具体描述
为适应当前高等学校“机械工程材料与热加工工艺”课程学时压缩的教学要求，本教材地教学内容进行了必要的精简和调整，着重介绍各类工程材料的组织结构、热加工工艺及性能特点和应用范围，去掉过深的理论和繁冗的工艺细节，保留必要的原理和工艺技术，以使读者掌握必要的材料及热加工知识和有关的基本理论。本书包括：金属材料的力学性能、金属及合金的结构与结晶、铁碳合金相图、钢的热处理、工业用钢、有色金属及其合金、非金属材料及新型材料、铸造、金属压力加工、焊接共10章。本书另配有习题集和实验指导书，并配有用PowerPoint编写的教学课件。本书主要供机械制造、设计类和管理工程类各专业大学本科学生使用，也可供从事机械制造和设计的工程技术人员参考。
《精密机械设计与制造：面向先进制造的理论与实践》 书籍定位： 本书旨在为机械工程、材料科学、制造工程以及相关交叉学科的高年级本科生、研究生以及致力于提升现代制造技术水平的工程师和技术人员，提供一套系统、深入且紧密结合当前产业前沿的精密机械设计与制造理论和实践指导。它聚焦于如何实现亚微米乃至纳米级的精度控制、如何应对复杂功能结构的高效集成，以及如何将先进材料的特性最大化地转化为可靠的机械性能。 内容结构与核心主题： 本书内容组织上遵循“理论基础—关键技术—系统集成—前沿展望”的逻辑链条，共分为六大部分，二十章内容。 第一部分：精密机械设计基础与误差理论（第1-4章） 本部分构建了精密制造的理论基石。 第1章：精密机械系统的概念与特性： 深入探讨了传统机械与精密机械的本质区别，重点分析了精密系统中的误差源、误差链分析方法，以及如何量化和评估系统精度（如形位公差、表面粗糙度的统计学处理）。 第2章：微振动与动态稳定性分析： 详细阐述了影响精密加工和装配过程的环境振动、结构固有振动特性，以及主动和被动隔振技术的设计原理与选型标准。内容覆盖了从基础的傅里叶分析到复杂的模态分析在系统稳定性评估中的应用。 第3章：精密运动学与误差补偿： 研究了复杂运动机构（如并联机构、度数自由度机构）的反向运动学求解、刚度分析及非线性和摩擦补偿策略。特别强调了基于模型预测控制（MPC）的误差实时修正方法。 第4章：热误差建模与控制： 阐述了精密设备中，由于环境温度变化、内部元件发热导致的结构变形机制。包括了稳态与瞬态热传导分析，以及如何通过热平衡设计、主动温控系统来最小化热漂移。 第二部分：先进材料在精密机构中的应用（第5-7章） 本部分着重于材料选择对精密设备性能的决定性影响。 第5章：超高模量与低热膨胀材料： 探讨了诸如碳化硅（SiC）、石英玻璃、超低膨胀合金（ULE）等材料的微观结构、力学性能及在精密光学仪器、高精度测量设备中的应用案例与失效分析。 第6章：功能梯度材料与智能材料在驱动中的集成： 介绍了如何利用功能梯度材料（FGM）实现材料性能在空间上的平滑过渡，以适应复杂载荷分布。重点分析了压电陶瓷、磁致伸缩材料在纳米级驱动器中的本构关系、驱动效率及迟滞现象的抑制。 第7章：超表面与微纳结构材料加工挑战： 概述了光子晶体、超透镜等先进表面结构对材料制备精度的极高要求，以及在这些材料表面实现纳米尺度图案化的关键技术瓶颈。 第三部分：超精密加工技术（第8-11章） 本部分聚焦于实现高精度表面和复杂几何形状的制造工艺。 第8章：金刚石车削与铣削的切削机理： 深入分析了在低转速、小切深条件下，材料的塑性变形、断裂行为与刀具磨损规律。探讨了如何通过优化刀具几何形状和加工参数来控制表面残余应力与微观形貌。 第9章：非接触式加工技术——激光与电火花精密化： 详细介绍了飞秒激光微加工在透明介质和硬脆材料中的优势，包括等离子体形成与烧蚀阈值。同时，分析了微型电火花加工（Micro-EDM）中电极制造、火花稳定性控制及小孔加工的效率提升策略。 第10章：研磨、抛光与超精表面形成： 侧重于如何通过化学机械抛光（CMP）和磁流变抛光（MRF）实现极低RMS粗糙度（<1nm）。涵盖了磨料粒度分布控制、抛光液的化学作用以及在线形貌反馈技术。 第11章：微纳成形与模具制造： 探讨了注塑、压印等复制成形技术在高精度模具制造中的应用，包括深光刻、电子束光刻技术在模具原型制作中的流程与精度限制。 第四部分：精密测量与在线反馈（第12-15章） 本部分强调测量在闭环控制中的核心地位。 第12章：接触式与非接触式精密测量： 系统对比了激光干涉仪、共聚焦显微镜、原子力显微镜（AFM）在三维形貌、线宽测量中的适用范围与局限性。重点讲解了系统误差源（如环境折射率、光路畸变）的校准流程。 第13章：计量学基础与不确定度评定： 依据ISO标准，详细讲解了测量系统的系统误差、随机误差的量化方法，以及测量结果的不确定度（Uncertainty Budget）的精确计算和报告规范。 第14章：在线过程监控与传感器融合： 介绍了用于实时监测加工过程的传感器，如声发射（AE）、力传感器、实时光学成像系统。阐述了多源异构数据融合技术，以实现对加工状态的全面感知。 第15章：逆向工程与三维重建技术： 探讨了如何利用高精度扫描数据进行逆向建模，特别是在复杂曲面或不规则部件的质量检测与反求设计中的应用。 第五部分：精密装配与系统集成（第16-18章） 本部分关注如何将精密制造的部件组装成稳定可靠的系统。 第16章：柔顺机构与自适应装配： 引入柔顺机构（Compliant Mechanism）的设计原理，用于吸收装配过程中的微小偏差。分析了柔顺机构的刚度建模和疲劳寿命预测。 第17章：高精度连接技术： 涵盖了激光焊接、超声波键合、以及用于微电子封装的倒装焊技术。强调了连接界面质量对整体系统动态性能和长期可靠性的影响。 第18章：自动化精密装配机器人与视觉引导： 讨论了高精度机器人（如六轴或更多自由度）的运动规划、示教再现精度与视觉伺服控制（Visual Servoing）在复杂场景下的应用。 第六部分：面向未来的精密系统（第19-20章） 第19章：微纳制造系统集成（MEMS/NEMS）： 探讨了微机电系统（MEMS）从材料选择、微加工到封装的完整流程，以及面向纳米电子学和生物传感器的制造挑战。 第20章：自主决策与数字化孪生： 展望了如何结合人工智能算法（如强化学习）对精密加工过程进行自主优化，以及建立设备和生产线的“数字孪生”模型，用于预测性维护和远程诊断。 本书特色： 理论与工程的深度融合： 每章理论推导后均附有详细的工程算例或软件仿真分析（如有限元分析FEM的应用案例）。 聚焦前沿技术： 充分涵盖了超快激光加工、功能材料集成、纳米计量学等当前工业界和学术界关注的热点。 实践指导性强： 提供了针对具体设计问题的“设计指南”和“避免常见错误”的提示，直接服务于工程实践。 本书不仅是理论学习的参考书，更是推动中国高端装备制造业向更高精度、更高可靠性迈进的实用技术手册。
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