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页数:154

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出版时间:2002-8

价格:12.60元

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isbn号码:9787040102734

丛书系列:

图书标签:

• 模具设计
• 模具制造
• CAD/CAM
• 数控编程
• 模具工艺
• 机械设计
• 工业设计
• 计算机辅助设计
• 模具技术
• 制造业

深入探究现代工业的心脏：精密机械设计与制造前沿技术 本书聚焦于当代工业制造领域中至关重要的两个核心环节： 精密机械设计理论 与 先进制造工艺实践。它旨在为工程技术人员、高年级本科生及研究生提供一个系统、深入且前沿的学习平台，超越传统工具的范畴，直击现代产品实现过程中的核心挑战与创新方向。 第一部分：面向高性能的机械设计理论与仿真 本部分内容聚焦于如何将功能性、可靠性与可持续性融入到机械产品的初始设计阶段。我们不讨论特定软件的操作流程，而是深入挖掘驱动这些软件和制造过程背后的基础科学原理和工程哲学。 1. 材料科学与结构完整性分析： 先进材料的本构关系与失效预测： 探讨高强度钢、钛合金、镍基高温合金以及高性能复合材料在复杂载荷下的应力-应变行为。重点分析疲劳、蠕变、断裂韧性等关键性能指标，并介绍如何根据服役环境（如极端温度、腐蚀介质）选择和设计材料体系。 结构动力学与振动控制： 深入解析系统的模态分析、随机振动响应及瞬态动力学行为。内容覆盖主动/被动吸振技术、阻尼器的优化配置，以及如何通过结构拓扑优化来提高机械系统的固有频率和刚度，从而满足高速、高精度运行的要求。 拓扑优化与形状优化： 阐述如何基于能量泛函最小化原理，利用梯度下降法或增广拉格朗日方法，在给定约束条件下寻找最佳的材料分布和几何形状。这部分将详细讨论载荷路径的识别、边界条件的敏感性分析，以及如何将优化结果转化为可制造的实体结构。 2. 现代机构学与运动控制： 复杂运动学与动力学建模： 侧重于阐述并联机构、柔顺机构（Compliant Mechanisms）的运动学逆解和正解的求解方法，以及在高速运动中惯性力、科里奥利力等高阶效应的精确建模。 控制系统的集成设计： 探讨如何将控制算法（如PID、滑模控制、模型预测控制）与机械结构进行协同设计（Co-design）。内容包括传感器与执行器的选型、反馈回路的稳定性分析，以及如何设计出能有效补偿摩擦、间隙等非线性因素的高精度运动系统。 第二部分：面向智能化的先进制造工艺与质量控制 本部分将制造过程视为一个信息流、能量流与物质流的集成系统，重点关注如何通过引入数字化和自动化手段，实现制造过程的柔性化、精确化和智能化。 3. 增材制造（AM）的物理过程与后处理： 增材制造的熔池动力学与冶金过程： 详细分析激光/电子束熔融沉积过程中的热传导、流体力学行为，以及快速凝固导致的微观结构演变（如枝晶生长、孔隙形成）。探讨如何通过过程参数的实时调控来抑制缺陷，控制残余应力。 工艺路径规划与支撑结构设计： 研究面向复杂曲面和内部结构的扫描策略优化算法，以最小化成形时间和内应力。深入探讨支撑结构的拓扑设计、负载优化与去除策略，确保成形件的表面质量和力学性能。 后处理的强化技术： 涵盖热等静压（HIP）、热处理对增材制造件微观组织和宏观性能的影响，以及表面精加工技术（如激光抛光、超声波辅助加工）在提高疲劳寿命中的作用。 4. 数字化车间与过程监控： 高精度切削加工中的颤振与稳定性分析： 建立切削过程中的刚度矩阵和阻尼模型，预测刀具与工件系统的动态稳定性边界。介绍主动式切削参数调整策略，以提高材料去除率并保证加工光洁度。 非接触式测量与反向工程： 重点介绍激光三角测量、结构光扫描和CT扫描等三维数据采集技术的原理、精度评估和噪声处理方法。阐述如何利用采集到的点云数据进行偏差分析、形位公差（GD&T）的自动检验，以及工艺参数的反向修正。 制造过程中的数据驱动优化： 探讨如何集成过程传感器（如声发射、力/扭矩传感器）的数据流，利用机器学习模型对加工状态（刀具磨损、表面粗糙度预测）进行实时健康监测与预测性维护（PHM）。 第三部分：系统集成与未来趋势 本部分关注如何将上述设计与制造技术融合成一个高效的数字主线，并展望下一代制造系统的发展方向。 5. 虚拟调试与数字孪生（Digital Twin）： 物理模型与仿真模型的映射： 阐述如何建立高保真度的机械系统数字孪生模型，该模型不仅包含几何信息，还集成材料属性、实时传感器反馈和控制逻辑。 闭环反馈与性能预测： 讲解如何利用数字孪生进行“What-if”场景分析，在不干预实际生产的情况下，验证新工艺参数或控制策略的有效性，从而实现制造流程的优化和风险规避。 本书的特色在于： 它将理论深度与工程实践紧密结合，强调“为什么”（背后的物理和数学原理），而非仅仅停留在“怎么做”（软件界面的操作）。它引导读者跳出单一工具的限制，从系统层面理解现代精密机械产品的设计、制造与优化全过程。

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这本书在理论深度上的挖掘，确实让人耳目一新，尤其是在涉及到**先进数控机床编程与误差补偿**的部分。我一直认为，要真正掌握CAM，必须理解其背后的数学模型和物理限制。这本书没有回避那些看似晦涩的**运动学解算与刀具路径后处理**难题。它用非常清晰的数学语言描述了五轴联动加工中的奇异点规避策略，并且结合了实际机床的运动学参数，推导了如何编写有效的G代码来最大化加工效率和表面光洁度。我曾在一个项目中遇到过复杂的螺旋面加工振刀问题，市面上通用的后处理器生成的代码总是存在微小冗余。翻阅本书后，我才恍然大悟，书中提到的基于**实时曲率变化率的进给速度动态调整模型**，正是解决此类问题的关键所在。这本书不是教你如何记住一堆指令，而是教你理解指令背后的“为什么”，这种知识体系的构建，对于志在成为高级工艺师的人来说，是无可替代的。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面那深邃的蓝色调，配上烫金的标题字体，散发着一种专业且沉稳的气息，让人立刻感受到这不是一本寻常的入门读物，而是面向有一定基础的工程师或技术爱好者的宝典。内页的纸张选择也非常考究，摸起来光滑细腻，油墨的印刷清晰锐利，即便是那些复杂的工程图和三维模型截图，细节也纤毫毕现，阅读体验极佳。我特别喜欢它在章节排版上的用心，图文穿插得恰到好处，没有那种堆砌文字的压迫感。而且，许多关键概念的解释旁边都附带了直观的示意图，使得抽象的理论知识瞬间变得具体化。比如，在讨论**高级曲面造型算法**的那一章，作者并未止步于公式的罗列，而是通过一系列分解步骤图，清晰地展示了Bézier曲面如何逐步逼近目标形态，这对于我们这些在实际项目中经常与复杂曲面打交道的工程师来说，简直是福音。整体来看，从物理质感到信息呈现，这本书在“硬件”和“软件界面”上都达到了一个很高的水准，足见出版方和作者在细节打磨上的投入。

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与市面上那些充斥着特定软件版本截图的教材不同，这本书的视角显得异常宏大和超前，它似乎在有意地弱化对某一具体软件界面的依赖，转而聚焦于**底层数据结构和标准接口协议**。书中花费大量篇幅讨论了STEP、IGES等数据交换格式的内部机制，以及如何通过API接口实现CAD与仿真软件之间的数据无缝链接。这对于那些需要在不同系统间搭建自动化工作流的团队来说，价值巨大。例如，它阐述了如何构建一个自定义的参数化设计模块，通过调用PDM系统中的材料属性库，自动调整设计的几何公差和表面粗糙度要求，并将这些信息直接嵌入到CAM的设置文件中。这种强调**系统集成与互操作性**的理念，体现了作者对未来智能制造环境的深刻洞察，它教会读者如何“站在更高的维度”去驾驭工具，而不是被工具所奴役。

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我花了将近一个月的时间来系统地研读这本书，最令我感到实用和欣慰的是其对**质量控制与逆向工程数据处理**的详尽论述。在现代制造中，逆向工程和质量检测数据回馈日益重要。书中详细剖析了来自三坐标测量机（CMM）或激光扫描仪的点云数据，如何经过**滤波、配准和曲面拟合**，最终转化为可供修改或重新制造的实体模型。作者提供了一套非常实用的流程，用以评估点云数据的信噪比，以及选择最合适的拟合算法（比如从局部T-Spline到全局NURBS的转换策略）。特别值得称赞的是，书中对于**GD&T（几何尺寸和公差）在逆向模型中的应用**进行了专门的探讨，这在很多传统教材中是缺失的一环。它强调了在点云重建过程中，如何确保重建后的模型满足原始设计图纸的公差要求，而不是仅仅追求视觉上的“相似”，这对于航空航天和高端装备制造领域至关重要。

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初次翻阅时，我被其中对**增材制造（3D打印）流程的系统性梳理**所深深吸引。市面上很多相关书籍往往将CAD/CAM作为一个工具箱来介绍，强调软件操作的技巧，但这本书的深度明显超越了单纯的“如何点击鼠标”。它更侧重于**工艺链条的整合与优化**。例如，书中详细分析了从零件设计阶段开始，如何基于所选的打印技术（如SLM或SLA）反向推导结构设计约束，避免了后续因打印失败或精度不达标而造成的返工。我印象最深的是关于**支撑结构设计与拓扑优化**的章节，作者不仅介绍了常见的自动生成算法，还深入探讨了如何根据应力分布和去除难易程度，进行手动或半自动的策略性调整，这无疑是提升最终产品质量的关键一环。这种从设计意图到最终成型的全生命周期视角，让这本书的价值远超了一本技术手册，更像是一部关于现代精密制造哲学的心法。

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