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制造自動化 金屬切削力學、機床振動和CNC設計（第二版）英文版 
定 價：198 元 叢書名：國外機械與電子信息教材系列
9 7 3 8 6 7 1 1 1 2 6 1 6 讀者對象:本書適用于高年級本科生和研究生及研發(fā)工程師 
本書重點介紹了金屬切削過程力學、機床動力學及振動、進給驅動設計和控制、CNC設計原理、傳感器輔助加工和數(shù)控編程技術等知識。從切削過程力學的基本原理開始，深度討論了振動及顫振問題；也討論了數(shù)控編程和計算機輔助設計/計算機輔助制造（CAD/CAM）技術。文中還詳細介紹了驅動執(zhí)行機構、反饋傳感器的選擇、進給驅動系統(tǒng)的建模與控制、軌跡實時生成和插補算法的設計、面向數(shù)控系統(tǒng)的誤差分析等。每一章都包括從企業(yè)實際、設計項目和工作問題中篩選的案例。
《制造自動化：金屬切削力學、機床振動和CNC設計（第二版）（英文版）》基于120多篇期刊文章和60多篇反映作者工程、研究和教學經(jīng)驗的研究論文，重點介紹了金屬切削過程力學、機床動力學及振動、進給驅動設計和控制、CNC設計原理、傳感器輔助加工和數(shù)控編程技術等知識。
導 讀
制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，也是我國經(jīng)濟增長的主導部門和經(jīng)濟轉型的基礎。我國正面臨著從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國轉變的關鍵時期，用先進制造技術振興制造業(yè)，提升自主研發(fā)能力，樹立“中國制造”“中國創(chuàng)造”“中國智造”的品牌是迫在眉睫的任務。 切削加工是機械制造中最基本的加工方法之一，利用刀具切除被加工對象上的多余材料，從而得到形狀、精度和表面質(zhì)量都符合預定要求的表面。“工欲善其事，必先利其器”，選擇合理的刀具及切削參數(shù)進行切削加工，是保證加工效率和加工質(zhì)量的重要要素。影響切削加工效率的因素很多，如切削參數(shù)選擇、工藝過程設計、工藝系統(tǒng)設計和生產(chǎn)管理等，但切削參數(shù)的選擇是制約加工效率提高的主要因素。 基于切削加工過程的建模和仿真旨在通過建立適當?shù)哪Ｐ�，通過仿真結果來研究切削加工參數(shù)對不易觀察到的切削現(xiàn)象的影響，從而更加深入地了解切削加工機理和評判選擇該切削參數(shù)的合理性。加工過程仿真包括幾何仿真和物理仿真（主要是動力學仿真），然而前者只能解決干涉驗證的問題，卻無法對直接影響加工效率和質(zhì)量的各種物理因素（如切削力、振動、變形、溫度等）提供必要的仿真和預測功能。隨著企業(yè)對生產(chǎn)加工過程高效率、高精度的要求，單純的幾何仿真技術已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。在實際應用中，銑削力、振動和變形等因素已經(jīng)成為直接影響加工過程優(yōu)劣的關鍵。基于加工過程的動力學仿真技術在幾何仿真的基礎上，從動力學角度對整個加工過程中的各種物理量、物理因素進行建模和仿真分析，從而在實際加工前預測出不同切削參數(shù)與物理量之間的相互關系，預先對加工質(zhì)量進行評估。 西方發(fā)達國家對數(shù)控加工領域內(nèi)的切削過程仿真優(yōu)化技術進行了較早且較為深入的理論研究和實際應用，具有較高的技術水平，其主要研究成果已經(jīng)成為相應的商業(yè)化應用軟件。同時，作為現(xiàn)代先進制造技術領域內(nèi)的一個研究方向，也有必要對加工過程動力學仿真優(yōu)化技術進行深入、系統(tǒng)的研究。因此，著眼于加工過程動力學建模和仿真的研究具有重要的理論價值和創(chuàng)新意義。 本人自1996年起至今，一直從事數(shù)控編程、數(shù)控加工技術、數(shù)控機床等方面的教學及科研工作。2003年，本人于南京航空航天大學攻讀博士學位期間，有幸閱讀了2002年由化學工業(yè)出版社出版的《數(shù)控技術與制造自動化》（羅學科翻譯）及其原著（Yusuf Altintas著）。后來，2008年本人南京航空航天大學博士后流動站學習和科研期間，多次關注Yusuf Altintas教授所在團隊發(fā)表的論文和科研工作，特別是2011年參加的在北京航空航天大學由劉強教授主持的學術研討會期間，親自聆聽了Yusuf Altintas的學術報告。在2013年1月至2014年2月，本人在加拿大英屬哥倫比亞大學（UBC）的制造自動化實驗室（MAL）訪學1年多，有幸?guī)煆膰H制造自動化領域知名學者Yusuf Altintas教授。Yusuf Altintas教授現(xiàn)任加拿大皇家科學院（RSC）院士、國際生產(chǎn)工程學會（CIRP）主席、加拿大工程院院士、美國機械工程師學會（ASME）和國際制造工程師學會（SME）會士，加拿大英屬哥倫比亞大學機械工程系終身教授。Yusuf Altintas教授是享譽世界的制造領域著名專家，主要研究方向為金屬切削、機床振動、控制和虛擬加工等，其著作Manufacturing Automation: Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations, and CNC Design, Second Edition被廣泛使用。他領導的實驗室開發(fā)了先進加工過程仿真工具（CUT*PRO）、虛擬加工過程仿真工具（MACH*PRO），以及開放式模塊化數(shù)控加工系統(tǒng)（Virtual CNC），這些產(chǎn)品已被全球機械加工領域超過200家公司和研究機構使用。 在電子工業(yè)出版社的努力下，Yusuf Altintas教授的這本著作得以出版影印版。本書基于120多篇期刊文章和60多篇反映作者工程、研究和教學經(jīng)驗的研究論文，重點介紹了金屬切削過程力學、機床動力學及振動、進給驅動設計和控制、CNC設計原理、傳感器輔助加工和數(shù)控編程技術等知識。
Yusuf Altintas教授現(xiàn)任加拿大皇家科學院（RSC）院士、國際生產(chǎn)工程學會（CIRP）主席、加拿大工程院院士、美國機械工程師學會（ASME）和國際制造工程師學會（SME）會士，加拿大英屬哥倫比亞大學機械工程系終身教授。Yusuf Altintas教授是享譽世界的制造領域著名專家，主要研究方向為金屬切削、機床振動、控制和虛擬加工等，其著作Manufacturing Automation: Metal Cutting Mechanics, Machine Tool Vibrations, and CNC Design, Second Edition被廣泛使用。他領導的實驗室開發(fā)了先進加工過程仿真工具（CUT*PRO）、虛擬加工過程仿真工具（MACH*PRO），以及開放式模塊化數(shù)控加工系統(tǒng)（Virtual CNC），這些產(chǎn)品已被全球機械加工領域超過200家公司和研究機構使用。
CHAPTER ONE INTRODUCTION?...........................................1
CHAPTER TWO MECHANICS OF METAL CUTTING?...................................4 2.1 Introduction?..............................................4 2.2 Mechanics of Orthogonal Cutting?.............................4 2.3 Mechanistic Modeling of Cutting Forces?....................15 2.4 Theoretical Prediction of Shear Angle?.........................18 2.5 Mechanics of Oblique Cutting?............................19 2.5.1 Oblique?Cutting?Geometry?.............................19 2.5.2 Solution?of?Oblique?Cutting?Parameters?..................21 2.5.3 Prediction?of?Cutting?Forces?.................................25 2.6 Mechanics of Turning Processes?.......................27 2.7 Mechanics of Milling Processes?......................35 2.7.1 Mechanics?of?Helical?End?Mills?...........................41 2.8 Analytical Modeling of End Milling Forces?......................43 2.8.1 Mechanistic?Identification?of?Cutting?Constants?in?Milling?...................46 2.9 Mechanics of Drilling?...........................47 2.10 Tool Wear and Tool Breakage.........................54 2.10.1 Tool?Wear?...........................56 2.10.2 Tool?Breakage?.................61 2.11 Problems?............................62 CHAPTER THREE STRUCTURAL DYNAMICS OF MACHINES?...................66 3.1 Introduction?......................66 3.2 Machine Tool Structures....................66 3.3 Dimensional Form Errors in Machining?...........68 3.3.1 Form?Errors?in?Cylindrical?Turning?............68 3.3.2 Boring?Bar?.....................70 3.3.3 Form?Errors?in?End?Milling?...........71 3.4 Structural Vibrations in Machining..............74 3.4.1 Fundamentals?of?Free?and?Forced?Vibrations?.............75 3.4.2 Oriented?Frequency?Response?Function..............82 3.4.3 Design?and?Measurement?Coordinate?Systems?........83 4.4 Analytical?Modal?Analysis?for?Multi–Degree-of-Freedom?Systems?..........................85 3.4.5 Relative?Frequency?Response?Function?between?Tool?and?Workpiece?......................90 3.5 Modal Testing of Machine Structures?...................................92 3.5.1 Theory?of?Frequency?Response?Testing?...........................92 3.5.2 Experimental?Procedures?in?Modal?Testing?...........................97 3.6 Experimental Modal Analysis for Multi–Degree-of-Freedom Systems?........98 3.7 Identification of Modal Parameters?..........................109 3.7.1 Global?Nonlinear?Optimization?of?Modal?Parameter?Identification?.........................113 3.8 Receptance Coupling of End Mills to Spindle-Tool Holder Assembly?........115 3.8.1 Experimental?Procedure?...................118 3.9 Problems?.................................120 CHAPTER FOUR MACHINE TOOL VIBRATIONS?.................................................125 4.1 Introduction?.......................125 4.2 Stability of Regenerative Chatter Vibrations in Orthogonal Cutting?.........126 4.2.1 Stability?of?Orthogonal?Cutting...................................126 4.2.2 Dimensionless?Analysis?of?Stability?Lobes?in?Orthogonal?Cutting.................132 4.2.3 Chatter?Stability?of?Orthogonal?Cutting?with?Process?Damping?..............................135 4.3 Chatter Stability of Turning Operations?.............................................139 4.4 Chatter Stability of Turning Systems with Process Damping?.........................142 4.4.1 Metal?Cutting?Forces?.............................144 4.4.2 Process?Damping?Gains?Contributed?by?Flank?Wear?.....................145 4.4.3 Stability?Analysis?......................147 4.5 Experimental Validation?........................148 4.6 Analytical Prediction of Chatter Vibrations in Milling?..................149 4.6.1 Dynamic?Milling?Model?..................149 4.6.2 Zero-Order?Solution?of?Chatter?Stability?in?Milling?..................154 4.6.3 Multi-Frequency?Solution?of?Chatter?Stability?in?Milling?.................160 4.7 Chatter Stability of Drilling Operations?............172 4.7.1 Dynamic?Drilling?Force?Model?..................173 4.8 Frequency Domain Solution of Drilling Stability?.................176 4.9 Semidiscrete Time Domain Solution of Chatter Stability?...................178 4.9.1 Orthogonal?Cutting?......................178 4.9.2 Discrete?Time?Domain?Stability?Solution?in?Milling?...............182 4.10 Problems...............186 CHAPTER FIVE TECHNOLOGY OF MANUFACTURING AUTOMATION?.......191 5.1 Introduction?..............191 5.2 Computer Numerically Controlled Unit?.............191 5.2.1 Organization?of?a?CNC?Unit?..........................191 5.2.2 CNC?Executive........................................193 5.2.3 CNC?Machine?Tool?Axis?Conventions?..................................193 5.2.4 NC?Part?Program?Structure?........................193 5.2.5 Main?Preparatory?Functions?.................................196 5.3 Computer-Assisted NC Part Programming?...........................201 5.3.1 Basics?of?Analytical?Geometry..................................201 5.3.2 APT?Part?Programming?Language?...................................206 5.4 Trajectory Generation for Computer-Controlled Machines?...........................211 5.4.1 Interpolation?with?Constant?Displacement....................................212 5.4.2 Acceleration-Limited?Velocity?Profile?Generation?with?Constant?Interpolation?Period?...216 5.4.3 Jerk-Limited?Velocity?Profile?Generation?....................................220 5.5 Real-Time Interpolation Methods?...................................229 5.5.1 Linear?Interpolation?Algorithm?.............................230 5.5.2 Circular?Interpolation?Algorithm?.....................234 5.5.3 Quintic?Spline?Interpolation?within?CNC?Systems?...............................239 5.6 Problems?..................245 CHAPTER SIX DESIGN AND ANALYSIS OF CNC SYSTEMS?..............250 6.1 Introduction?..........................250 6.2 Machine Tool Drives?..........................250 6.2.1 Mechanical?Components?and?Torque?Requirements....................251 6.2.2 Feedback?Devices?...................................256 6.2.3 Electrical?Drives........................................257 6.2.4 Permanent?Magnet?Armature-Controlled?dc?Motors?..................................................258 6.2.5 Position?Control?Loop?......................................263 6.3 Transfer Function of the Position Loop?..............................264 6.4 State Space Model of Feed Drive Control Systems?..............................................268 6.5 Sliding Mode Controller?.....................................281 6.6 Active Damping of Feed Drives?........................285 6.7 Design of an Electrohydraulic CNC Press Brake?....................293 6.7.1 Hydraulic?Press?Brake?System?......................293 6.7.2 Dynamic?Model?of?Hydraulic?Actuator?Module?.............296 6.7.3 Identification?of?Electrohydraulic?Drive?Dynamics?for?Computer?Control?............299 6.7.4 Digital?Position?Control?System?Design?..............301 6.8 Problems?..........................307 CHAPTER SEVEN SENSOR-ASSISTED MACHINING?............313 7.1 Introduction?.....................313 7.2 Intelligent Machining Module?..................313 7.2.1 Hardware?Architecture?....................314 7.2.2 Software?Architecture?...............315 7.2.3 Intelligent?Machining?Application?..............316 7.3 Adaptive Control of Peak Forces in Milling?.......................317 7.3.1 Introduction?............................317 7.3.2 Discrete?Transfer?Function?of?the?Milling?Process?System?.......................................319 7.3.3 Pole-Placement?Control?Algorithm?.................................321 7.3.4 Adaptive?Generalized?Predictive?Control?of?Milling?Process?............325 7.3.5 In-Process?Detection?of?Tool?Breakage?..............................330 7.3.6 Chatter?Detection?and?Suppression?..............................333 7.4 Intelligent Pocketing with the IMM System?..........................334 7.5 Problems?......................................................336 APPENDIX A LAPLACE AND z TRANSFORMS?....................................................341 PPENDIX B OFF-LINE AND ON-LINE PARAMETER ESTIMATION WITH LEAST SQUARES?.................................353 Bibliography?............................................................357 Index?.......................................363
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