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《现代精密机械设计与制造技术》 内容简介 本书是一本全面而深入探讨现代精密机械设计与制造领域前沿技术和实践应用的综合性专著。在当前工业升级和智能制造浪潮的推动下，对机械产品设计精度、制造质量和系统集成能力的要求日益严苛。本书旨在系统梳理并深入剖析支撑现代精密机械实现高性能的关键理论、先进工艺以及集成化解决方案，为从事高端装备研发、精密仪器制造、自动化系统集成及相关领域研究与工程实践的专业人士和高年级学生提供详实的参考与指导。 第一部分：精密机械设计理论与基础 本部分聚焦于奠定精密机械设计基础的理论框架和方法论。内容首先从误差理论与补偿入手，详细阐述了现代机械系统中几何精度、形位公差（GD&T）的量化描述、传递与累积效应分析。重点讨论了如何利用先进的误差建模技术，如蒙特卡洛模拟、矩阵方法和拓扑优化，实现对设计公差的有效管理和优化。 随后，深入探讨了精密运动学与动力学分析。内容涵盖了高精度机构的运动学正反解、雅可比矩阵分析在柔顺驱动中的应用，以及针对高速、高频振动环境下的机械系统动态特性分析。特别是针对精密装配和运动过程中的非线性效应，如摩擦、间隙和冲击载荷，本书提供了基于有限元分析（FEA）的仿真技术和参数辨识方法，以确保系统在实际工作状态下的稳定性与精度。 在材料选择与结构设计方面，本书强调了轻量化、高刚度与抗疲劳性能的平衡。详细分析了新型工程塑料、先进复合材料在精密仪器中的应用潜力，以及如何运用拓扑优化和晶格结构设计来突破传统结构设计的性能瓶颈。结构的热-力耦合分析是本部分的关键内容，特别是在半导体制造、光学仪器等对温度敏感的领域，如何通过热源识别、瞬态热分析和主动热补偿策略来维持工作精度。 第二部分：先进精密制造工艺 本部分系统介绍了当前支撑高精度、高复杂零件制造的核心工艺技术。 微纳加工技术： 详细阐述了光刻技术（特别是深紫外和极紫外技术的基本原理、掩模制作与套刻精度控制）、反应离子刻蚀（RIE）与深反应离子刻蚀（DRIE）在MEMS/NEMS器件制造中的应用。内容覆盖了非硅材料的精密加工方法，如激光诱导的微纳结构形成和基于液体的自组装技术。 特种加工技术： 深入剖析了电火花加工（EDM）的精细化控制，包括超声波辅助EDM和激光辅助EDM在复杂型腔和硬质材料加工中的优势。对于超精密表面制造，本书详尽介绍了金刚石车削、磁流变抛光（MRF）和离子束抛光（IBS）的技术细节、工艺参数对表面粗糙度和形面精度的影响规律，以及如何实现亚纳米级的表面质量控制。 增材制造（AM）在精密制造中的应用： 本部分着重探讨了选区激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等金属增材制造技术在制造复杂内部流道、点阵结构和整体功能组件中的应用。内容不仅涉及工艺参数对致密度和微观组织的影响，还包括增材制造件的后处理技术，如热等静压（HIP）和残余应力消除，以改善其力学性能和尺寸精度。 第三部分：精密测量与质量控制 精密制造的闭环控制依赖于高精度的在役测量和离线检测技术。本部分着重介绍了面向对象的、高效率的质量保证体系。 非接触式精密测量技术： 详细介绍了激光干涉测量、白光干涉、共聚焦显微镜和原子力显微镜（AFM）在不同尺度下的应用。重点分析了图像处理算法（如相位展开、傅里叶变换）在提高测量分辨率和抗干扰能力方面的作用。对于大尺寸和复杂曲面的测量，本书介绍了激光扫描测量仪的误差源分析和数据配准技术。 接触式精密测量与校准： 涵盖了三坐标测量机（CMM）的工作原理、系统误差标定方法和探针的球形误差补偿。此外，还介绍了接触式轮廓仪和圆度仪在二维形貌检测中的应用与标准规范。 在线质量监控与反馈控制： 本部分探讨了如何将传感器技术（如声发射、振动监测、功率监测）集成到加工设备中，实现对加工过程的实时诊断和预测性维护。内容还包括基于机器视觉和深度学习的缺陷识别系统，用于自动化检测产品表面的微小划痕、孔洞和内部缺陷。 第四部分：系统集成与智能控制 现代精密机械往往是机、电、光、算高度集成的系统。本部分关注如何实现这些复杂系统的协同工作。 精密驱动与控制： 详细阐述了伺服系统的高动态响应设计，包括直线电机、音圈电机和压电驱动器的选型与控制策略。重点分析了高频下的PID控制优化、前馈控制以及鲁棒控制方法在抑制外部扰动和提高跟踪精度方面的应用。 系统误差补偿与集成： 介绍了将多源测量数据融合，通过建立系统误差模型实现整体补偿的技术，如基于模型的误差重构和主动振动抑制系统。这包括对机械结构柔顺性、电机反作用力、热漂移等多因素的综合补偿方案。 智能制造与数字化孪生： 本部分展望了精密制造领域的未来发展方向。内容包括如何利用工业物联网（IIoT）构建精密设备的实时数据采集与分析平台，以及如何通过建立物理实体与虚拟模型之间的“数字孪生”关系，实现对精密生产线的远程优化、状态预测和故障诊断，从而构建高可靠性、自适应的智能制造系统。 本书结构严谨，理论与实例并重，适合作为高等院校机械工程、仪器科学与技术、先进制造工程等专业的研究生教材或高级参考书，同时也是精密仪器制造商、高端装备研发工程师进行技术进阶和项目攻关的实用指南。
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