本书以“工业4.0”和智能制造为背景，以数控机床为主要对象，围绕智能制造装备的设计、调试、运行，将“理论知识+项目实践”有机结合，介绍了数字孪生驱动的新技术、新流程、新工艺，以“理实融合、专创融合”为主要特色，融入创新设计理念与方法、产品质量观念、工程意识等，培养能够胜任数字化、智能化设计与制造的创新型工程师。
本书得到西门子公司资深技术人员和教育专家的支持，可以作为高等学校机械类及自动化类相关专业本科生的教材，也可供在研究设计单位、企业中从事制造装备开发与应用的工程技术人员参考。

前言
第1章 绪论
1.1 数控机床及制造业的发展
1.1.1 数控机床的产生和发展
1.1.2 我国数控机床及制造业的发展
1.1.3 智能制造及其背景
1.2 数控机床设计面临的挑战
1.2.1 高端数控机床的关键技术
1.2.2 数控机床设计面临的挑战
1.3 数字化设计与制造
1.3.1 数字化设计技术
1.3.2 数字化制造技术
1.3.3 数字化管理技术
本章习题
第2章 数字孪生技术
2.1 数字孪生概述
2.1.1 数字孪生及其发展
2.1.2 几个重要的关系
2.1.3 数字孪生的应用领域
2.1.4 数字孪生带来的变化
2.2 工业互联网及数据采集
2.2.1 工业互联网
2.2.2 工业互联网在制造业的应用
2.2.3 工业互联网为数字孪生技术使能
2.2.4 数据采集和传输
2.3 数字孪生与数控机床设计
2.3.1 数控机床的数字化设计
2.3.2 数控机床的虚拟调试
2.3.3 数控机床数字孪生技术的优势
2.4 数字孪生与数控机床应用
2.4.1 产品设计阶段
2.4.2 生产规划阶段
2.4.3 生产执行阶段
2.4.4 生产服务阶段
项目1 初识数字孪生技术
本章习题
第3章 数控机床设计理论与方法
3.1 数控机床设计的基本理论与方法
3.1.1 数控机床的设计要求
3.1.2 数控机床的设计方法
3.1.3 数控机床的设计思想
3.1.4 数控机床设计的新视角
3.1.5 数控机床设计的新方法
3.2 TRIZ理论与创新方法
3.2.1 TＲIZ理论的组成
3.2.2 TＲIZ解决问题的流程
3.2.3 TRIZ在设计制造领域的应用
3.3 数字孪生驱动的创新设计
3.3.1 数字孪生与创新设计
3.3.2 数字孪生驱动的创新设计流程
3.3.3 主要的相关技术
3.3.4 应用案例
项目2 基于TRIZ理论的创新方案设计
本章习题
第4章 数控机床结构设计
4.1 数控机床结构设计概述
4.1.1 数控机床结构概述
4.1.2 机床设计的基本概念
4.1.3 结构设计的原则
4.1.4 结构设计的方法
4.2 数控机床结构的总体设计
4.2.1 总体结构方案设计
4.2.2 结构件的材料
4.2.3 数控机床的基础结构件
4.3 数控机床主运动系统机械结构
4.3.1 主运动系统概述
4.3.2 拟定驱动方案
4.3.3 主传动方式
4.3.4 主轴部件
4.3.5 主轴电动机
4.3.6 具有数控回转轴的主轴头
4.4 数控机床进给运动系统机械结构
4.4.1 进给运动系统概述
4.4.2 进给运动系统的设计方案拟定
4.4.3 滚珠丝杠螺母副
4.4.4 交流永磁同步伺服电动机
4.4.5 直接进给驱动系统
4.5 数控机床辅助功能系统
4.5.1 自动换刀装置
4.5.2 液压和气动系统
4.5.3 排屑装置
项目3 数控机床功能部件的设计
本章习题
第5章 数控机床电气控制系统设计
5.1 机床电气控制系统设计概述
5.1.1 机床电气控制技术的发展
5.1.2 数控机床电气控制系统的组成
5.1.3 数控机床电气控制系统设计
5.2 机床的数控装置
5.2.1 计算机数字控制技术
5.2.2 数控装置的组成及接口
5.2.3 数控装置的信息流程
5.3 数控机床的伺服驱动系统
5.3.1 数控机床伺服驱动系统概述
5.3.2 数控机床的调速控制
5.3.3 数控机床的位置控制
5.4 数控机床的PLC控制
5.4.1 数控系统中的PLC
5.4.2 PLC的输入输出信号
5.4.3 PLC典型控制功能设计
5.5 数控机床电气控制线路
5.5.1 电气控制系统的组成
5.5.2 主电路及电源电路
5.5.3 控制电路
5.5.4 数控装置和伺服装置的连接
5.5.5 PLC输入输出电路
项目4 数控机床的电气设计和调试
本章习题
第6章 数字孪生驱动的机电一体化设计
6.1 机电一体化概念设计
6.1.1 机电一体化概念设计的定义
6.1.2 基于模型的机电一体化设计
6.1.3 数字孪生与协同设计
6.1.4 多学科协同设计平台
6.2 数字孪生驱动的机械结构设计
6.2.1 数字孪生驱动的机械结构设计的优势
6.2.2 数控机床机械结构创新设计的要求
6.2.3 机械结构设计阶段的虚拟模型
6.2.4 数字孪生驱动的数控机床虚拟样机
6.3 数字孪生驱动的控制系统设计
6.3.1 控制系统建模
6.3.2 数控机床的机电耦合模型
6.3.3 数字孪生模型的实时更新
6.4 数字孪生在各阶段的应用
6.4.1 在数控机床的设计阶段的应用
6.4.2 在数控机床的运行阶段
6.4.3 在数控机床的维护阶段
6.5 机电一体化设计与虚拟调试案例
6.5.1 机电一体化设计与调试的软硬件平台
6.5.2 基于NX MCD的机械建模
6.5.3 数控系统参数及PLC程序设计
6.5.4 SIMIT的配置与虚拟调试
6.5.5 数字孪生