本書既有先進的基礎理論體系，又特別重視工程實際，是精密機械領域一部傳授知識、啟迪智慧、激勵創新的經典之作，是美國麻省理工學院公開課程的指定用書。本書將精密機械作為一個各個部件之間相互協作的集成系統，重點放在精密機械零件的機械結構設計及其與傳感器和控制系統集成，以達到系統性能佳；在設計中，強調設計將如何影響整個系統的精 確度、重復性和分辨率；提供了許多具有創造性的設計案例。全書共包括10章：第1章精密機械設計概論，第2章精 確度、重復性與分辨率的原理，第3章模擬傳感器，第4章光學傳感器，第5章傳感器的安裝和校準，第6章車削中心幾何誤差與熱誤差，第7章系統設計注意事項，第8章接觸式軸承，第9章非接觸式軸承，第10章驅動與傳動。
歷史已經證明：精密機械是工業社會的基本要素。事實上，從集成電路制造，到光學零件加工，再到汽車生產，現代工業高度依賴于精密機械。鑒于目前已經有許多優秀的機械零件設計教材，本書假設讀者已經熟知相關概念。精密機械是一個各部件相互協作的集成系統，因此，本書側重于精密機械部件的結構設計，以及精密機械部件與傳感器和控制系統的集成優化設計。在部件設計的論述中著重探討設計是如何影響機械的整體精確度、重復性以及分辨率等內容。
任何一本教材都不可能涵蓋機械、傳感器及控制系統等設計的全部內容。本書主要涉及精密機械部件及設備的集成設計。對傳感器和控制系統則先介紹其基本工作原理，然后通過實例給出市面上常見傳感器的特性，而控制系統的設計主要討論控制單元的選取及其對機械可控性的影響。
設計是分析與創新的結合，本書旨在為讀者提供清晰的理論背景和試驗方法。在以往的設計類課程的教學中，我常常因不得不為學生們的課程設計準備足夠的參考資料目錄而感到苦惱;反過來，站在學生的角度，設計時又常常因為沒有所需的資料目錄而耽誤設計方案的順利完成。因此，在本書的設計實例中，給出了許多作者認為相當有用的市面上常見零部件的性能參數。以后，如有新的應用實例，我也很樂意采納。
本書第1章從精密機械設計的基本原理入手，以精密機床和坐標測量機為設計案例進行深入探討。第2章詳細討論了機械誤差的物理原理，以及如何將這些知識運用于機械誤差分配中。第3章和第4章分別介紹了在精密機床上應用的各種類型的模擬傳感器和光學傳感器1。第5章討論了傳感器安裝方法。第6章給出了機床幾何誤差和溫度誤差的詳細案例研究。第7章討論了系統設計的注意事項。第8章和第9章分別討論了機床上常用的各種類型的直線和旋轉軸承，重點放在軸承的基本特性及其在機械系統中的動力學行為。第10章介紹如何定義驅動機構的需求，并且詳盡介紹了精密機械系統中常用的各種類型的直線和回轉驅動器以及傳動裝置。
本書可作為高年級本科生及研究生的設計類課程教材，并且可供工程技術人員參考。作為教材，本書假定學生已具備了學習能力，能夠就書中提及的一些不熟悉的概念進行深入研究。在許多方面，這樣的設計書是首次出版，因此對工程技術人員來說也極具參考價值。在很多情況下，書中給出了公式的詳細推導過程，以助于讀者更深入地理解問題的本質。這些公式的應用都以電子數據表的形式進行了說明。
為什么學生們要學習成為設計工程師呢?看看你周圍的那些缺乏營養、缺少關愛的孩子，能夠幫助他們的資源，只有通過提升自然資源的價值來獲得。這也就意味著，我們需要新的·Ⅳ·產品，進而產生許多就業機會，以幫助他們擺脫貧困。一旦有了產品需求，就需要制造出來，這樣會創造出更多的就業崗位。我們需要人設計出滿足人們需求的產品，我們需要人解決新產品的生產、分配、銷售以及售后服務問題，這將創造出更多的就業機會。我的目標是幫助人們去發現如何才能更好地使用自己的頭腦，并使他們能夠用自己的頭腦去幫助別人。
將你的大腦想象成為一個大型的能夠儲存信息的立方體的三維陣列，隨著時間的增長，這種儲存信息的立方體數量也隨之增加。例如，一旦讀者從書本上了解到一種新型軸承，該信息將被存放在知識立方塊中，使用軸承的新方法或許會存入想象立方塊中，之前的關于軸承的經驗或許會存入智慧立方塊中，你可以隨機地或者系統地搜索這一立方體陣列，從而找到解決問題的方法。在尋找解決問題的過程中，你常常發現已有的立方體并不包含所需的內容，這樣，便會促使你去創造發明。
希望這本書能夠幫助讀者充實自己的立方體，并學會更加有效地、更加富有想象力地、更加聰明地運用這些立方體，這是一個世界公民的責任。倘若不能充分利用你的大腦，豈不是白白浪費了你的天賦。
本書花費了四年時間寫成，期間得到了許多人和公司的支持，詳見致謝部分。本書經過認真校對，以盡量避免出錯2，但同時也歡迎讀者指出錯誤，以便日后印刷時得以修正。十分歡迎讀者對教材提出修改意見，包括添加新的內容。學生用的習題集將另外結集成冊，同時，歡迎讀者補充新習題。
亞歷山大·亨利·斯洛克姆
機械工程系
麻省理工學院
馬薩諸塞大街77號
劍橋，馬薩諸塞州 02139
1 第3章和第4章按照字母順序介紹傳感器，而不是按照工作原理(如感應的)進行介紹，因為我詢問的現實世界的工程師更喜歡這種方式。最終，信息內容是相同的。歡迎讀者對此提出意見。
2 對于因利用本書信息而造成的損失，作者、編輯、出版社、贊助商或機構不承擔任何責任。一名優秀的工程師將會反復校驗信息，特別是應用于那些具有危險性的設計時。
譯者序
原版書前言
第1章 精密機械設計概論 1
1.1 引言 1
1.2 經濟學分析基礎 2
1.3 項目管理: 理論和實施 9
1.4 設計工程師應具備的素質 15
1.5 設計案例: 高速加工中心(HSMC) 29
1.6 設計案例: 三坐標測量儀 40
第2章 精確度、重復性與分辨率的原理 52
2.1 引言 52
2.2 制訂系統誤差分配 55
2.3 準靜態機械誤差 71
2.4 動態力引起的誤差 92
2.5 設計案例研究: 絲杠調整不當引起的支架直線度誤差 94
第3章 模擬傳感器 101
3.1 引言 101
3.2 非光學傳感器系統 106
第4章 光學傳感器 141
4.1 引言 141
4.2 自準直儀 141
4.3 光學編碼器 145
4.4 光纖傳感器 155
4.5 干涉傳感器 158
4.6 激光三角傳感器 183
4.7 光電傳感器 184
4.8 飛行時間傳感器 189
4.9 視覺系統 190
第5章 傳感器的安裝與校準 194
5.1 引言 194
5.2 傳感器的定位 194
5.3 傳感器的找正 198
5.4 傳感器安裝結構設計 199
5.5 傳感器安裝環境 202
5.6 曲面間的接觸 203
5.7 測量構架 209
5.8 傳感器校準 219
5.9 傳感器輸出和定位誤差對精度的影響 222
5.10 設計案例研究: 激光遙測系統設計 224
第6章 車削中心幾何誤差與熱誤差 238
6.1 引言 238
6.2 SuperslantTM的齊次變換矩陣的建立 242
6.3 機床的測量 246
6.4 校準測量結果 251
6.5 測量誤差補償 259
6.6 誤差補償系統的實時實現 261
6.7 總結和結論 264
第7章 系統設計注意事項 266
7.1 引言 266
7.2 加工注意事項 267
7.3 材料 293
7.4 結構設計 300
7.5 連接設計 322
7.6 輔助系統 346
7.7 活動連接設計 354
7.8 設計案例: 磨削大型離軸光學零件的新型機床 363
第8章 接觸式軸承 370
8.1 引言 370
8.2 滑動軸承 374
8.3 滾動軸承 391
8.4 旋轉運動的滾動軸承 405
8.5 直線運動的滾動軸承 422
8.6 撓性軸承 459
8.7 限制軸承熱效應的設計 474
8.8 案例分析: 主軸運動誤差測量 478
第9章 非接觸式軸承 485
9.1 引言 485
9.2 液體靜壓軸承 485
9.3 氣體靜壓軸承 508
9.4 磁浮軸承 541
第10章 驅動與傳動 553
10.1 引言 553
10.2 元件的動態匹配 553
10.3 線性和旋轉伺服電動機 562
10.4 有限行程電磁致動器 574
10.5 壓電致動器 577
10.6 流體傳動系統 584
10.7 旋轉傳動元件 592
10.8 直線傳動元件 606
10.9 設計案例: 通過控制提高軸向剛度 640
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