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页数:126

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出版时间:2009-9

价格:16.00元

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isbn号码:9787111277866

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现代精密制造与自动化：理论与实践前沿 图书名称： 现代精密制造与自动化：理论与实践前沿 图书简介： 在 21 世纪的工业格局中，制造业正经历一场深刻的变革，核心驱动力在于对更高精度、更强柔性和更优效率的极致追求。本书《现代精密制造与自动化：理论与实践前沿》旨在为读者提供一个全面、深入且紧密结合行业前沿的知识体系，超越传统工艺的范畴，聚焦于支撑未来高端装备制造的基石技术。本书的编写严格遵循工程实践的逻辑，内容设计注重理论深度与实际操作的无缝对接，旨在培养新一代具备系统思维和创新能力的制造工程师。 --- 第一部分：精密制造的物理基础与材料科学革新 本部分深入探讨了实现高精度加工的根本物理现象，并考察了先进材料在极端加工环境下的行为特征。 第一章：微观切削机理与表面完整性控制 本章摒弃了宏观的力学模型，转而深入到微米乃至纳米尺度的切削过程。重点分析了刀具与工件之间在极高应力下的材料去除机制，包括塑性变形、断裂、摩擦的耦合效应。详细阐述了影响表面粗糙度、残余应力和表面硬化的关键工艺参数组合。特别引入了表面能量学在预测和控制加工表面质量中的应用，并探讨了如何通过超精密润滑和冷却技术来抑制热影响区（HAZ）的形成，确保航空航天级零件的结构完整性。 第二章：先进功能材料的超精密加工特性 随着新材料如高温合金（如镍基单晶合金）、陶瓷基复合材料（CMC）、以及新型功能梯度材料（FGM）的广泛应用，传统的加工策略已不再适用。本章系统梳理了这些材料的各向异性、热敏感性和脆性特征对加工过程的挑战。详细对比了激光辅助加工、电化学加工（ECM）和电火花加工（EDM）等非传统方法的适用边界。重点分析了在加工这些材料时，如何通过等离子体诱导或化学-机械协同作用来有效降低刀具磨损并提高材料去除率，同时保持材料微观结构的稳定。 第三章：加工误差的系统分析与补偿 精密制造的核心在于对误差的精确量化与控制。本章构建了一个多层次的误差模型，从机床结构的热变形、振动、几何误差，到装夹误差和刀具磨损误差。详细介绍了误差溯源技术，特别是基于激光干涉仪和球杆仪的高精度空间误差测量方法。更进一步，本章引入了误差的实时补偿算法，包括基于模型预测控制（MPC）的动态误差补偿，旨在将静态补偿的局限性突破至动态加工环境，确保复杂曲面在运动过程中的位置精度。 --- 第二部分：面向未来的自动化与智能系统集成 本部分将焦点从单一的加工过程转移到整个制造单元的集成与智能化，探讨如何通过信息技术驱动制造系统的升级。 第四章：高动态性能伺服驱动与运动控制 现代高速加工对驱动系统的响应速度和同步精度提出了极高要求。本章深入探讨了永磁同步电机（PMSM）在主轴和进给系统中的应用优势。详细分析了高频脉冲宽度调制（PWM）逆变器的设计原理及其对电机转矩脉动的影响。重点阐述了前馈控制、自适应控制和共振抑制技术在消除高动态载荷下系统延迟和超调方面的应用，从而确保在高速切削进给时仍能维持微米级定位精度。 第五章：复杂曲面路径规划与多轴联动优化 复杂航空零部件（如叶片、涡轮盘）的制造依赖于高效的多轴联动。本章不再停留在G代码生成层面，而是侧重于运动学模型的建立与求解，特别是针对并联机构和五轴以上联动机构的运动学逆解的可靠性分析。关键内容包括奇异点检测与避开策略、运动轨迹的平滑化处理以减少加减速冲击，以及加工路径的优化算法，旨在最小化刀具的提升行程和空运行时间，实现高效的“一刀流”策略。 第六章：制造过程的数字化孪生与实时监测 数字化转型是制造业的必然趋势。本章系统介绍了制造过程的数字化孪生（Digital Twin）概念及其在高端装备中的应用框架。详细讨论了如何通过高频传感器网络（如声发射、振动、功率传感器）采集加工过程中的多源异构数据。重点介绍基于机器学习的状态评估模型，用于刀具磨损的在线预测和加工缺陷的早期诊断。通过将物理模型与实时数据驱动的模型相结合，实现对加工状态的透明化管理和远程智能干预。 --- 第三部分：增材制造与先进集成工艺的融合 面对复杂结构设计和个性化生产的需求，本部分探讨了增材制造（AM）技术如何与减材制造（Subtractive Manufacturing）相结合，形成更强大的混合制造能力。 第七章：金属增材制造的工艺优化与后处理 本章聚焦于工业级金属增材制造（如SLM/EBM）的关键瓶颈。深入分析了激光功率、扫描策略与粉末床的相互作用，如何影响最终部件的内部孔隙率、晶粒结构和残余应力。详细阐述了为解决增材制造固有限制而必须进行的热等静压（HIP）、热处理和针对性的机械精加工等后处理技术。特别关注了如何通过局部定向热处理来优化增材制造零件的梯度性能。 第八章：混合制造系统的集成与工艺链协同 混合制造是未来精密制造的重要方向。本章探讨了如何设计和操作一个集成增材与减材的制造单元。核心在于“打印-检测-修正”的闭环集成。讨论了如何利用在线CT扫描或结构光扫描数据，实时反馈至数控系统，对增材制造中产生的形位公差偏差进行微量铣削或磨削的补偿。本章强调了工艺链的统一数据接口标准和任务调度优化，以确保从设计到成品的全流程无缝衔接。 --- 第四部分：可靠性、安全与可持续性工程 本部分关注制造系统在长期运行中的健壮性、操作人员的安全以及面向绿色制造的责任。 第九章：机床的可靠性工程与状态监测 机床作为核心资产，其可靠性直接决定了生产的稳定性。本章系统介绍了基于可靠性寿命模型的预测性维护（PdM）方法。分析了关键部件（如主轴轴承、滚珠丝杠）的退化模式，并引入了故障树分析（FTA）和FMEA来评估系统性风险。讨论了如何利用振动信号的频谱分析来提前数周预测轴承的疲劳故障，从而实现“零计划外停机”的目标。 第十章：人机交互界面与智能安全保障 随着系统复杂性的增加，人机交互界面（HMI）的设计至关重要。本章探讨了如何设计符合人因工程学的直观操作界面，特别是在高分辨率触摸屏和虚拟现实（VR）环境中进行复杂的刀具路径验证和参数调整。同时，详细介绍了集成式的安全联锁系统和动态区域监控技术，确保在高速、高能切削环境下，对操作人员和设备的保护达到最高标准。 第十一章：面向循环经济的绿色制造策略 可持续性已成为衡量现代制造水平的关键指标。本章探讨了如何通过工艺优化实现材料利用率的最大化和能耗的最小化。分析了冷却液的循环再生技术、切削热的回收利用，以及如何通过干式或近干式加工来消除或大幅减少切削液的使用。最后，本章也涉及了高价值材料的切屑回收与再利用流程，助力企业实现环境友好型生产目标。 --- 本书内容覆盖了从材料微观行为到宏观系统集成的完整链条，强调了跨学科知识的融合应用，为读者提供了一套面向未来智能制造挑战的知识工具箱。

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这本书的实操案例部分，简直是为我这种“动手能力弱于思考能力”的学习者量身定制的。我原本以为，一本基础教材顶多会给几个简单的方形或者圆柱体的加工程序作为演示。但让我惊喜的是，书中穿插了大量针对复杂曲面和不规则型面的基础处理流程。举个例子，它对“偏置补偿”的处理，就远不止课本上那种简单的半径修正。作者竟然详细拆解了刀具在斜面上走刀时，如何通过调整刀具中心点轨迹，来确保最终零件表面光洁度的要求，甚至还引入了简单的矢量分析概念来解释这个现象。更重要的是，每一个程序段的编写，后面都紧跟着一个“逻辑注释”和“常见错误排查”。比如，某个进给速度设置过快导致的振刀现象，书里不仅展示了错误的代码，还配上了模拟的加工效果图，让我能直观地感受到参数设置对实际加工质量的决定性影响。这种将“理论计算”与“实际故障”紧密结合的编排方式，极大地提升了学习的趣味性和实用性。我感觉自己不是在看一本冷冰冰的书，而是在跟着一位经验丰富的老技师在车间里进行“模拟实习”。

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我用了很长时间才发现，这本书在“安全规范”和“可持续发展”方面的内容植入得非常巧妙和自然，几乎没有把它当做一个独立章节来“说教”。它更多的是将安全和环保的理念融入到每一个操作步骤的讲解之中。例如，在讲解切削液的选择和循环利用时，作者不仅提到了冷却效果，还着重分析了不同切削液对操作人员皮肤和呼吸系统的潜在影响，并给出了在数控机床内集成过滤系统的基础建议。在机床操作的启动和关闭流程中，它对紧急停止按钮（E-STOP）的原理和测试要求进行了比标准操作手册更深入的探讨，解释了为什么在特定情况下，机器的惯性需要被优先考虑。这种将职业素养和工程伦理融入技术教学的做法，体现了作者强烈的社会责任感。它在无形中塑造了一种正确的工匠精神——技术是服务于人与环境的，而非凌驾于它们之上的。这本书不仅仅教会了我如何“编程加工”，更教会了我如何成为一个负责任的、专业的机械制造人员。

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阅读过程中，我注意到作者在对“误差”和“精度”的阐述上，投入了超乎寻常的关注度。这部分内容往往是基础教材容易一带而过的，因为涉及到物理和机械的交叉领域。然而，这本书非常细致地剖析了影响最终加工精度的各种因素，从机床本身的几何误差、丝杠间隙，到环境温度对工件的热形变，都有涉及。尤其是关于“对刀”环节的讲解，作者没有止步于简单的“手动对刀”流程，而是引入了“预设坐标系”和“工件坐标系”的概念辨析，并详细对比了不同对刀方式在不同材料上的适用性。我特别欣赏它对“公差要求”的解读。它不是简单地说“要达到多少微米”，而是解释了不同行业（比如模具行业和航空航天行业）对精度要求差异背后的设计哲学和成本考量。这种宏观的视角，让学习数控技术不再仅仅是掌握一门操作技能，而是理解其在整个精密制造产业链中的价值定位。这对于一个想要建立完整知识体系的学习者来说，简直是如获至宝。

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这本书的封面设计，嗯，说实话，有点朴实过头了，那种传统的教科书风格，让人第一眼看上去就觉得这是本硬邦邦的理论读物。我刚拿到手的时候，其实是有点抗拒的，因为我对“基础”这两个字总是抱有一种怀疑的态度——是不是意味着内容会非常陈旧，或者讲得过于晦涩难懂？然而，当我翻开前几页时，发现它在概念的引入上做得相当到位。它并没有直接跳到复杂的编程指令或机床操作界面，而是花了大量的篇幅去解释“数控”这个概念背后的逻辑，比如它如何解决了传统加工的痛点，以及几何坐标系在三维空间中的实际意义。作者似乎深知初学者的困惑，用了很多非常贴近实际工厂车间的比喻，比如把刀具路径想象成一个熟练工人手中的刻刀，一步步勾勒出零件的轮廓。特别是关于“ G代码和M代码”的初步介绍，它没有一股脑地堆砌指令，而是像讲故事一样，解释了每一组代码背后的“意图”，让读者明白，我们不是在输入一串无意义的符号，而是在与一台精密机器进行精确的“对话”。这种循序渐进的讲解方式，极大地降低了我对这门技术的心理门槛，让我觉得，原来掌握数控加工并不是遥不可及的“高科技”，而是建立在一套清晰的逻辑之上的系统工程。总的来说，这种扎实的理论奠基，为后续深入学习打下了非常坚实的地基。

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这本书的排版和图示风格，可以说是“老派的严谨”与“现代的清晰”进行了一次成功的碰撞。虽然整体设计没有太多花哨的元素，但其对核心信息的提炼能力非常强悍。在讲解CNC系统操作界面时，它没有使用模糊不清的截图，而是采用了高度抽象化、结构化的流程图来展示人机交互（HMI）的逻辑结构。每一个菜单的层级关系、每一个参数的输入顺序，都被清晰地用箭头和方框界定。这使得即便是第一次接触特定型号数控系统的人，也能快速抓住其背后的操作主线，而不会被复杂的界面所迷惑。此外，它对机械结构图的绘制也极其考究。那些剖视图和爆炸图，线条的粗细、标注的规范性，都达到了专业绘图的水准，这对于理解刀具的运动轨迹和机床的刚性结构至关重要。我甚至会时不时地停下来，仔细研究那些关于“主轴同轴度”的示意图，因为只有看懂了这些结构关系，才能真正理解为什么某些加工路径是最佳选择。这种对视觉信息的精细管理，让学习过程中的“理解成本”大大降低。

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