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精密工程学原理与应用 作者： 钱德明 教授 出版社： 工业科技出版社 页数： 850 页 版次： 第四版（2023 年修订） --- 内容简介 《精密工程学原理与应用》是一本全面、深入探讨现代工程设计与制造领域核心概念的权威性教材和参考手册。本书旨在为机械工程、航空航天、电子工程、材料科学等专业的高年级本科生、研究生以及致力于提升实践技能的工程师提供一个坚实的理论基础和丰富的前沿案例。 本书的结构经过精心设计，力求在基础理论的严谨性与工程实践的实用性之间取得完美的平衡。全书内容围绕“如何在极小公差和高可靠性要求下实现复杂系统的集成与优化”这一核心目标展开。 第一部分：基础理论与度量学（Fundamental Theory and Metrology） 本部分奠定了整个精密工程学的基石，重点关注如何精确地描述和量化工程对象。 第一章：精密工程学的范畴与发展脉络 本章首先界定了精密工程学的研究范畴，区分了传统机械加工与超精密加工的本质区别。详细探讨了从十九世纪末的计量革命到二十一世纪的纳米制造技术的发展历程，强调了信息技术、传感技术和先进材料对精密工程的驱动作用。 第二章：几何量化与误差理论基础 深入剖析了表面形貌、尺寸、形状和位置（即GD&T，几何尺寸与公差）的数学描述。详细讲解了误差的随机性与系统性分类，引入了最小二乘法、最小极大值法等误差评定标准。重点阐述了傅里叶分析在表面粗糙度参数提取中的应用，包括 $R_a, R_q, R_z$ 以及更先进的起伏轮廓参数。 第三章：计量学与传感技术 本章是实现“看得见、量得出”的关键。涵盖了光学计量（如干涉测量、共聚焦显微镜、条纹投影三维扫描）、机械式计量（如坐标测量机 CMM 的误差模型与补偿）以及接触式探针技术（如原子力显微镜 AFM 的工作原理和局限性）。特别辟出一节讨论在线实时监测（In-situ Monitoring）技术在加工过程中的应用，以及传感器漂移与校准的工程方法。 第二部分：超精密加工工艺（Ultra-Precision Manufacturing Processes） 本部分详尽介绍了实现微米乃至纳米级加工精度的各类先进制造技术，侧重于机理分析和工艺窗口的确定。 第四章：金刚石车削与铣削 重点讨论了单晶金刚石刀具的制造、磨损机制及切削力学模型。深入分析了材料的塑性变形区与切屑的形成过程，如何通过优化进给速度、切深和主轴跳动来控制表面残留应力和亚表面损伤。书中提供了实例分析，展示了如何利用金刚石车削制造光学自由曲面。 第五章：精密研磨、抛光与化学机械抛光（CMP） 本章区分了传统的磨料去除与现代的化学辅助去除过程。详细阐述了低损伤研磨（LAD）的理论，以及 CMP 过程中的化学反应速率、机械磨耗速率与材料去除率之间的耦合关系。对于半导体制造中至关重要的 CMP，本书深入分析了浆料配方对去除速率和表面平坦度的影响。 第六章：特种加工技术：电火花、激光与离子束加工 探讨了非接触或弱接触加工方法的机理。对于电火花加工（EDM），分析了放电等效模型、电极损耗与表面微观结构的关系；激光加工部分则侧重于超快激光（皮秒、飞秒）的烧蚀阈值、热影响区控制以及在微纳结构制造中的应用。 第七章：微纳制造技术（MEMS/NEMS） 本章专门面向微系统集成。详细介绍了光刻（Lithography）的衍射极限、掩模的制造与套刻精度。此外，还涵盖了深反应离子刻蚀（DRIE）的侧壁保护机制（如 Bosch 工艺），以及软光刻（Soft Lithography）在生物工程中的应用。 第三部分：装配、集成与质量控制（Assembly, Integration, and Quality Control） 精密制造的终极目标是系统集成。本部分关注如何在装配过程中维持和验证加工达到的精度。 第八章：精密运动控制与驱动系统 讨论了实现高精度运动的物理基础，包括直线电机、压电陶瓷驱动器（PZT）的选择与控制。重点分析了系统的固有误差源，如滞环效应、蠕变和热漂移，并介绍了闭环控制策略（如零漂补偿和自适应控制）以抑制这些误差。 第九章：热误差分析与补偿 热稳定性是精密仪器设计的关键。本章建立了考虑环境温度变化、内部热源（如电机、电子元件）和结构传热的有限元分析（FEA）模型。详细介绍了如何通过结构优化设计（如材料选择、对称布局）和主动热补偿（如温控系统）来减小热形变。 第十章：精密装配技术与容差分配 本章探讨了三维空间中的装配技术，如使用视觉引导的机器人装配、气浮夹具和无应力装配技术。关于容差分配，本书超越了传统的“牛-头”法，深入介绍了蒙特卡洛模拟和基于可靠性分析（Reliability-Based Tolerance Allocation, RBTA）的现代方法，确保装配后的功能性和寿命。 附录 A：常用材料的弹性与热力学性能表 附录 B：GD&T 标准速查表与应用实例 --- 本书特色： 1. 丰富的案例研究： 穿插了多个来自半导体、光学仪器、高精度机床和生物医学设备制造的真实工程案例，帮助读者理解理论向实践的转化过程。 2. 强调误差预算： 从概念引入到最终验证，全程贯穿误差预算和误差流分析（Error Flow Analysis）的系统性方法论。 3. 前沿技术整合： 包含了近年来快速发展的增材制造（Additive Manufacturing）在精密零部件成型方面的最新研究成果及其精度挑战。 《精密工程学原理与应用》是理论深度、工程广度和实用价值的完美结合，是该领域工程师和研究人员不可或缺的工具书。
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