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出版者:Hanser Fachbuchverlag

作者:Bozina Perovic

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2006-09-30

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9783446406025

丛书系列:

图书标签:

• Maschinenbau
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• Maschinenbau
• Fertigungstechnik
• Produktionstechnik
• Industriemechanik
• Maschinenelemente
• Automatisierungstechnik
• Konstruktion
• Technik

工程机械设计与制造：现代制造系统的基石 导言： 在当今快速发展的工业领域，先进制造技术是推动经济增长和技术进步的核心动力。本书《工程机械设计与制造：现代制造系统的基石》旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探讨现代工程机械的设计原理、制造工艺、系统集成以及面向未来的发展趋势。我们聚焦于如何通过优化机械结构、提高自动化水平以及整合智能控制技术，来构建高效、可靠且灵活的制造系统。 第一部分：现代制造系统概述与基础 本部分首先为读者奠定坚实的理论基础，介绍现代制造系统的演进历程、核心构成要素以及其在不同行业中的应用范畴。 第一章：制造系统的演进与概念框架 1.1 制造技术的发展脉络： 从传统手工作坊到工业4.0时代的转型，重点分析自动化、柔性制造系统（FMS）和数字化车间的技术驱动力。 1.2 现代制造系统的结构与功能： 深入剖析制造系统（如离散制造、流程制造）的层次结构，包括计划层、控制层和执行层的功能划分。讨论信息流、物流和能源流在系统中的交互作用。 1.3 经济性与可靠性评估： 介绍评估制造系统性能的关键指标，如设备综合效率（OEE）、生产周期时间、首次合格率（FTY）以及系统的可维护性设计原则。 第二章：材料科学在机械设计中的应用 现代工程机械的性能高度依赖于所选材料的特性。本章侧重于先进材料的选择、性能表征及其在极端工况下的行为分析。 2.1 结构材料的性能要求与选择： 详细阐述高强度钢、铝合金、钛合金以及先进复合材料（如碳纤维增强聚合物）在承受交变载荷、耐磨损和耐腐蚀方面的特性差异。 2.2 功能材料与智能材料： 探讨在机械系统中应用的特种材料，例如用于传感器和执行器的压电材料、形状记忆合金以及自修复材料的初步应用前景。 2.3 材料的失效分析： 疲劳、蠕变和脆性断裂的机理分析，以及如何通过材料选择和热处理工艺来延长机械部件的使用寿命。 第二部分：核心机械部件的设计与优化 本部分深入探讨支撑工程机械运行的几类关键部件，着重于如何应用先进的分析工具进行优化设计。 第三章：先进传动与驱动技术 动力传输是机械系统的“血液”。本章侧重于提高传动效率和控制精度的技术。 3.1 高效齿轮传动系统的设计： 齿轮几何优化、接触应力分析（Hertzian接触理论）以及齿面强化技术（如渗碳、氮化）对承载能力的影响。 3.2 滚动轴承与滑动轴承的选型与润滑： 讨论不同工况下轴承的动态特性，以及现代润滑技术（如干膜润滑、磁悬浮轴承的潜力）。 3.3 电气驱动系统的集成： 伺服电机、步进电机在精密定位中的应用，以及变频驱动技术在节能降耗方面的优势分析。 第四章：静力学与动力学分析 对机械结构进行精确的载荷分析是保证其安全性和稳定性的前提。 4.1 有限元分析（FEA）在结构设计中的应用： 详细介绍如何建立准确的几何模型、施加边界条件和载荷工况，并解读应力云图、变形分析结果。重点讨论网格划分策略对计算精度的影响。 4.2 机构的运动学与动力学： 分析多连杆机构、凸轮机构的运动轨迹规划，以及系统在高速运行中的振动特性（模态分析与谐响应分析）。 4.3 机械系统的刚度与柔度控制： 讨论如何通过优化结构布局来提升系统的固有频率，避免共振，并引入主动减振技术。 第三部分：精密加工与制造工艺 本部分聚焦于如何将设计转化为高精度、高质量的实体产品，涵盖了从切削到非传统加工的广阔领域。 第五章：现代切削加工理论与实践 切削加工依然是制造复杂零部件的主流方法，其精度直接决定了最终产品的性能。 5.1 切削参数优化与刀具磨损模型： 基于热力学和摩擦学的切削力预测，探讨背吃刀量、进给率和主轴转速对表面质量和刀具寿命的影响。介绍PVD/CVD涂层刀具的性能优势。 5.2 高速加工（HSM）与五轴联动技术： 分析高速加工中热误差的控制策略，以及复杂曲面加工中五轴联动编程与刀具路径规划的挑战与解决方案。 5.3 刀具与工件的接触行为： 探讨切屑形成过程的微观机理，以及切削液（冷却剂）在提高加工效率和改善环境友好性方面的作用。 第六章：非传统加工技术 随着材料性能的提升和结构复杂度的增加，传统机械加工已无法满足所有要求。 6.1 电火花加工（EDM）与电化学加工（ECM）： 阐述利用电蚀原理加工高硬度、高强度材料的原理，重点分析脉冲参数对加工效率和表面粗糙度的影响。 6.2 激光加工技术： 激光切割、钻孔和表面熔覆（Cladding）的应用，讨论激光与材料相互作用的物理过程及其在精密制造中的优势。 6.3 超声波与水刀加工： 介绍如何利用高频振动或高压射流实现对脆性材料和复合材料的有效加工，并分析其在异形件加工中的灵活性。 第四部分：自动化、控制与系统集成 现代工程机械不再是孤立的设备，而是高度集成、智能化的制造单元。 第七章：数控系统与实时控制 数控（NC）系统的性能是决定现代机械加工精度的核心。 7.1 数控系统架构与插补算法： 介绍现代CNC系统的硬件结构（如开放式架构），以及直线、圆弧、螺旋插补算法的实现原理，特别关注高速高精度运动控制中的误差补偿技术。 7.2 在线监测与反馈控制： 讨论如何集成力传感器、温度传感器和声发射传感器，实现对加工过程的实时状态监控。介绍基于PID或自适应控制的进给率自动调整机制。 7.3 人机界面（HMI）与操作便捷性： 强调面向操作员和工程师的直观界面设计，以及故障诊断和远程维护系统的集成。 第八章：增材制造（AM）在工程机械中的角色 增材制造技术正在改变机械部件的供应链和设计自由度。 8.1 选区激光熔化（SLM）与电子束熔化（EBM）： 深入分析金属增材制造的工艺流程，包括粉末床的铺展、激光扫描策略以及残余应力的控制。 8.2 拓扑优化与轻量化设计： 介绍如何利用计算机辅助拓扑优化方法，结合增材制造的优势，设计出性能最优、材料消耗最少的复杂结构件。 8.3 后处理工艺： 讨论增材制造部件的热等静压（HIP）、表面精加工和机械性能测试，以确保其满足工程应用的要求。 结语：面向未来的智能制造 本书最后展望了工程机械制造领域的发展方向，包括预测性维护（PdM）、数字孪生技术在设备生命周期管理中的应用，以及人机协作机器人系统在柔性装配中的潜力。成功的现代制造系统将是高度互联、数据驱动和自我优化的。 本书适合机械工程、制造工程、工业自动化等专业的本科高年级学生、研究生以及在一线从事机械设计、工艺规划和设备维护的工程师参考阅读。

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