本書(shū)系統(tǒng)地總結(jié)了作者近年來(lái)在航空復(fù)雜薄壁零件智能加工技術(shù)方面的新研究成果。全書(shū)共6章，第1~2章介紹了數(shù)控加工模型的發(fā)展歷程及時(shí)變加工過(guò)程的多態(tài)演化工藝模型，闡述了智能加工技術(shù)中系統(tǒng)模型基礎(chǔ)。第3~5章針對(duì)典型航空復(fù)雜薄壁零件的加工過(guò)程，介紹了作者提出的加工過(guò)程的監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理方法、工藝模型的學(xué)習(xí)進(jìn)化方法、加工過(guò)程動(dòng)態(tài)響應(yīng)的調(diào)控方法。第6章針對(duì)薄壁件加工的殘余應(yīng)力變形預(yù)測(cè)問(wèn)題，介紹了作者提出的裝夾感知方法。
本書(shū)內(nèi)容具有先進(jìn)性、新穎性，對(duì)數(shù)控加工、CAD/CAM、智能制造、航空制造工程等領(lǐng)域的科研和工程技術(shù)人員具有重要的參考價(jià)值，同時(shí)也適合作為高等院校相關(guān)專業(yè)的研究生教材或參考書(shū)。
本書(shū)依托973課題“復(fù)雜薄壁件切削加工過(guò)程的演化模型及其自適應(yīng)進(jìn)化機(jī)制”該課題以機(jī)匣、壓氣機(jī)盤為對(duì)象，圍繞難加工材料復(fù)雜薄壁零件切削加工中工況在線學(xué)習(xí)與工藝過(guò)程自適應(yīng)調(diào)整難題，探明工藝系統(tǒng)界面的熱力耦合作用與系統(tǒng)響應(yīng)機(jī)制，建立強(qiáng)時(shí)變工藝過(guò)程的多態(tài)演化模型。研究工況特征的在線辨識(shí)和“無(wú)試切”偵測(cè)加工方法，建立描述工況、耦合行為和工件品質(zhì)映射關(guān)系的聯(lián)想記憶知識(shí)模板，通過(guò)自主學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)基于模板的知識(shí)積累和工藝模型的自適應(yīng)進(jìn)化，為制造裝備智能決策單元的構(gòu)建提供理論支撐。
理論上，數(shù)控加工中只要使用零件模型編程，生成“正確”的程序，就能加工出合格的零件。然而，在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐中，尤其是航空復(fù)雜薄壁零件的加工中，數(shù)控加工過(guò)程并非一直處于理想狀態(tài)，材料去除會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)多種復(fù)雜的物理現(xiàn)象，如加工幾何誤差、熱變形、彈性變形以及系統(tǒng)振動(dòng)等。這些問(wèn)題的存在，使得根據(jù)生成的“正確”程序，并不一定能夠加工出合格、優(yōu)質(zhì)的零件，同時(shí)設(shè)備加工能力得不到充分發(fā)揮，機(jī)床組件及刀具的使用壽命也會(huì)受到影響。產(chǎn)生上述問(wèn)題的原因在于，傳統(tǒng)加工過(guò)程經(jīng)常只考慮了數(shù)控機(jī)床或者加工過(guò)程本身，缺乏對(duì)機(jī)床與加工過(guò)程交互作用機(jī)理的綜合理解，難以實(shí)現(xiàn)事先對(duì)加工工藝系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確建模。而這種交互作用又經(jīng)常產(chǎn)生難以預(yù)知的效果，大大增加了加工過(guò)程控制的難度，使對(duì)加工過(guò)程的精確控制難以實(shí)現(xiàn)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)等復(fù)雜裝備上的整體葉盤、整體機(jī)匣等零件的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，其極端惡劣的服役環(huán)境對(duì)加工過(guò)程與加工品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。作者在30余年航空復(fù)雜薄壁零件研制工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與研究的基礎(chǔ)上，近8年來(lái)對(duì)加工工藝的智能化技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，提出了智能加工技術(shù)的基本框架及實(shí)施途徑，取得的主要研究成果包括：（1）提出了“無(wú)試切”偵測(cè)加工方法，通過(guò)主動(dòng)激勵(lì)與在線監(jiān)測(cè)相結(jié)合，將試切融入零件加工過(guò)程，保證試切和實(shí)際加工過(guò)程中工件材料、結(jié)構(gòu)、工藝和過(guò)程四個(gè)因素完全相同，解決現(xiàn)有工藝模型由于建模條件與加工過(guò)程不同而導(dǎo)致的模型不精確問(wèn)題。（2）提出了基于偵測(cè)加工的自主學(xué)習(xí)與模型進(jìn)化方法。利用在線偵測(cè)獲取實(shí)時(shí)工況和系統(tǒng)響應(yīng)信息，通過(guò)建立聯(lián)想記憶知識(shí)模板表征工況、界面耦合行為和工件品質(zhì)之間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)工藝知識(shí)的積累與模型的進(jìn)化；針對(duì)加工過(guò)程中工件狀態(tài)、刀具磨損的強(qiáng)時(shí)變特性，通過(guò)時(shí)空細(xì)分多態(tài)演化建模方法實(shí)現(xiàn)工件、刀具狀態(tài)在工步內(nèi)的動(dòng)態(tài)建模；利用工步間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模板，基于在位測(cè)量和離線檢測(cè)實(shí)現(xiàn)綜合加工誤差補(bǔ)償模型的迭代學(xué)習(xí)與進(jìn)化，解決了現(xiàn)有工藝模型和建模方法難以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)建模、自主學(xué)習(xí)與自適應(yīng)進(jìn)化的問(wèn)題。（3）建立了殘余應(yīng)力變形感知預(yù)測(cè)的數(shù)學(xué)模型，基于超靜定理論提出了基于裝夾力監(jiān)測(cè)的殘余應(yīng)力變形感知預(yù)測(cè)模型的求解方法，為航空復(fù)雜薄壁零件加工變形的在位預(yù)測(cè)提供了新的思路。相關(guān)的一系列模型和方法應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)大型風(fēng)扇葉片、整體葉盤、整體機(jī)匣和飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等零件的研制中，取得了良好的應(yīng)用效果。本書(shū)內(nèi)容具有先進(jìn)性、新穎性，對(duì)數(shù)控加工、CAD/CAM、智能制造、航空制造工程等領(lǐng)域的科研和工程技術(shù)人員具有重要的參考價(jià)值，同時(shí)也適合作為高等院校相關(guān)專業(yè)的研究生教材或參考書(shū)。在本書(shū)完成之際，作者衷心感謝各位學(xué)術(shù)前輩、師長(zhǎng)和同事們的支持與幫助。本書(shū)是在作者所指導(dǎo)博士研究生的研究成果的基礎(chǔ)上綜合而來(lái)的，包括周續(xù)、韓飛燕、劉一龍、侯永鋒、侯堯華、韓策、梅嘉煒、馬俊金、王駿騰、劉冬生、姚琦等，在此也向他們表示謝意！感謝國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃課題（2013CB035802）、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51305354、51475382、51575453、51675438）、西北工業(yè)大學(xué)中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（3102017gx06008、3102018jcc004、31020190505002）和西北工業(yè)大學(xué)“雙一流”研究生核心課程建設(shè)項(xiàng)目的支持！由于作者水平有限，書(shū)中難免會(huì)有各種紕漏和疏忽，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。特別聲明：本書(shū)沒(méi)有統(tǒng)一的符號(hào)表，各章的符號(hào)定義自成體系。
男，西北工業(yè)大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。于1996-1999年先后在美國(guó)Cornell大學(xué)和Rochester大學(xué)做高級(jí)訪問(wèn)學(xué)者。曾任西北工業(yè)大學(xué)飛行器制造工程系主任、機(jī)電學(xué)院院長(zhǎng)。張定華教授是航空宇航制造工程國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科帶頭人、工信部航空發(fā)動(dòng)機(jī)先進(jìn)制造技術(shù)國(guó)防科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、兩機(jī)專項(xiàng)制造工藝專業(yè)組副組長(zhǎng)。主持國(guó)家重大專項(xiàng)、973課題、國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、863課題等國(guó)*級(jí)項(xiàng)目25余項(xiàng)，獲國(guó)*級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)3項(xiàng)。入選教育部“中國(guó)高等學(xué)校十大科技進(jìn)展”1項(xiàng)，入選“985工程”十年建設(shè)成就重大標(biāo)志性成果1項(xiàng)。獲授權(quán)發(fā)明專利40項(xiàng)，發(fā)表論文200余篇，培養(yǎng)博士生80余人。
榮獲“做出突出貢獻(xiàn)的中國(guó)博士學(xué)位獲得者”、“全國(guó)教育系統(tǒng)勞動(dòng)模范”、“人民教師獎(jiǎng)?wù)隆�、“教育部跨世紀(jì)優(yōu)秀人才”、“首批新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程國(guó)*級(jí)人選”、陜西省“三秦學(xué)者”特聘教授、陜西省“三五人才”、“中國(guó)科協(xié)西部開(kāi)發(fā)突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”等榮譽(yù)稱號(hào)，1993年被評(píng)為享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼專家。兼任國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)評(píng)審專家、國(guó)家杰出青年基金項(xiàng)目的同行評(píng)議專家、《Chinese Journal of Aeronautics》、《中國(guó)機(jī)械工程》編委。
先后在機(jī)械工業(yè)出版社、Springer、國(guó)防工業(yè)出版社、西北工業(yè)大學(xué)出版社等出版中、英文專著5部。
羅明，西北工業(yè)大學(xué)副研究員，博士生導(dǎo)師。中國(guó)工程院-美國(guó)工程院第四屆中美工程前沿研討會(huì)先進(jìn)制造組中方代表，中國(guó)工程院-印度工程院首屆中印青年工程領(lǐng)袖研討會(huì)中方代表。主持國(guó)家自然科學(xué)基金4項(xiàng)，陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)，04專項(xiàng)子課題1項(xiàng)。發(fā)表論文50余篇，獲授權(quán)發(fā)明專利3項(xiàng)。獲中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。Chinese Journal of Aeronautical 2013-2018年高被引學(xué)者。主要從事智能加工、加工過(guò)程監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理、加工動(dòng)力學(xué)等方面的研究，曾任International Journal of Manufacturing Research期刊Guest Editor和《中國(guó)機(jī)械工程》專輯編委，兼任IEEE/ASME Transactions on Mechatronics、Mechanical Systems and Signal Processing、Journal of Materials Processing Technology、International Journal of Mechanical Sciences、Computer-Aided Design、Chinese Journal of Aeronautics、Science China Technological Sciences、International Journal of Advanced Manufacturing Technology、Machining Science and Technology、Journal of Engineering Manufacture、中國(guó)科學(xué) 技術(shù)科學(xué)、航空學(xué)報(bào)、機(jī)械工程學(xué)報(bào)、中國(guó)機(jī)械工程等期刊審稿人。
吳寶海，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師。1997年、2000年和2005年分別獲西安交通大學(xué)流體機(jī)械及工程專業(yè)學(xué)士、碩士學(xué)位和動(dòng)力工程及工程熱物理專業(yè)博士學(xué)位，隨后進(jìn)入西北工業(yè)大學(xué)航空宇航制造工程博士后流動(dòng)站工作，2007年出站后留校工作至今。陜西省計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)理事、陜西省機(jī)械工程學(xué)會(huì)工業(yè)工程分會(huì)理事。一直致力于復(fù)雜結(jié)構(gòu)多坐標(biāo)高效精密數(shù)控加工理論的研究。自2000年以來(lái)，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)雜志和國(guó)際會(huì)議上發(fā)表論文30余篇。主持國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，04專項(xiàng)子課題2項(xiàng)，工信部智能制造專項(xiàng)1項(xiàng)，陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)。先后主持完成自由曲面離心式葉輪、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片多軸數(shù)控加工專用編程系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工作，并在國(guó)家重點(diǎn)型號(hào)工程中應(yīng)用。
張瑩，博士，西北工業(yè)大學(xué)副研究員。2006、2011年分別獲西北工業(yè)大學(xué)計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)碩士、航空宇航制造工程專業(yè)博士學(xué)位，隨后進(jìn)入西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程博士后流動(dòng)站工作，2014年1月出站后留校工作至今。一直致力于CAD/CAM、多軸數(shù)控加工及自適應(yīng)加工的理論與技術(shù)研究，其博士學(xué)位論文《葉片類零件自適應(yīng)數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)研究》曾于2012年11月榮獲第二屆上銀優(yōu)秀機(jī)械博士論文佳作獎(jiǎng)。近年來(lái)，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)雜志和國(guó)際會(huì)議上發(fā)表論文10余篇，SCI/EI檢索多篇。主持國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目1項(xiàng)，04國(guó)家科技重大專項(xiàng)子課題1項(xiàng)，陜西省自然科學(xué)基金和航空科學(xué)基金各1項(xiàng)，參與973、04專項(xiàng)子課題等各類項(xiàng)目多項(xiàng)。中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，并擔(dān)任《International Journal of Advanced Manufacturing Technology》、《Measurement》等多個(gè)國(guó)內(nèi)外期刊審稿人。
第1章緒論/1
1.1數(shù)控加工技術(shù)/1
1.1.1數(shù)控技術(shù)發(fā)展歷程/1
1.1.2數(shù)控加工模型的發(fā)展階段/3
1.2智能加工技術(shù)/5
1.2.1智能加工技術(shù)的內(nèi)涵/5
1.2.2智能加工的實(shí)現(xiàn)途徑/5
1.2.3智能加工技術(shù)涉及的基礎(chǔ)知識(shí)/6
1.3本書(shū)的內(nèi)容編排/8
本章參考文獻(xiàn)/8
第2章時(shí)變加工過(guò)程的多態(tài)演化工藝模型/10
2.1加工工藝系統(tǒng)的描述/10
2.1.1刀具主軸子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型/11
2.1.2工件夾具子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型/12
2.2加工過(guò)程的多態(tài)演化模型/13
2.2.1加工過(guò)程的定義/13
2.2.2加工過(guò)程的時(shí)域離散/13
2.2.3多態(tài)模型的演化/15
2.3工件幾何演化模型/17
2.3.1變形映射方法/17
2.3.2復(fù)雜加工特征的變形映射建模方法/23
2.4工件動(dòng)力學(xué)演化模型/29
2.4.1基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力修改技術(shù)的工件動(dòng)力學(xué)演化分析/29
2.4.2基于薄殼模型的工件動(dòng)力學(xué)演化分析/30
2.5刀具磨損演化模型/36
2.5.1加工中的刀具磨損/36
2.5.2刀具磨損的演化建模/37
本章參考文獻(xiàn)/39
航空復(fù)雜薄壁零件智能加工技術(shù)目錄第3章切削加工過(guò)程監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)處理方法/41
3.1切削加工過(guò)程中的監(jiān)測(cè)方法/41
3.2偵測(cè)加工方法/43
3.2.1偵測(cè)加工的概念/43
3.2.2偵測(cè)加工的實(shí)現(xiàn)方法/44
3.3基于銑削力的切深切寬偵測(cè)方法/47
3.3.1平均銑削力/47
3.3.2加工過(guò)程中的偵與測(cè)/47
3.3.3偵測(cè)響應(yīng)方程/48
3.3.4切深切寬的偵測(cè)識(shí)別/48
3.4銑刀磨損狀態(tài)的偵測(cè)識(shí)別方法/51
3.4.1刀具磨損的檢測(cè)方法/51
3.4.2磨損刀具的銑削力模型/51
3.4.3識(shí)別過(guò)程分析/55
3.4.4磨損量計(jì)算識(shí)別/56
3.5基于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的切削力系數(shù)辨識(shí)/57
3.5.1考慮振動(dòng)條件的切削力預(yù)測(cè)模型/58
3.5.2考慮振動(dòng)條件的切削力系數(shù)辨識(shí)模型/65
本章參考文獻(xiàn)/68
第4章工藝模型的學(xué)習(xí)優(yōu)化方法/70
4.1加工工藝模型的學(xué)習(xí)優(yōu)化方法/70
4.2加工過(guò)程數(shù)據(jù)的時(shí)空映射/71
4.3加工誤差補(bǔ)償?shù)鷮W(xué)習(xí)方法/76
4.3.1工件幾何信息的在位檢測(cè)方法/76
4.3.2薄壁件加工誤差補(bǔ)償建模/78
4.3.3薄壁件誤差補(bǔ)償模型求解/79
4.3.4誤差補(bǔ)償系數(shù)學(xué)習(xí)控制方法/83
4.3.5誤差迭代補(bǔ)償方法在薄壁葉片加工中的應(yīng)用/85
4.4深孔鉆削深度迭代學(xué)習(xí)優(yōu)化方法/87
4.4.1單步鉆削排屑力模型/88
4.4.2深孔啄式鉆削排屑過(guò)程/90
4.4.3鉆削深度的迭代學(xué)習(xí)與優(yōu)化方法/93
4.5工藝參數(shù)循環(huán)迭代優(yōu)化方法/95
4.5.1進(jìn)給速度優(yōu)化數(shù)學(xué)模型/97
4.5.2進(jìn)給速度優(yōu)化問(wèn)題的在線求解/100
4.5.3工藝參數(shù)的離線學(xué)習(xí)與迭代優(yōu)化/106
本章參考文獻(xiàn)/108
第5章加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)與調(diào)控/109
5.1加工過(guò)程動(dòng)態(tài)響應(yīng)的控制方法/109
5.2銑削過(guò)程中的交變激振力/110
5.2.1交變激振力的產(chǎn)生原因/110
5.2.2交變激振力表征與分解/111
5.3銑削加工動(dòng)態(tài)響應(yīng)預(yù)測(cè)/112
5.3.1銑削加工中的強(qiáng)迫振動(dòng)/112
5.3.2銑削加工顫振穩(wěn)定性預(yù)測(cè)/115
5.4基于切削參數(shù)優(yōu)選的銑削動(dòng)態(tài)響應(yīng)控制/121
5.5基于刀具非均勻齒間角優(yōu)化設(shè)計(jì)的響應(yīng)控制方法/125
5.5.1變齒間角銑刀的顫振穩(wěn)定性預(yù)測(cè)方法/125
5.5.2相鄰齒間角間的幾何關(guān)系/126
5.5.3銑刀非均勻齒間角設(shè)計(jì)/127
5.6工件夾具子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性調(diào)控方法/128
5.6.1基于附加輔助支撐的調(diào)控方法/129
5.6.2基于附加質(zhì)量塊的調(diào)控方法/131
5.6.3基于磁流變阻尼器支撐的調(diào)控方法/132
本章參考文獻(xiàn)/137
第6章薄壁件加工殘余應(yīng)力變形的裝夾感知/138
6.1切削加工中的殘余應(yīng)力/138
6.2殘余應(yīng)力變形/140
6.3殘余應(yīng)力變形感知預(yù)測(cè)原理/142
6.4殘余應(yīng)力變形感知預(yù)測(cè)模型/144
6.5典型裝夾形式殘余變形勢(shì)能感知/145
6.5.1多余約束中存在面約束/146
6.5.2多余約束為點(diǎn)約束/147
6.6殘余應(yīng)力變形感知模型求解/148
6.7薄壁件加工殘余應(yīng)力變形感知應(yīng)用案例/152
6.7.1感知位置的確定/152
6.7.2感知夾具的設(shè)計(jì)/153
6.7.3加工感知實(shí)驗(yàn)/154
6.7.4變形的求解/154
本章參考文獻(xiàn)/155
書(shū)單推薦
