数控机床结构原理与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京理工大学

作者:陈子银，陈为华主

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:2006-8

价格:32.00元

装帧:

isbn号码:9787564007751

丛书系列:

图书标签:

• 机床
• 数控机床
• 机床结构
• 数控技术
• 机械工程
• 制造技术
• 工业自动化
• 机械设计
• 数控编程
• 机电一体化
• 精密机械

《精密制造的基石：现代机械工程设计概论》 本书旨在为读者提供一个全面、深入的现代机械工程设计视角。它不仅仅是一本介绍机械零部件的图册，更是一次关于如何将科学原理转化为实际、高效、可靠工程解决方案的探索。全书围绕着“设计”这一核心概念展开，从最基础的物理定律出发，逐步引导读者理解复杂机械系统的构建过程。 第一章：工程设计的哲学与方法论 本章着重于阐述工程设计背后的思维方式和基本原则。我们将首先探讨工程设计的本质——如何从一个需求出发，通过一系列逻辑判断和创造性思维，最终产出能够满足该需求的实体。这包括对“功能性”、“经济性”、“安全性”、“环境友好性”等工程设计核心要素的深入分析。我们将追溯工程设计思想的发展历程，从手工制造时代的经验法则，到现代基于模型的设计（MBD）和数字化设计（CAD）的演变，理解技术进步如何不断重塑设计流程。 在方法论方面，本书将介绍几种主流的设计流程模型，例如瀑布模型、敏捷设计等，并分析它们各自的优缺点及适用场景。重点会放在“需求分析”阶段，强调如何准确、完整地捕捉用户需求，并将其转化为明确的设计指标。随后，我们将讨论“概念设计”的核心活动，包括头脑风暴、方案比较、技术可行性评估等，以及如何在早期阶段规避潜在的设计风险。 此外，本章还将触及“创新思维”在工程设计中的作用，介绍一些激发创造力的工具和方法，如TRIZ理论、头脑风暴法、强制联系法等。理解如何打破思维定势，从不同角度审视问题，是实现突破性设计的关键。最后，本章会强调“伦理道德”在工程设计中的重要性，包括产品责任、可持续发展等议题，引导读者树立负责任的工程师价值观。 第二章：材料科学在机械设计中的应用 材料是构成一切机械系统的基础。本章将深入探讨各种工程材料的性能特点及其在机械设计中的选择依据。我们不会停留在列举金属、陶瓷、聚合物、复合材料的简单介绍，而是会剖析它们在微观结构、宏观性能上的内在联系。例如，我们将详细讲解金属的晶体结构、合金化、热处理对其力学性能（强度、韧性、硬度）、耐腐蚀性、耐高温性能的影响。 对于高分子材料，我们将关注其链结构、交联程度、添加剂等如何影响其弹性、塑性、蠕变、抗老化能力。陶瓷材料则会聚焦于其高硬度、耐磨损、耐高温特性，以及脆性这一主要挑战，并介绍如何通过材料设计或复合化来克服。复合材料的章节将重点分析纤维增强、基体材料的协同作用，以及如何利用不同材料的优势来设计出高性能的结构。 本章还将引入“材料选择决策树”或“材料性能评价矩阵”等工具，指导读者如何根据设计要求（载荷、环境、成本、寿命等）系统地筛选和评估材料。我们会通过具体的案例，如航空发动机叶片、汽车传动轴、医疗植入物等，说明材料选择的复杂性和关键性。此外，对材料的失效模式（如断裂、疲劳、磨损、腐蚀）的理解，也将是本章的重要组成部分，因为了解材料如何失效，才能更好地设计出避免失效的结构。 第三章：机械零件的设计原则与分析 本章将聚焦于机械设计中最基本的构成单元——机械零件。我们将从零件的功能出发，分析其受力情况，并据此进行尺寸设计和形状设计。内容将涵盖轴、联轴器、齿轮、轴承、弹簧、紧固件等常见零件的设计方法。 对于轴类零件，我们将重点讲解其弯曲、扭转、弯扭组合应力下的强度校核与刚度计算，以及如何考虑其轴承支撑、键槽、油孔等工艺结构。联轴器部分将介绍不同类型联轴器的特点、适用范围及计算方法，如刚性联轴器、弹性联轴器。 齿轮设计将是本章的重点之一。我们会详细讲解直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、锥齿轮等的设计计算，包括模数、压力角、齿数、齿宽等参数的确定，以及齿轮的强度校核（齿根弯曲强度、齿面接触强度）。在此基础上，还会简要介绍齿轮的传动精度、效率及润滑等相关知识。 轴承作为重要的运动支承部件，我们将对其进行分类介绍，如滚动轴承（球轴承、滚子轴承）、滑动轴承，并讲解其选型原则、当量动载荷的计算以及寿命的估算。弹簧的设计将涉及不同类型弹簧（螺旋压缩弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧、板弹簧）的应力分析、刚度计算及疲劳寿命校核。 此外，本章还将涉及零件的材料力学基础，如应力、应变、弹性模量、泊松比等基本概念，以及几种主要的失效判据，如第一强度理论（最大拉应力理论）、第二强度理论（最大剪应力理论）、第三强度理论（偏应力理论）、第四强度理论（应力张量圆）等。我们还将讨论塑性变形和屈服的概念，以及如何通过材料属性和几何形状来控制零件的变形。 第四章：机械系统的集成与可靠性设计 在理解了单个零件的设计原理后，本章将把目光放宽到整个机械系统的层面。我们将探讨如何将分散的零件高效、合理地组合成一个完整的机械系统，并确保系统在预期的工作条件下长期稳定可靠地运行。 “系统集成”方面，我们将讨论模块化设计、标准化与系列化在机械设计中的重要性，以及如何通过合理的结构布局、连接方式来实现各部件之间的协调工作。例如，我们将分析一个完整的传动系统（电机-联轴器-减速器-传动轴-执行机构）是如何被设计和集成的，以及如何进行整体的动力学分析。 “可靠性设计”将是本章的另一个核心。我们将介绍可靠性的基本概念，如失效率、平均无故障时间（MTTF）、平均故障间隔时间（MTBF）等。重点将放在如何通过设计手段来提高机械系统的可靠性。这包括“冗余设计”（如并联冗余、串联冗余）、“降额设计”（如使零件工作在远低于其极限应力的状态）、“容错设计”（如设计能够检测并隔离故障的机制）。 我们会深入探讨“故障模式与影响及危害性分析”（FMEA）这一重要的可靠性工程工具，引导读者如何系统地识别潜在的故障模式，分析其发生概率、影响程度，并提出相应的预防措施。同时，本章还将介绍“试验设计”（DOE）在优化设计和验证可靠性中的应用，以及如何通过各种可靠性试验（如加速寿命试验、环境试验）来评估和提高产品的可靠性。 此外，本章还会触及“可维护性设计”和“可制造性设计”（DFM/DFA）的概念，强调在系统设计阶段就应考虑产品的易于维修、易于生产的特性，从而降低全生命周期的成本，并提升用户体验。 第五章：现代机械设计方法与工具 随着科技的飞速发展，机械设计领域涌现出大量先进的设计方法与工具。本章将介绍这些现代技术如何改变和提升传统的机械设计流程。 “计算机辅助设计”（CAD）是现代机械设计不可或缺的组成部分。我们将介绍主流的3D CAD软件在零件建模、装配、工程图绘制方面的强大功能，以及参数化设计、关联设计等核心理念。我们将重点讲解如何利用CAD工具进行曲面造型、实体建模、尺寸标注、公差标注，以及如何进行模型管理和版本控制。 “计算机辅助工程”（CAE）是CAD的延伸，它将设计模型转化为仿真模型，用于进行各种工程分析。本章将详细介绍几种重要的CAE分析技术： 有限元分析（FEA）：用于分析结构的应力、应变、变形、模态、热应力等。我们将介绍FEA的基本原理，网格划分的重要性，以及如何解读分析结果。 计算流体动力学（CFD）：用于分析流体的流动、传热、传质等现象。我们将讨论CFD在泵、阀、冷却系统等设计中的应用。 多体动力学（MBD）：用于分析机械系统的运动学与动力学特性，如机构的运动规律、速度、加速度、力的传递等。 拓扑优化：利用算法自动寻找最优的材料分布，以实现轻量化或提高强度。 本章还将介绍“计算机辅助制造”（CAM）和“逆向工程”等概念。CAM将设计模型转化为机床的加工指令，实现了设计与制造的无缝衔接。逆向工程则可以从现有实体零件出发，通过扫描等方式获取其三维模型，为改进设计或复制提供了可能。 最后，本章将展望未来机械设计的发展趋势，如数字化孪生（Digital Twin）、人工智能（AI）在设计优化中的应用、增材制造（3D打印）对传统制造模式的颠覆等，鼓励读者保持学习的热情，紧跟技术前沿。 通过以上五章的学习，读者将能够建立起一个系统、完整、现代的机械工程设计知识体系，为解决实际工程问题奠定坚实的基础。本书致力于培养读者严谨的工程思维，以及运用先进技术解决复杂问题的能力。

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从一个偏向维护和故障诊断的角度来看，这本书简直是维修人员的“武功秘籍”。我之前主要负责旧机床的现代化改造工作，很多老旧设备缺乏详尽的原始资料。这本书里对各个系统（如润滑系统、冷却系统、排屑系统）的典型结构和常见故障模式的梳理，堪称经典。例如，它详细描述了液压系统中的蓄能器在不同负载下的工作压力变化规律，这对判断蓄能器是否失效非常关键。更实用的是，书中列出了一系列基于振动频谱分析来判断主轴轴承寿命的参考图谱，这对于我们进行预防性维护提供了客观依据，避免了等到故障发生后再进行昂贵的停机维修。坦白说，很多操作手册只告诉你“如果出现A现象，执行B操作”，但这本书会告诉你“A现象的深层机械原因是什么，以及B操作背后的力学原理是什么”。这种追本溯源的讲解方式，极大地提升了我们团队解决非标、疑难故障的效率和准确性，让我们从单纯的“换件工”蜕变为真正的“技术专家”。

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这本关于数控机床结构原理与应用的著作，对于我们这些常年在生产一线摸爬滚打的工程师来说，简直就是久旱逢甘霖。我特别欣赏作者在阐述复杂机械结构时的那种化繁为简的能力。比如，书中对主轴箱体结构的热变形补偿原理的讲解，不同于以往那些枯燥的理论堆砌，而是结合了实际机床的案例，详细剖析了不同材料、不同装配工艺对最终加工精度可能产生的影响。读起来感觉就像是坐在经验丰富的老专家手把手地教你，每一步的逻辑推导都清晰可见。特别是关于刀库和刀塔的切换机构部分，作者不仅画出了精密的剖视图，还对不同类型换刀机构的优缺点进行了深入对比，让我对如何根据工件特性选择最高效的换刀系统有了更直观的认识。我记得有一次我们车间新引进的五轴联动加工中心在进行复杂曲面铣削时出现了微小误差，翻阅了这本书后，我立刻锁定到可能是某关键导轨副的间隙补偿参数设置不当，经过现场校准后，问题迎刃而解。这种理论指导实践的有效性，是衡量一本技术书籍价值的最高标准，这本书无疑做到了这一点。

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作为一名长期从事数控机床销售与市场推广的专业人士，我发现这本书是绝佳的“赋能工具”。客户在询价时，往往会提出非常具体的技术挑战，比如“我们需要加工Ti-6Al-4V合金，对表面完整性要求极高，你们的机床能满足吗？”如果我仅仅背诵一些市场宣传的口号，是无法打动这些资深技术人员的。这本书里关于机床阻尼特性、床身材料的动态模量选择，以及如何通过优化驱动系统的刚度来抑制切削振动的详细论述，为我提供了最坚实的技术后盾。我可以清晰地向客户解释我们产品设计上的独到之处，指出我们的结构设计是如何从根本上解决了高速切削中常见的颤振问题。相比于那些只停留在功能介绍层面的资料，这本书的深度允许我与客户进行真正平等的、基于工程原理的对话，这极大地提升了我的专业形象和销售的成功率。它不仅是技术人员的宝典，更是优秀销售人员的“秘密武器”。

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我是在大学阶段偶然接触到这本书的，当时正在为毕业设计中数控系统伺服回路的优化而焦头烂额。这本书对我最大的启发在于其对运动控制系统与机械结构之间耦合关系的深刻洞察。它不仅仅是简单地描述了各个组成部分是什么，更重要的是解释了为什么它们必须以那种方式设计和集成。书中关于滚珠丝杠副预紧力的计算模型，以及如何通过调整间隙来平衡刚度与摩擦阻力的讨论，非常详尽且富有启发性。我记得书中有一章专门讲到了机床动态刚度的测试方法和改善措施，那套流程图式的分析方法，直接成为了我毕业论文的核心框架。相较于市面上那些侧重于编程指令的教材，这本书更像是搭建了理解数控机床“灵魂”的骨架，没有这个骨架，任何高深的软件算法都只是空中楼阁。即便是现在我进入研发部门工作多年，遇到一些新的高速加工挑战时，我依然会时不时地翻阅这本书中关于高速进给系统减振降噪的章节，每次都能从中挖掘出新的思路和验证方向，其内容的深度和广度，远超出了一个普通参考手册的范畴。

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我是一个刚刚接触机械设计领域的研究生，对数控机床的认识还停留在“电脑控制的车床和铣床”这个层面。然而，阅读这本书的过程，完全颠覆了我的初步印象。作者在开篇就构建了一个宏大的数控系统集成化视图，将机、电、控、液、气等多个学科的知识点巧妙地编织在一起。我特别喜欢书中对静对中误差、反向间隙和螺距误差进行量化分析的部分，它不仅仅是给出了数学公式，而是通过实例展示了这些误差在实际加工中如何累积并最终影响零件的几何精度和表面粗糙度。此外，书中对高性能机床的结构布局优化进行了前瞻性的探讨，例如采用龙门式与C型架的结构对比分析，让我理解了为什么有些高精度零件必须选择特定的机床构型。这本书的阅读体验，更像是一堂系统工程导论课，它教会了我如何用一个整体的、跨学科的视角去审视一台复杂的精密制造设备，而不是孤立地看待它的每一个零部件。

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