具体描述
本书为教育部高职高专机械工程类专业的统编教材之一。根据《金属切削原理与机床课程的基本要求和教材编写大纲，遵循“拓宽基础，强化能力，立足应用，激发创新”的原则而编写的。本书的主要内容包括：金属切削原理、金属切削机床和金属切削刀具三大部分。重点介绍车削过程基本规律及其应用；车床、磨床和铣床能完成的主要工作、组成、结构特征、传动系统分析和车刀、砂轮、铣刀的种类、构造、几何参数及其选用、切削力的计算等。并简要介绍滚齿机、钻床、镗床、插床、拉床、刨床等能完成的主要工作和基本构造，滚刀、钻头、铰刀、镗刀、复合孔加工刀具、拉刀等刀具的组成、种类、加工方式和切削用量的确定等。本书遵循专业理论为专业技能服务的基本原则和注重对学生专业能力、解决问题的能力的培养，以满足学生服务生产第一线的需要。
现代机械制造技术与实践：从材料科学到精密加工 本书导读： 在全球制造业向高端化、智能化转型的浪潮中，对材料行为的深刻理解、先进制造工艺的掌握以及对复杂机电系统的驾驭能力，已成为衡量一个国家工业实力的核心指标。本书旨在为工程师、技术人员和相关专业学生提供一个全面、深入且高度实用的知识框架，涵盖从基础材料科学的微观层面到现代精密制造的宏观应用，重点关注那些驱动现代工业进步的关键技术领域。 本书的结构设计遵循了“基础理论先行，应用技术深化”的逻辑主线，共分为五大部分，共计二十章内容，旨在构建一个完整且相互关联的知识体系。 --- 第一部分：先进材料的结构、性能与选择 (Materials Science for Manufacturing) 本部分聚焦于制造过程中至关重要的基础——材料。我们不仅探讨传统金属材料的晶体结构、相变规律，更深入分析现代工程中应用日益广泛的新型复合材料和智能材料的特性。 第一章：工程材料的微观结构与宏观性能 详细阐述金属、陶瓷和高分子材料的原子排列、晶格缺陷（如位错、晶界）如何直接影响材料的强度、硬度、韧性和疲劳寿命。重点解析热处理过程对微观结构和机械性能的调控机制，例如固溶强化、沉淀强化、晶粒细化等对性能的决定性作用。 第二章：高性能工程合金的开发与应用 本章深入探讨现代工业对特殊性能材料的需求。内容涵盖高强度低合金钢（HSLA）、耐热合金（如镍基、钴基高温合金）在极端温度和应力环境下的性能表现。同时，对功能性材料如形状记忆合金和压电陶瓷在传感和驱动方面的最新应用进行分析，强调材料选择与应用环境匹配的重要性。 第三章：材料的表面工程与防护技术 材料的失效往往始于表面。本章着重介绍提高材料表面耐磨性、耐腐蚀性的关键技术，包括但不限于：热浸镀、化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）以及先进的表面改性技术，如激光熔覆和离子注入，并分析这些技术如何延长关键零部件的使用寿命。 --- 第二部分：现代切削理论的拓展与优化 (Advanced Material Removal Theory Expansion) 虽然本书不涉及金属切削的传统原理，但我们关注的是超越传统方法的现代材料去除过程，特别是针对难加工材料和高精度要求的工艺。 第四章：高速和超高速加工中的热力学效应 在极高进给速度下，切削区域的温度和应力分布发生了本质变化。本章详细分析了高速切削过程中的热源、热流密度分布模型，以及热影响区（HAZ）的形成与演变。重点讨论了由热量引起的工件残余应力和表面完整性的变化，并提出相应的冷却与润滑策略。 第五章：非传统材料去除工艺的机理与控制 随着材料的进步，传统机械加工的局限性日益凸显。本章全面介绍非接触或微接触的材料去除技术，包括电火花加工（EDM）的放电物理过程、激光加工（切割、熔化、汽化）的光热耦合效应、以及超声波辅助加工中的非线性振动机制。针对这些工艺的参数优化和过程监控技术进行了深入探讨。 第六章：刀具材料科学与寿命预测模型 刀具作为加工过程中的核心要素，其性能直接决定了生产效率和质量。本章深入分析新型硬质合金、陶瓷刀具和聚晶金刚石（PCD）材料的微观结构、涂层技术（如多层复合涂层）。重点介绍基于磨损机理的刀具寿命预测模型（如Taylor模型扩展、基于有限元分析的磨损预测）。 --- 第三部分：精密成形与连接技术 (Precision Forming and Joining Technologies) 现代制造不仅仅是去除材料，更依赖于高效、精确地塑造和连接材料。 第七章：冷/热塑性压力加工的本构关系 本章详细解析锻造、冲压和挤压等压力加工过程中的材料流动规律。引入复杂材料的本构模型（如弹塑性模型、粘塑性模型），用于模拟大变形过程中的应力路径和金属流线分布，指导模具设计以避免缺陷产生。 第八章：增材制造（AM）的物理模型与后处理 增材制造已成为颠覆性的制造手段。本书重点探讨基于粉末床熔融（PBM）和定向能量沉积（DED）技术的物理过程，包括激光/电子束的能量输入、粉末的熔化、液态金属池的稳定性、以及凝固过程中的组织演变。同时，详细阐述增材制造件的孔隙率控制、残余应力消除和热等静压（HIP）等关键后处理技术。 第九章：现代连接技术：焊接、钎焊与扩散连接 探讨高可靠性连接技术的科学基础。在焊接方面，聚焦于激光深熔焊和电子束焊的能量输入控制与冶金反应。在连接方面，深入分析液相烧结、固相扩散连接中界面相的形成机制，及其对连接强度的影响。 --- 第四部分：数字化与智能制造系统 (Digitalization and Smart Manufacturing Systems) 本部分关注如何利用信息技术和控制科学来驱动和优化整个制造流程。 第十章：制造系统的建模与仿真 介绍如何使用系统工程的视角对复杂的柔性制造系统（FMS）和自动化生产线进行建模。重点讲解离散事件仿真（DES）方法，用于评估系统吞吐量、资源分配和瓶颈识别。同时，阐述基于数字孪生（Digital Twin）的概念框架，实现物理资产与虚拟模型的实时映射与预测。 第十一章：先进数控与运动控制理论 本书不探讨具体机床的结构，而是聚焦于驱动这些机床的核心控制理论。内容包括五轴及以上复杂曲面加工的运动学解算、高精度插补算法（如三次样条插补、B样条插补）的优化，以及伺服系统的响应特性与误差补偿技术（如摩擦补偿、反作用力补偿）。 第十二章：制造过程中的传感器技术与数据采集 阐述在制造环境中获取实时状态信息所需的高速、高精度传感器技术，例如力/扭矩传感器、振动加速度计、非接触式温度传感器等。重点讨论如何对采集到的海量数据进行预处理、特征提取，为在线质量预测奠定基础。 --- 第五部分：质量保证与过程可靠性工程 (Quality Assurance and Process Reliability Engineering) 制造的最终目标是稳定地交付符合规格的产品。本部分关注如何量化和控制制造过程中的不确定性。 第十三章：计量学与几何量测量 本章介绍现代精密测量的原理和应用。涵盖基于光学干涉的超高精度测量技术、三坐标测量机（CMM）的误差修正与校准。特别强调了接触式和非接触式测量方法在复杂曲面和微结构检测中的适用性选择。 第十四章：公差设计与尺寸链分析 深入探讨基于概率的公差设计（GD&T的统计学基础），而非传统的完全配合。详细介绍线性与非线性尺寸链的解算方法，以及如何通过蒙特卡洛模拟来评估装配体的功能可靠性。 第十五章：制造过程的可靠性与寿命预测 从系统可靠性理论（如Weibull分布、加速寿命试验）的角度审视制造过程的稳定性。探讨如何通过过程能力指数（Cp, Cpk）来评估工艺的稳健性，并引入了基于风险的维护（RBM）策略在生产设备管理中的应用。 --- 总结展望： 本书力求提供一个贯穿材料、工艺、装备与信息化的综合视角。学习者将能够掌握在高度复杂和动态变化的制造环境中，进行科学决策和技术创新的核心能力，为迎接工业4.0乃至更先进制造时代的挑战做好充分准备。
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