具体描述
《机械设计基础》是根据教育部制定的《高职高专教育机械设计基础课程教学基本要求》，并结合编者多年的高等职业教育教学实践经验编写而成的。全书除附表外共16章，主要介绍了一般机械中通用零部件的结构和常用机构的运动特性、工作原理、工程应用，最后给出了机械传动方案设计及零件强度计算的一般方法。全书力求能为学生提供比较完整的机械设计的基础知识和基本思路，同时引入了较新的内容，如机构创新设计、非圆齿轮传动、谐波齿轮传动、摆线针式齿轮传动等。集多年机械设计基础课程教学经验和课件开发经验，作为一种尝试，在书中提供了大量的立体图例和实物图例，其目的在于化抽象的平面图例为简捷形象的立体图例，帮助学生识读零部件图，便于学习掌握零部件的结构及相互连接关系，有利于培养学生工程意识和分析问题、解决问题的能力。同时，对于复杂的过程给出了中间环节的图画，以利于学习者的理解。《机械设计基础》可供高等职业技术院校的机械类、机电类专业学生使用，也可作为职工培训教材，参考学时为90～110学时左右。
现代精密制造技术前沿 本书聚焦于21世纪以来，制造业领域发生的深刻变革及其核心驱动力——现代精密制造技术。它并非传统机械设计原理的复述或延伸，而是对如何利用先进的材料科学、信息技术和控制系统，实现前所未有的制造精度、复杂度和效率的深度探索。 第一部分：超精密加工与表面工程的革新 本部分深入剖析了超越传统刀具制造极限的加工方法，着眼于亚微米乃至纳米尺度的形面控制。 1.1 增材制造（Additive Manufacturing, AM）的工艺极限与材料科学 本书详细考察了选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）以及高精度光固化（SLA/DLP）技术在复杂结构制造中的应用。重点不再是“能打出来”，而是“打出来后如何确保性能”。我们探讨了增材制造过程中固有的残余应力、孔隙率控制以及各向异性力学性能的微观成因。特别是针对航空航天和生物医学植入件，我们引入了“结构拓扑优化与材料微结构耦合设计”的理论框架，阐述如何通过过程参数（如激光功率密度、扫描策略）的实时调控，实现晶粒细化和缺陷的定向抑制。 1.2 非传统去除加工（Non-conventional Machining）的精细化控制 探讨了超声波加工（USM）、电火花加工（EDM）和激光烧蚀加工在硬脆材料、高强度合金和复杂曲面加工中的最新进展。核心内容在于“过程状态的在线监测与反馈控制系统”。例如，在微孔电火花加工中，如何利用高频电压脉冲的响应时间变化，实时判断电极侵蚀速率与加工表面粗糙度的关系，从而实现闭环控制，将表面粗糙度（Ra）稳定在50纳米以下。此外，还涵盖了流体动力学抛光（Magnetorheological Finishing, MRF）和离子束抛光等接触式极低损伤加工技术，以满足光学元件和半导体晶圆对表面平整度的极端要求。 1.3 先进功能表面工程 本章超越了简单的涂层应用，专注于通过表面改性技术赋予材料特定的物理或化学功能。内容包括：等离子体增强化学气相沉积（PECVD）和原子层沉积（ALD）在构建超薄、高均匀性、高介电常数薄膜中的应用，特别是在微机电系统（MEMS）器件中的抗摩擦和防腐蚀需求。同时，深入研究了激光诱导的表面熔覆和相变硬化技术，如何精确控制热影响区（HAZ）的宽度和显微硬度梯度，以提升关键接触面的疲劳寿命。 第二部分：微纳尺度集成与制造系统 本部分将视角聚焦于如何将功能单元集成到极小的空间内，这要求制造系统本身具备极高的集成度和柔性。 2.1 微机电系统（MEMS）与纳米机电系统（NEMS）的制造路径 本书详细梳理了从硅基、玻璃基到聚合物基的MEMS器件制造流程。重点分析了深反应离子刻蚀（DRIE，如Bosch工艺）的侧壁形貌控制、薄膜的应力匹配对器件性能的影响。对于NEMS制造，探讨了利用电子束光刻（EBL）和聚焦离子束（FIB）技术进行直接写入的局限性与精度提升方法，以及新兴的自组装技术在批量制造纳米结构中的潜力。 2.2 高精度运动控制与误差源分析 现代精密制造设备（如高精度机床、扫描电子显微镜）的性能瓶颈往往在于运动系统的精度。本章摒弃了基础的运动学描述，转而关注“系统误差的解耦与补偿”。内容包括：纳米级位移台（如压电陶瓷驱动器）的滞后效应、蠕变现象的建模与补偿算法；高速运动中由气流、振动和热漂移引起的误差，以及如何运用激光干涉仪、容栅系统进行多维度的实时误差溯源与校正。引入了基于模型的先进控制器（如$H_infty$控制或滑模控制）在抑制高频振动方面的应用。 2.3 柔性制造系统（FMS）与工业物联网（IIoT） 本章探讨了“智能工厂”的概念如何通过制造技术实现落地。核心在于“数据驱动的制造过程优化”。详细介绍了传感器技术（如声发射、扭矩/力传感器）在采集加工过程中的高频数据，以及如何利用机器学习算法（如深度神经网络）对这些数据进行实时模式识别，预测刀具磨损、工件表面质量波动。此外，还分析了高速、低延迟的网络架构（如5G在制造现场的应用）如何支持多台设备间的协同作业和远程诊断。 第三部分：先进材料的成形与连接技术 本部分关注传统加工难以处理的新型高性能复合材料和难焊材料的连接挑战。 3.1 复合材料（Composites）的精确成形 针对碳纤维增强复合材料（CFRP）和陶瓷基复合材料（CMC），本书侧重于如何避免分层、纤维损伤和孔隙的产生。研究了预浸料的自动铺放（ATL/AFP）工艺中的张力控制、纤维路径的优化设计，以及在热压罐固化过程中压力与温度的耦合曲线设计，以最大限度地发挥材料的各向异性强度。对于陶瓷基复合材料，则重点研究了低温共烧陶瓷（LTCC）和反应烧结的精确控制。 3.2 异种材料的先进连接技术 传统焊接方法在连接高熵合金、钛合金与铝合金等异种材料时常出现脆性金属间化合物的形成。本书重点介绍“固态连接技术”。深入分析了搅拌摩擦焊（FSW）中工具设计对塑性流动和界面混合的影响，以及爆炸焊接、扩散连接等技术在保证界面宏观和微观完整性方面的工艺窗口控制。 --- 本书的读者对象是致力于解决复杂工程问题的研发工程师、高级技术人员以及研究生。它要求读者具备扎实的工程基础知识，旨在推动读者从“理解机械如何工作”跃升至“如何精确、高效地创造出具有特定物理功能的精密部件”。
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