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你也可以是「创客Maker」！
　　从CNC到3D印表机，掌握加工技术的基本！
　　制作自己专属的产品、小额创业！
　　我们身边周遭的各种制品，都是由工具、工具机制造的。
　　超商的小物、路边卖的鲷鱼烧跟钥匙圈看似不相关，却都是由「模具」作出来的。
　　本书收录大量生产用的模具是如何制造的。
　　相较于市面上充斥的死板国家考试用书，
　　本书有详细的讲解及全彩图片，简单易懂。
　　最适合想学习制造的初学者！
　　
　　透过本书，我们可以了解制造各种物品的技术。
　　工具机的知识有助于原创作品的制作，扩大加工时的选择。
　　本书涵盖了人气话题的3D列印机，图解介绍各种加工技术。
　　

机械设计与制造前沿探索 作者： 资深机械工程师团队 出版社： 工业科技出版社 出版日期： 2024年5月 --- 内容简介：深入理解现代机械工程的核心原理与创新应用 本书旨在为读者提供一个全面、深入且与时俱进的视角，探讨现代机械设计与制造领域的前沿技术、核心理论及其在实际工程中的复杂应用。我们避开了基础概念的重复阐述，而是将重点聚焦于高级理论的深度剖析、跨学科知识的融合应用以及面向未来的工程挑战。全书结构严谨，内容涵盖了从材料科学的微观结构到复杂系统集成的宏观层面，特别强调了数字化、智能化对传统机械制造的深刻影响。 第一部分：先进材料与结构优化（约400字） 本部分着重于突破传统金属材料的性能限制，探讨新型工程材料在极端工作环境下的应用潜力。 1. 增材制造（3D打印）的材料科学基础与工艺控制： 深入研究选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等先进制造工艺对金属粉末的微观组织演变规律。详细分析了在不同激光功率密度、扫描速度和保护气氛下，镍基高温合金、钛合金以及高熵合金的晶粒结构、缺陷控制和残余应力管理。我们不仅讨论了如何优化打印参数以获得所需机械性能，还涉及了后处理技术，如热等静压（HIP）和定向凝固，以消除内部孔隙并提升疲劳寿命。 2. 复合材料的力学行为与界面工程： 聚焦于碳纤维增强聚合物（CFRP）和陶瓷基复合材料（CMC）的非线性力学响应。探讨了损伤力学在层合结构中的应用，包括分层、基体开裂和纤维断裂的协同作用。详细介绍了界面粘接的化学与物理机制，以及如何通过纳米粒子改性界面层来提高复合材料的抗冲击性能和热稳定性。本章包含先进的损伤检测技术，如超声波C扫描和原位光纤光栅传感器的应用。 3. 智能材料与结构： 介绍形状记忆合金（SMA）、压电材料和磁流变液（MRF）在主动减振和自适应结构中的集成应用。分析了SMA的回复机制及其在往复运动机构中的驱动效率优化，并探讨了MRF在快速响应阻尼器设计中的流变学模型构建。 第二部分：复杂系统动力学与控制（约450字） 本部分深入探讨了多自由度、高频动态系统以及面向复杂任务的智能控制策略。 1. 非线性振动与混沌分析： 超越线性模态分析，本章深入研究了具有间隙、摩擦和非线性弹簧的机械系统的动力学特性。运用庞加莱截面法、李雅普诺夫指数等工具对系统进行混沌行为的判识和抑制。重点分析了高速旋转机械（如涡轮机）在临界转速附近的参数激励振动，并介绍了如何通过反馈控制来展宽系统的稳定工作区间。 2. 鲁棒控制与自适应控制理论： 详细讲解了$mathcal{H}_{infty}$控制在应对模型不确定性和外部扰动时的设计方法，包括加权函数的选择和控制器综合。针对参数时变系统，阐述了基于Lyapunov稳定性理论的自适应反步控制（Adaptive Backstepping Control）算法，并将其应用于高速机床主轴的精确位置和力矩控制。 3. 机构学的拓扑设计与可重构性： 关注于新型运动链（如拟并联机构、串联并联混合机构）的设计方法。探讨了运动学反问题的求解技巧，以及如何利用拓扑优化方法在满足特定运动学约束的同时，优化机构的刚度或质量分布。引入了可重构机构的概念，分析了如何在不改变硬件连接拓扑的情况下，通过改变关节的约束方式实现功能切换。 第三部分：数字化制造与智能系统集成（约450字） 本部分关注工业4.0背景下，制造过程如何与信息技术深度融合，实现柔性化、高效率生产。 1. 制造过程的数字孪生（Digital Twin）构建： 不仅限于几何模型的复刻，本章阐述了如何集成多物理场仿真模型（FEA、CFD、热分析）构建高保真度的数字孪生体。重点讨论了实时数据融合技术，即如何将来自传感器（如声发射、应变片）的实时数据映射到仿真模型中，实现对加工过程中的刀具磨损、热变形的精确预测与补偿。 2. 优化排程与供应链协同制造： 引入混合整数线性规划（MILP）模型来解决多工序、多设备、多约束条件下的生产调度问题。讨论了引入人工智能算法（如遗传算法、强化学习）以解决NP难解的柔性作业车间调度问题（FJSP）。同时，探讨了基于区块链技术的供应链透明化与质量溯源系统在高端装备制造中的应用潜力。 3. 质量保证的深度学习方法： 聚焦于机器视觉在缺陷检测中的应用，特别是对于表面微裂纹、异物夹杂等难以识别的特征。详细介绍了卷积神经网络（CNN）在非破坏性检测图像分类与语义分割中的网络结构设计（如U-Net的改进），以及如何利用小样本学习（Few-Shot Learning）技术，在缺乏大量标注缺陷样本的情况下，快速部署高精度的检测系统。 第四部分：面向极端环境的工程设计（约200字） 本部分关注在航空航天、深海开发等特殊领域对机械系统提出的严苛要求。 1. 极端温度下的可靠性工程： 分析了材料在超低温（如液氢环境）和超高温（如燃气轮机内部）下的蠕变、应力松弛和氧化腐蚀行为。介绍了热-力-电-磁多场耦合分析在设计耐热结构时的必要性。 2. 轻量化与拓扑优化： 系统介绍基于密度法和水平集法的结构拓扑优化流程，特别强调了制造约束集成（如最小壁厚、最大拔模角）对优化结果可行性的决定性影响。目标是通过迭代优化，在保证结构完整性的前提下，实现关键承力部件的质量极限削减。 --- 本书内容面向具有一定机械工程基础的研究人员、高级工程师和相关专业的硕士/博士研究生。它要求读者具备扎实的理论基础，能够理解复杂的数学模型和算法描述，并通过本书的深入探讨，为应对下一代高端装备的研发挑战做好准备。

作者简介

门田和雄

　　1968年生，完成东京学艺大学大学院教育学研究科修士课程（专攻技术教育），以及东京工业大学大学院综合理工程研究科博士课程（专攻机械微观工程）。拥有工程博士学位。现任教于东京工业大学附属科学技术高等学校机械系统领域。以机械技术教育的实践与研究作为活动基础，致力于有关机械与机器人等各种教育研究活动。还有许多日文着作，如《从基础开始学的机械工程》、《螺丝支撑生活的秘密》(科学眼新书出版)等。
 

序    

第1章 开始机械制造    
1 什么是机械制造？    
2 从道具到机械    
3 不可或缺的测量技术
    
第2章 手工作业    
1 划线    
2 切断    
3 折弯    
4 锉削    
5 凿洞    
6 攻螺纹    
column1脚踏风箱炼铁
    
第3章 塑性加工    
1 弹性与塑性    
2 锻造    
3 剪切加工    
4 折弯加工    
5 引伸加工    
6 冲压加工    
7 压延加工    
8 挤制加工、抽制加工    
9 压造加工    
10 转造加工
    
第4章 切削加工    
1 什么是切削加工？    
2 切削理论    
3 车床加工    
4 铣床加工    
5 牛头刨床加工    
6 切削齿轮的工具机    
7 切削螺纹的工具机    
column2 钻石的加工    

第5章 磨粒加工    
1 什么是磨粒加工？    
2 磨轮的三要素    
3 各种磨削加工    
4 磨床加工    
5 其他的磨粒加工
    
第6章 熔接    
1 什么是熔接？    
2 气体熔接    
3 火焰切割    
4 电弧熔接    
5 电阻熔接    
6 TIG熔接    
7 其他的熔接
    
第7章 铸造    
1 什么是铸造？    
2 大佛像的制作方式    
3 什么是铸铁？    
4 什么是铸造用铝合金？    
5 砂模铸造    
工厂参观    
6 脱蜡铸造    
7 壳模铸造    
8 压铸法    

第8章 数控工具机与产业用机械手臂    
1 什么是数控工具机？    
2 数控工具机的构成    
3 数控程式的基础    
4 各种数控工具机    
5 产业用机械手臂    
6 产业用机械手臂的构成    
7 产业用机械手臂的种类    
column3 削刮作业    

第9章 模具    
1 什么是模具？    
2 模具的优点与缺点    
3 模具的制造方法    
4 使用模具的生产    
第10章 数位制造    
1 雷射加工机    
2 3D印表机
    
后记    
索引   

前言

　　本书收录了学完机械设计后，了解自身想要制作什么的人，在进迈入加工材料、使其具体成形的阶段，所需相关的机械制造作业。经由不断摸索制造试作品，或者想要制造自己原创的作品时，从事过机械设计的人多会想亲自操作机械来作业。
　　
　　另一方面，大量生产等场面，从事机械设计的人和机械制造的人有着诸多不同点。再者，委託外包的场面，从事机械制造的人在进行加工时，大多不晓得自己制作的部件用于哪部机器的什么地方。

　　本书针对学完机械设计的初学者，统整迈入下一个阶段，学习机械制造之前，所需的机械制造基础事项。

　　首先会概略说明机械制造，接着依手动加工、塑性加工、切削加工、磨粒加工、熔接、铸造的顺序，解说金属加工的基本事项。除此之外，本书也收录运用数值控制的数控工具机、产业用机械手臂，以及用于大量生产的模具。另外，本书也加入近年来蔚为话题的雷射加工机、3D列印机等数位制造。这一本书网罗了我们身边周遭工业制品生产时，所需的金属加工、树脂加工基础。

　　过去，一般人几乎不会涉足塑性加工、切削加工金属的场所，但最近，只要接受讲习，便能正式从事金属加工的地方不断增加，地方工厂也导入各式各样的工具机，有些地区还提供参观学习、支援个人制作物件。

　　近年来，利用这样的场所制造自己原创的作品，生产过去碍于成本难以实现的物件，这样的事例不断增加。不管是哪种情况，都是以「想要制作这样的东西！」的强烈情感为大前提，若具备相关的机械制造知识与技能，读者也就能够制作数样试作品才对。

　　读完本书，理解机械制造的概要之后，建议读者走访相关设施，实际体验制作物件。再者，完成试作品之后，却没有足够资金量产的场合，可以利用网路进行群众募资（Crowdfunding），往后可能发展成以制造创业的个人厂商。当然，虽说是个人厂商，但技术面、资金面等仍需各方支援，并非完全单独一人从事制造。

　　搭配前作《3小时读通机械制造》，活用本书统整的机械制造的基本事项，可进一步在实际制作物件上带来帮助。若能帮到秉持「Do it with others」精神，投入制造行列的各位读者，这将是我最高的荣幸。

锻造

以敲击等方式对金属施予外力，作成必要形状的制造法称为锻造。一般常见的方法是，加热至再结晶温度以上的热锻（hotforging）。此种锻造借由敲击消除金属的内部孔隙，微细化结晶提升强度。不加热仅于常温敲击金属的制造法，称为冷锻（coldforging）。冷锻因无温度上的变化，加工精密度较高，有着加工硬化提升强度等优点。

如同日本刀等能制作成各种形状，自古以来即用于刀具制作的锻造法，称为自由锻造（open dieforging）。当时刀剑在强度上的优异，已有科学上的解释。之后，为了大量生产同样形状的锻造物，出现使用模具的模锻（die forging）。为了施加巨大的外力进行锻造，需使用大型的锻造机具。
 
剪切加工

以剪刀切断纸张时，刀刃于纸张截面施予相反方向的外力，称为剪切力。金属剪钳切断金属也是同样的原理。利用剪切力进行的加工，称为剪切加工。

遇到金属剪钳难以切断的较厚金属板，则需使用剪切机。剪切机又分为脚踏式与油压式。

剪切机在日本又称为「シェアリング（sharing）」，将欲切断之金属板置于刀刃模具与冲头之间， 以拉桿固定之后，脚踏踏板降下冲头执行切断。此时，根据材料的种类、板厚，冲头与模具之间需设置些微的间隙（clearance），过大或过小都容易产生被称为毛边或塌边的突起。
 
塑性加工

使用圆形沖头，可做出如同在纸张使用打洞机般的圆孔。

间隙大小取得不适当的话，剪切面上金属板的冲头端面会产生塌边、模具端面则会产生毛边，需进行事后加工去除。脚踏压机是日本自古称为「蹴飞ばし」的工具机，使用圆形断面的冲头打洞，能将工件的末端作成圆形，也能依冲头的形状进行不同的剪切加工。

如需更大的剪切力，则可以改用油压式剪切机。

使用沖头凿孔加工时，位置的决定非常重要。如欲在指定的位置开凿复数孔洞，以数值控制决定金属板上凿孔位置的数控冲孔机就相当便利。

组合数种不同的圆形、方形冲头，可打出复杂的形状。将这些冲头配置在旋转头（turret）的扇形台座，以数值控制凿洞的工具机，称为数控旋转头冲孔机。凿出孔洞的工件，若事先预设微小的间隙，便能够呈现未完全切离的连结状态。

评分☆☆☆☆☆

喔，這本《3小時讀通基礎機械製造》我真的等了好久！一直以來，機械製造這個領域對我來說就像一本天書，看著各種零件圖、加工流程，總覺得霧裡看花。尤其是我平常工作其實跟機械比較沾不上邊，偶爾聽到同事在討論什麼CNC、車床、铣床的，就只能在一旁點頭如搗蒜，心裡其實啥都沒聽懂。這次看到這本書的標題，直覺就覺得：「就是它了！」畢竟「3小時讀通」這種說法，對於像我這樣時間比較零碎、又想快速入門的人來說，實在太有吸引力了。我猜想，它應該會從最基礎的觀念開始講起，比如材料的種類、基本的加工原理、常見的機械零件的組成等等。希望它能用比較白話、生活化的例子來解釋，不要一開始就丟一堆專有名詞，讓我這種新手直接就想放棄。我期待書裡能幫我建立一個基本的機械製造的「認知地圖」，知道大概有哪些主要的製程，它們的差別在哪裡，以及各自的優缺點。如果能再稍微帶到一些現代製造的趨勢，像是自動化、3D列印這些，那就更棒了！總之，我的目標就是讀完之後，至少能聽懂別人說話，不會再一臉茫茫然，也能對身邊的機械產品有多一點點的認識。

评分☆☆☆☆☆

我最近才剛入手這本《3小時讀通基礎機械製造》，拿到書的那一刻，其實有點小小的期待又怕受傷害。畢竟「3小時讀通」聽起來就超級厲害，讓我很好奇作者是怎麼辦到的。我自己本身是個對實事操作比較沒把握的人，尤其是動手做東西，總覺得自己手比較殘。但是，對機械原理又有點好奇，每次看到電視上介紹工廠的自動化生產線，或是新聞裡提到什麼精密儀器的製造過程，都覺得很神奇。我希望這本書能讓我對「如何把設計圖變成實際的物品」這個過程有更深的了解。我猜它大概會從最原始的「概念」開始，像是金屬的物理特性、加工的各種可能性，然後一步步講解不同的製造方法，像是鑄造、鍛造、切削等等。我特別希望它能解釋清楚，為什麼有些零件要用這種方法做，而另一種零件又需要用別的方法。如果能有一些實際的案例，比如說明一個手機殼、一個汽車引擎零件是怎麼一層層被製造出來的，那一定非常生動有趣。我還想知道，在這過程中，有哪些關鍵的步驟或是需要注意的地方，才能確保產品的品質。說真的，我對機械製造的了解，大概就停留在「用機器把東西切一塊一塊」的階段，希望這本書能讓我突破這個瓶頸。

评分☆☆☆☆☆

我最近買了《3小時讀通基礎機械製造》，老實說，會買這本書是因為我對「快、準、狠」的學習方式很感興趣。平時工作忙碌，下班後的時間更是寶貴，我真的沒辦法花大把的時間去啃一本厚重的教科書。所以我特別希望這本書能夠精簡扼要，直擊核心，用最有效率的方式讓我快速掌握機械製造的關鍵知識。我相信，基礎機械製造一定有很多繁瑣的細節和理論，但如果能透過一個聰明的架構，將它們系統化地呈現出來，讓讀者在短時間內就能建立起一個完整的知識體系，那絕對是功德一件。我預期書中應該會包含各種製造工藝的介紹，像是塑性加工、切削加工、連接技術等等，並且會用清晰的圖解來輔助說明。我希望它能幫助我理解，為什麼不同的材料和零件，需要採用不同的製造方式。另外，對於精度的要求，不同製程又扮演著什麼樣的角色？我希望能從這本書中學到一些基本的判斷原則，讓我對機械加工的「眉角」有一些初步的認識。總之，我的目標就是花三個小時，讓自己對機械製造這個領域，從一無所知到「略知一二」，能夠在跟人討論相關話題時，不再是個完全的門外漢。

评分☆☆☆☆☆

這本《3小時讀通基礎機械製造》是我最近在書店隨手翻到的，我對它的「3小時」這個時程感到非常有興趣。我一直覺得機械製造是一門非常實務的學問，但同時也充滿了各種精密的概念和技術。我自己平常的工作雖然跟機械比較不直接相關，但我對「東西是怎麼做出來的」一直有著強烈的好奇心。我猜想，這本書應該會從最基本的「材料」開始講起，比如各種金屬和非金屬材料的特性，以及它們在機械製造中的應用。然後，它應該會進入到各種「加工方法」，像是金屬的成形，像是鑄造、鍛造、沖壓，以及移除材料的切削加工，像是車床、銑床、磨床。我特別希望書中能夠用淺顯易懂的方式解釋這些加工原理，並且用圖示來輔助說明，讓即使是沒有任何機械背景的人也能理解。另外，我也期待它能稍微觸及到一些「品質控制」的概念，比如公差、表面粗光度等等，這些都是決定產品能否正常運作的關鍵。如果書中還能簡單介紹一下一些常見的機械零件，比如螺紋、齒輪、軸承，以及它們是如何被製造出來的，那就更完美了。總之，我希望讀完這本書，能夠對機械製造有一個比較全面、系統性的認識，不再覺得它是一個遙不可及的領域。

评分☆☆☆☆☆

老實說，我對這本《3小時讀通基礎機械製造》抱持著一種「姑且一試」的心情。身為一個工程師，雖然我不是機械本科出身，但工作上偶爾會接觸到一些跟機械相關的專案，那時候常常覺得自己對整個機械製造的脈絡了解不夠深入。尤其是在跟機械部門的同事溝通時，有時候他們講的專業術語，我聽了就只能霧煞煞。我認為，一個好的基礎機械製造入門書，應該要能夠清楚地闡述「從原料到成品」的整個生命週期。它應該要涵蓋各種常見的製造方法，並且說明這些方法的原理、適用範圍、以及各自的優缺點。例如，關於金屬材料的選擇，為什麼有些需要用鋼，有些要用鋁？不同的熱處理方式又會對材料產生什麼影響？在加工方面，車削、铣削、鑽孔這些基本的切削加工，它們的差異在哪裡？又分別適合加工哪些類型的工件？我還希望這本書能夠引導讀者思考，在設計一個產品時，如何考慮到製造的可行性，也就是所謂的「可製造性設計」。如果能提供一些實際的工業案例分析，那就更好了，可以讓我更清楚地看到理論是如何應用在實際生產中的。