机械精度设计基础

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出版者:科学
作者:孙玉芹,袁夫彩主
出品人:
页数:264
译者:
出版时间:2004-1
价格:29.00元
装帧:
isbn号码:9787030196088
丛书系列:
图书标签:
  • 机械
  • 精度设计
  • 机械设计
  • 机械精度
  • 公差配合
  • 尺寸精度
  • 几何精度
  • 制造工艺
  • 测量技术
  • 设计基础
  • 机械工程
  • 精密机械
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具体描述

《机械精度设计基础》共分10章,前5章阐述互换性基本概念、尺寸精度、形状和位置精度、表面粗糙度及测量技术基础等机械零件精度设计的基础知识;第6、7章阐述轴承、键、螺纹、圆锥、导轨和齿轮等典型零件的精度设计基础知识;第8章阐述长度尺寸链的基本概念及计算;第9章简单介绍计算机辅助精度设计基础知识;第10章给出了几何参数精度设计实例。

精密制造与表面工程:现代工业的基石 书籍定位与核心价值: 本书深度聚焦于现代高端制造业赖以生存的两大核心支柱——精密制造工艺与先进表面工程技术。它并非一本基础的原理概述,而是一部面向具备一定工程背景的工程师、研究人员以及高年级本科生和研究生设计的,旨在系统梳理和阐述从材料选择、复杂零件的形位公差控制,到赋予材料超常性能的表面功能化处理的全流程技术指南。本书力求连接理论深度与工程实践的广度,为读者提供解决实际生产难题的工具箱。 第一部分:超精密加工理论与实践(Advanced Machining & Metrology) 本部分深入剖析了超越传统加工极限的现代制造方法,强调的是对尺寸、形状和表面纹理的纳米级乃至亚微米级控制。 第一章:现代误差理论与误差源识别 本章将系统地讲解误差的统计学模型,包括误差的累积效应、随机误差与系统误差的辨识方法。重点分析了在多工序装配链中,如何利用误差流分析(Error Flow Analysis)和误差预算(Error Budgeting)技术,在设计初期锁定关键误差源。讨论了零点漂移、热形变在复杂数控机床中的量化模型及其补偿策略,并引入了面向高性能测量的贝塞尔误差理论在实际应用中的修正方法。 第二章:非传统和高能束加工技术 传统切削加工已无法满足某些难加工材料和复杂结构的几何要求。本章详细阐述了电火花加工(EDM)、激光加工(LBM)和电化学加工(ECM)的物理机制、过程参数控制及其对材料微观结构的影响。 微孔与微槽的EDM优化: 讨论了在极小尺寸下,间隙电压、脉冲持续时间与电极侵蚀率之间的非线性关系,以及如何通过脉冲电源的优化实现稳定的微放电。 超快激光加工(Femtosecond/Picosecond): 重点分析了“冷加工”的机理,即在极短脉冲时间内,材料在相变前就被去除的现象,这对减少热影响区(HAZ)和避免再沉积物的形成至关重要。 超精密磨削与抛光: 介绍了磁流变抛光(MRF)和离子束抛光(IBF),它们如何实现球面、非球面乃至自由曲面的高精度面形修正,这是光学元件制造的核心技术。 第二章:高精度测量与误差溯源(Metrology and Traceability) 本部分将测量提升到制造过程控制的战略高度,关注如何实时、无损地获取被加工表面的信息。 接触式与非接触式测量系统的集成: 对比分析了三坐标测量机(CMM)的系统误差校准、探针接触力的影响,以及白光干涉仪、激光共聚焦显微镜在粗糙度与面形测量中的应用局限与优势。 在机测量(In-Process Metrology): 探讨了如何将传感器(如激光测头、内置声发射传感器)集成到机床主轴或刀具上,实现对刀具磨损、工件定位误差的实时反馈和闭环控制,以确保加工的一致性。 形位误差的系统性分析: 阐述了如何基于点云数据进行逆向工程和误差分析,尤其是在复杂曲面零件的偏差评估中,如何区分加工误差、夹持误差和测量误差。 第二部分:先进表面功能化工程(Advanced Surface Engineering) 本部分的核心在于通过对材料表层的改性,赋予材料特定的功能(如耐磨、抗腐蚀、生物相容性),以应对极端工作环境的挑战。 第三章:薄膜沉积技术与界面控制 本章聚焦于如何精确控制薄膜的化学成分、晶体结构和层间应力,以提高附着力和功能性。 物理气相沉积(PVD)与化学气相沉积(CVD): 详细对比了磁控溅射、电子束蒸发与等离子体增强CVD(PECVD)在制备类金刚石膜(DLC)、硬质合金涂层(如TiAlN)中的工艺窗口。重点讨论了如何通过基底预处理和等离子体特性控制,优化膜层与基体之间的界面结合强度。 原子层沉积(ALD): 深入讲解了ALD的自限制性反应机理,它如何实现厚度可精确到单原子层级别的保形涂覆,在微电子和柔性器件制造中的关键作用。 第四章:表面改性与材料结构重构 本章关注通过热处理、化学反应或能量注入,改变材料表层晶格结构和化学态。 激光熔覆与增材制造的表面层: 分析了高能激光束作用下材料的快速熔化-凝固过程,如何控制冷却速率形成亚稳态或非晶态的表面层,以获得优异的硬度或耐磨性。 热化学扩散处理: 详细解析了渗碳、渗氮、碳氮共渗等工艺的扩散动力学,以及在不同气氛和温度梯度下,形成的硬化层厚度、硬度和残余应力的精确控制。探讨了固溶强化和析出强化在表层材料中的表现。 表面能控制与润湿性: 讨论了如何通过氟化、等离子体处理等技术,实现材料表面疏水性(超疏水)或亲水性的精确调控,这对微流控芯片和防污涂层至关重要。 第五章:功能性表面失效分析与寿命预测 本部分将理论与实际的服役环境相结合,教授如何评估和预测表面处理层的长期可靠性。 摩擦学行为的表征: 介绍了先进的纳米压痕技术,用于测量薄膜的硬度与弹性模量。同时,深入分析了耦合磨损试验(如球-盘、销盘试验)中,涂层失效模式(如剥落、疲劳、基体磨损)的区分与评价标准。 腐蚀与环境退化: 探讨了电化学阻抗谱(EIS)在评估涂层防护性能中的应用,以及在高温、高湿和腐蚀性介质中,薄膜的离子扩散速率对服役寿命的影响。 表面疲劳与裂纹萌生: 分析了残余应力状态(拉应力或压应力)对表面微裂纹萌生的影响,以及如何通过优化沉积参数,将表面应力调控至有利于提高疲劳寿命的状态。 总结与展望: 全书贯穿“从微观结构到宏观性能”的分析逻辑,旨在为读者提供一套严谨的、可量化的设计与验证流程,确保所制造的零件不仅尺寸合格,更具备所需的功能性和可靠性。本书的深度在于其对过程-结构-性能之间复杂耦合关系的深入解析,而非仅仅停留在工艺流程的描述层面。

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读后感

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用户评价

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这部著作给我的感觉,简直就是打开了一扇通往精密制造领域宏伟殿堂的大门。作者的笔触极其细腻,对于那些常人难以察觉的微观世界里的偏差和误差,他有着近乎偏执的关注。我尤其欣赏其中关于公差配合与测量技术的那几个章节,不是那种枯燥的公式堆砌,而是通过大量真实工业案例,将抽象的几何公差概念生动地具象化了。读完后,我对于如何通过合理的结构设计来“驯服”制造过程中的不确定性,有了全新的认识。它不是一本简单的工具书,更像是一位经验丰富的老工程师,手把手地带你领略从图纸上的完美意图,到实际产品中可接受的“不完美”之间的艺术与科学。书中对表面粗糙度等级的深入探讨,让我开始重新审视那些被忽略的细节,深知在高端精密仪器中,材料的“触感”往往决定了最终性能的上限。如果你期望在机械设计领域寻求突破,这本书绝对是你书架上不可或缺的镇山之宝。

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坦白讲,初次翻阅时,我确实被书中大量涉及到的“理想化模型”与“实际环境干扰”之间的矛盾论述给震住了。作者没有回避工程实践中的残酷现实——材料的非均匀性、温度场的影响、甚至空气流动都会对亚微米级别的定位产生干扰。他花了大量篇幅去探讨如何通过环境控制(例如恒温恒湿的洁净室设计)来间接提升机械精度,这拓展了我对“精度设计”边界的理解。这不再仅仅是CAD图纸上的事情,而是与物理环境、材料科学深度交织的综合课题。书中对动态精度和静态精度的权衡分析尤其精辟,它教会我,在资源有限的情况下,设计师必须做出痛苦但明智的取舍,究竟是牺牲响应速度来换取更高的定位精度,还是反之。这种系统性的决策框架,对工程项目管理也具有极强的指导意义。

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这本书的装帧和排版,简直就是对“精密”二字的最好诠释。每一页的布局都清晰明了,图表的设计考究到了每一个像素,让人在阅读时心情愉悦。最让我感到惊喜的是,它并没有被传统教科书的僵硬感所束缚。作者穿插了许多历史上的经典设计案例,比如某著名光学仪器的内部结构演变,通过对比不同年代的设计哲学如何应对当时技术的局限,让原本枯燥的原理讲解变得富有故事性和启发性。这种“以史为鉴”的叙事手法,极大地激发了我对机械美学的兴趣。它不仅仅告诉你“应该”怎么做,更深入地探讨了“为什么”要这么做,这种对设计思想的深层挖掘,是其他同类书籍中难以找到的宝贵财富。对于渴望将工程技术与人文关怀结合起来的设计师来说,这本书提供了绝佳的视角。

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老实说,这本书的理论深度和广度,远超我原先的预期。我原本以为这会是一本偏向入门级的“设计常识”汇编,但事实证明,它更像是一本高阶的“失效分析与预防手册”。作者在描述误差源和误差传递路径时,所采用的数学模型非常严谨,结合了有限元分析(FEA)的思想,将传统的误差链计算提升到了一个全新的层次。书中关于系统误差与随机误差的量化区分和处理方法,让我受益匪浅,尤其是在处理复杂装配体时,如何通过统计学方法预判批量产品的合格率,书中给出的决策树模型非常具有实操价值。唯一让我感到有些吃力的,是其中涉及到的非线性误差补偿部分,需要读者具备扎实的微积分基础才能完全跟上作者的思路,但咬牙坚持下来,那种豁然开朗的感觉是无与伦比的,它真的教会了你如何用更科学、更量化的语言去描述和控制“精度”。

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这本书的价值,在于它提供了一种思维模式的升级,而非仅仅知识的累积。它强迫我跳出单一零件的思维定势,转向关注整个“精度链条”的健康度。作者在阐述如何构建一个高精度系统的过程中,反复强调了“信息的可追溯性”和“量化验证”的重要性。每一项设计决策都必须有数据支撑,每一个偏差都必须有路径可循。书中对先进计量学工具的应用介绍,虽然没有深入到具体的操作手册层面,但足以让你了解现代检测手段的能力边界,从而在设计之初就能合理预设可达到的精度范围。读完后,我感觉自己对工业制造的敬畏心油然而生,因为真正的“精密”背后,是无数次严谨的计算、无数次的实验验证,以及对每一个微小变量的深刻洞察力。这是一部真正能提升工程师“内功心法”的著作。

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