.2基于NX MCD 的机械建模 180
6.5.3数控系统参数及PLC程序
设计184
6.5.4SIMIT的配置与虚拟调试187
6.5.5数字孪生体与实体的联调191
6.5.6基于数字孪生的协同设计的
优势192
项目5数控机床上下料系统机电一体化
设计与虚拟调试192
本章习题196
第7章数字孪生驱动的数字化生产198
7.1生产规划的数字化198
7.1.1机械加工工艺规划198
7.1.2切削及测量策略的制定201
7.1.3生产资源规划203
7.1.4质量检测控制204
7.1.5基于数字孪生的工艺设计评估207
7.2生产工程数字化208
7.2.1生产作业指导书208
7.2.2生产过程的虚拟仿真210
7.2.3生产过程的质量评价215
7.3生产执行数字化217
7.3.1车间资源及其数字化管理软件217
7.3.2机床管理与AMP系统220
7.3.3NC程序管理223
7.3.4切削刀具管理224
7.3.5产品生产和技术文档数字化227
7.4数控机床服务数字化227
7.4.1数控机床的预防性维护227
7.4.2云平台和机床状态监控229
7.4.3云平台和机床数字化服务230
项目6基于数字孪生的数字化装配工艺
规划与仿真231
本章习题235
附录阿奇舒勒冲突矩阵236
参考文献242