具体描述
《金属工艺学实习教材》根据国家教委“工程材料及机械制造基础”课程指导小组1995年制定的非机械类专业“金工实习教学基本要求”编写的，主要作为教学计划中无金工理论课教学的金工实习教材。全书共10章，其内容包括：工程材料及热处理、铸造、锻压、焊接、切削加工基本知识、车削、铣刨磨削、钳工、机械制造特种工艺及新工艺、机械零件加工的工艺分析与经济性分析。每章之后均附有复习题。
本教材可作为高等工科院校非机械类专业学生的金工实习教材，也可供其它各类大学选用，并可作为有关专业工程技术人员和技术工人的参考用书。
精密机械设计与制造技术基础 本书全面深入地探讨了现代精密机械设计与制造领域的核心理论、关键技术及实践应用，旨在为工程技术人员、高校师生提供一本系统而前沿的参考与学习资料。 本书结构严谨，内容涵盖从基础理论到先进制造工艺的多个层面，聚焦于如何实现高精度、高性能、高可靠性的机械产品制造。全书分为五个主要部分，共计二十章，逻辑清晰，层层递进。 --- 第一部分：精密机械设计基础理论 本部分奠定了理解后续复杂制造过程的理论基石。 第一章：精密度的概念与量化 深入剖析了“精度”在现代工程中的多维定义，超越了传统的几何公差范畴。讨论了系统的误差预算方法（Error Budgeting），包括系统误差、随机误差的统计学特性分析。详细阐述了误差的传递模型，特别是当多个独立变量共同作用于最终输出参数时，如何运用蒙特卡洛模拟和最坏情况分析法进行预测。着重介绍了形位公差（GD&T）体系的最新国际标准（如ISO GPS体系）的解读与应用，特别是对特征尺寸、基准体系选择的深入讨论。 第二章：表面完整性与接触力学 表面粗糙度不再仅仅是R_a值的简单描述。本章从微观角度审视了材料表面能、摩擦学特性与接触应力分布的关系。讨论了表面形貌对疲劳寿命、密封性能和光学性能的决定性影响。引入了界面接触的赫兹理论的拓展应用，并结合原子力显微镜（AFM）等先进表征手段，讲解如何通过控制表面纹理来优化机械部件的功能表现。 第三章：精密结构的热力学与稳定性 探讨了温度变化、热梯度对精密机械结构精度保持能力的严峻挑战。内容包括材料的热膨胀系数的精确测量、热变形的有限元分析（FEA）建模方法。重点分析了主动和被动热误差补偿策略，例如在精密机床中采用温控系统、材料选择（如超低膨胀系数材料）以及结构拓扑设计以最小化热漂移。 第四章：振动与动力学控制 精密设备对动态环境极其敏感。本章详细解析了线性与非线性振动理论在机械系统中的应用。讨论了模态分析（Modal Analysis）在识别结构固有频率和振型中的关键作用，以及如何通过阻尼处理、主动隔振技术和反馈控制系统来抑制运行过程中的残余振动，确保高精度运动轨迹的实现。 --- 第二部分：先进材料与性能表征 本部分聚焦于支撑精密制造的高性能工程材料及其性能验证方法。 第五章：高性能工程陶瓷与复合材料 介绍了用于耐磨、耐高温和低热膨胀应用的先进陶瓷（如SiC、ZrO2）的制备技术（如反应烧结、增材制造）。深入探讨了纤维增强复合材料（FRC）的界面粘合力、各向异性力学性能，以及在精密仪器中的应用案例，如光学平台和传感器外壳。 第六章：特种金属合金与微观结构控制 着重讲解了为实现高强度、高韧性平衡而开发的超细晶粒合金、非晶态金属（Metallic Glasses）的塑性变形机制。讨论了热处理工艺（如时效、淬火）对析出相、晶界结构的影响，以及如何通过精确控制这些微观结构来定制材料的力学响应。 第七章：无损检测（NDT）与质量保证 系统梳理了用于验证精密部件内部质量和表面完整性的无损检测技术，包括超声波C扫描、X射线计算机断层扫描（X-CT）在缺陷三维重构中的应用，以及高分辨率的声发射技术在监测加工过程中的实时状态评估。 --- 第三部分：精密加工工艺学 本部分是本书的核心，详细阐述了实现微米甚至纳米级加工的技术。 第八章：高速切削与刀具动力学 聚焦于现代数控机床的高速加工（HSM）技术。探讨了高速切削中切削力、温度场的瞬态变化，以及刀具磨损机理的加速特性。重点分析了颤振（Chatter）的产生机理与抑制策略，包括主动干涉技术和基于刚度设计的工件夹持方案。 第九章：特种加工方法 I：电火花与激光加工 详细描述了电火花加工（EDM）和激光加工（如激光熔覆、激光钻孔）的物理过程。讨论了等离子体通道的演变、材料去除率的优化，以及如何通过控制脉冲参数来管理热影响区（HAZ）的宽度和微观组织变化。 第十-十章：特种加工方法 II：超精密磨削与抛光 深入研究了实现镜面光洁度和亚微米级精度所需的磨削技术，如砂轮的修整技术、冷却液的精确输送。在抛光方面，详细介绍了化学机械抛光（CMP）的机理，以及磁流变抛光（MRF）和离子束抛光在光学元件和半导体晶圆制造中的关键作用。 第十二章：微纳加工技术综述 本章将视野扩展到微米以下尺度，概述了光刻（Lithography）、电子束刻蚀（E-beam Etching）在制造微机电系统（MEMS）中的流程。探讨了软光刻（Soft Lithography）技术在快速原型制作中的潜力。 --- 第四部分：精密装配与系统集成 讨论了如何将高精度部件组合成稳定可靠的功能系统的工程方法。 第十三章：精密定位与夹持技术 研究了如何实现工件在加工、测量和装配过程中的亚微米级重复定位精度。介绍了气浮轴承、磁悬浮导轨在消除摩擦和提高动态响应方面的应用。讨论了柔顺机构设计在实现复杂运动轨迹时的优势。 第十四章：连接技术与粘接界面控制 精密连接不仅是简单的结合，更涉及界面力学。本章分析了超声波焊接、激光钎焊的工艺窗口，并重点讨论了结构胶粘剂的选择标准、表面预处理（如等离子活化）对粘接强度的影响，以及长期服役下的蠕变与老化问题。 第十五章：计量与在线检测技术 介绍了高精度测量仪器的工作原理，如激光干涉仪、接触式探针、光学非接触式三坐标测量机（CMM）。强调了计量不确定度的评估方法，并阐述了在制造过程中如何通过闭环控制实现“边加工边测量”（In-process Metrology）。 --- 第五部分：精密制造系统的自动化与智能控制 本部分展望了面向工业4.0的智能制造趋势在精密领域中的体现。 第十六章：机床热误差的实时补偿 超越静态补偿，本章讲解了如何利用分布式温度传感器网络和有限元模型，对机床主轴、进给系统的热漂移进行实时、动态的补偿算法设计，以维持加工误差在最小范围内。 第十七章：人工智能在工艺优化中的应用 探讨了如何利用机器学习（ML）模型来处理大量的传感器数据，预测刀具寿命、优化进给速度和切削参数组合，以最大化材料去除率的同时保持质量稳定。 第十八章：自动化与机器人集成 研究了高精度机器人（如并联机器人）在精密装配任务中的路径规划、视觉伺服控制。讨论了如何利用力/力矩传感器实现对装配过程的柔顺控制，避免对敏感部件造成损伤。 第十九章：系统集成与可靠性工程 从系统工程的角度审视精密设备的设计流程，强调设计鲁棒性（Robust Design）。讨论了如何通过FMEA（失效模式与影响分析）方法来识别和缓解潜在的系统级风险。 第二十章：面向增材制造的精密设计（DfAM） 针对选区激光熔化（SLM）等增材制造技术，讨论了如何调整零件几何形状以适应增材制造的固有缺陷（如残余应力、孔隙率），从而制造出具有可预测机械性能的精密功能部件。 --- 本书配有大量的工程实例分析、详细的数学推导和丰富的图表数据，是精密机械领域研究人员和工程师不可或缺的工具书。
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