數控銑削加工過程仿真與優化（簡體書）

《數控銑削加工過程仿真與優化:建模、算法與工程應用》圍繞高性能數控切削加工過程及仿真、切削參數優化技術這條主線，重點介紹了銑削加工過程的切削力學／動力學建模理論與仿真算法、數控機床動力學特性參數辨識方法與測試技術、切削參數優化原理與應用、切削參數數據庫構建方法等內容，并結合“X-Cut”和“e-Cutting”系列數控銑削加工動力學仿真優化系統，給出了多個工程應用實例。書中內容既包括切削理論及動力學基本原理，又涉及國內外高性能數控加工技術的最新研究進展和成果，還有具體實際應用指導作用。《數控銑削加工過程仿真與優化:建模、算法與工程應用》可供機械制造專業尤其是數控加工技術方向的本科生、研究生做教科書或參考書使用，也可供相關專業的工程技術人員、數控工藝及編程人員參考。

劉強，工學博士，北京航空航天大學機械工程及自動化學院教授、博士生導師、高效數控加工技術研究應用中心主任、“先進制造技術”創新團隊負責人。本科畢業于中南礦冶學院機械工程系，在北京航空航天大學獲工學碩士和博士學位，曾留學于加拿大TheUniversityofBritishColumbia。兼任中國自動化學會制造技術專委會主任委員、全國數控系統計術標委副主任委員、《機械工程學報》編委等，主要研究方向為數控加工過程仿真及優化、數控裝備動態特性分析及優化和高性能運動控制系統，主持重要科研項目30余項，獲省部級科技進步獎4項，發表學術論文100余篇，獲批專利和軟件著作權20余項，還獲北京市優秀教師、北京市優秀青年骨干教師、北航“十佳教師，美國容閎科技教育獎等。李忠群，工學博士，湖南工業大學機械工程學院教授、碩士生導師，生于1966年10月21日。1988年大學本科畢業于北京航空航天大學機械制造工程專業，獲學士學位；1993年碩士研究生畢業于北京航空航天大學機械制造及其自動化專業，獲碩士學位；2008年博士研究生畢業于北京航空航天大學機械制造及其自動化專業，獲博士學位；2010年至今在北京航空航天大學機械制造及其自動化專業從事博士後研究；2010年任職教授。主要研究方向為數控加工過程仿真與優化。主持湖南省自然科學基金重點項目1項，作為主要研究成員參與完成了多項各類重要科研項目，獲航空科學技術獎一等獎1項、中國航空工業總公司科技進步二等獎1項；發表學術論文30多篇，獲軟件著作權2項。

《數控銑削加工過程仿真與優化:建模、算法與工程應用》由航空工業出版社出版。

第1章 概述1.1 高性能切削的內涵1.2 高性能數控機床與刀具1.2.1 高性能數控機床1.2.2 先進切削刀具1.3 支持高性能切削的仿真與優化技術1.3.1 切削過程仿真1.3.2 數控切削參數優化技術1.3.3 虛擬加工技術1.4 本書內容概覽參考文獻第2章 切削過程力學建模原理2.1 切削過程概述2.1.1 切削運動與切削用量2.1.2 切削層參數與切削方式2.1.3 金屬的切削層變形2.2 切削力模型2.2.1 切削力及切削功率2.2.2 切削力的經驗公式2.2.3 切削力的力學模型2.2.4 切削力影響因素及修正2.3 銑削加工過程動態切削力建模2.3.1 銑刀種類及銑削方式2.3.2 圓柱螺旋銑刀動態切削力建模2.3.3 通用螺旋銑刀動態切削力建模2.3.4 鑲齒銑刀動態切削力建模2.4 切削力系數辨識2.4.1 切削力系數辨識算法2.4.2 切削力系數辨識試驗2.4.3 典型材料的銑削力系數參考文獻第3章 數控銑削過程動力學建模3.1 金屬切削過程中的顫振3.1.1 切削加工過程振動分類3.1.2 切削顫振現象及其類型3.1.3 車削加工顫振模型3.2 銑削過程的動力學建模3.2.1 動態切削厚度與動態銑削力模型3.2.2 顫振穩定性葉瓣圖（解析法）3.2.3 顫振穩定性仿真實現3.2.4 三維穩定性葉瓣圖3.3 顫振穩定性影響因素分析3.3.1 切削力系數對顫振穩定性的影響3.3.2 銑刀幾何參數對顫振穩定性的影響3.3.3 模態參數對顫振穩定性的影響3.4 顫振穩定性時域數值方法求解3.4.1 銑削過程時域數值仿真3.4.2 時域顫振穩定性仿真判據3.4.3 時域顫振穩定性仿真試驗驗證與分析3.5 顫振穩定性其他求解方法簡介3.5.1 多頻率求解方法3.5.2 半離散時域求解方法3.5.3 全離散時域求解方法3.5.4 幾種顫振穩定性求解方法對比參考文獻第4章 數控機床動態特性參數測試與分析4.1 模態分析基本理論簡介4.1.1 單自由度系統振動4.1.2 多自由度系繞實模態分析4.2 試驗模態分析基礎4.2.1 引言4.2.2 試驗結構的支撐4.2.3 激勵方式4.2.4 激振裝置4.2.5 激勵信號4.2.6 測量系統4.2.7 沖擊試驗第5章 數控銑削加工切削參數優化第6章 基于動力學仿真技術的銑削加工切削參數數據庫第7章 工程應用實例附錄

數控切削加工過程優化主要包括數控編程優化、切削刀具優化和切削參數優化等幾個方面。其中，切削參數的優化對切削效率、加工質量和制造成本具有重要的影響。通常，數控加工工藝人員采用經驗方法選擇切削參數，即根據機床和刀具廠商推薦，結合已有經驗或試切方法，確定實際應用的切削參數。這種經驗方法簡便易用，能快速得到可用的切削參數，滿足正常進行數控加工的需要。但是由于缺乏理論指導和優化工具，難以充分考慮數控加工過程中機床、刀具和零件等多方面的約束，獲得合理的、優化的切削參數，從而影響了數控機床（特別是高性能數控機床）性能、效率的充分發揮。此外，經驗方法難以預知和避免切削顫振的發生（尤其是在高速切削加工時），加工中易出現顫振現象導致零件表面切削振紋嚴重，損壞刀具甚至機床主軸。因此，切削參數的合理選擇與優化，直接關系到能否安全和有效地使用刀具與機床，對提高加工效率、零件加工精度及表面質量、降低生產成本具有重要的作用。5.1切削參數優化技術概述5.1.1數控切削加工過程優化由于機床、刀具、夾具、切削液、切削工藝和切削用量等眾多因素均會對切削質量和加工效率產生影響，數控切削加工過程優化問題本質上是一個多因素影響問題。通常意義的數控切削加工過程優化主要涉及數控編程、刀具和切削用量等方面。數控編程優化主要是指走刀路徑策略的優化，例如，在高速切削加工編程中，應采用合適的走刀路徑和方法盡可能保持恒定的切削負載、高的切削線速度和高的進給速度，從而實現高的材料去除速率和加工精度。實際應用策略如螺旋下（走）刀、擺線下（走）刀、賽車道方式走刀、拐角處先插銑等，如圖5 -1所示為Delcam公司的PowerMill給出的一些高速加工策略。切削刀具優化則包括刀具材料優選、表面涂層應用和刀具結構及幾何參數優化等，以提高刀具的切削性能。例如，通過對刀具長徑比、銑刀上齒間角等參數進行優化來提高切削過程中刀具系統的動剛度，避免產生顫振；通過刀具材料和表面涂層與被切削材料的適配，提高刀具壽命。切削用量（即切削參數）優化則是通過對切削三要素（切削速度、進給量和背吃刀量）為設計變量來建立優化模型，在機床、刀具、工件材料及加工要求等約束條件下，按給定的優化目標，求解出優化的切削用量（參數）。