本书根据教育部制定并实施的“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的精神，以及2007年教育部、财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见（即质量工程），结合金工系列课程改革与实践教学基地建设，以扩大现代制造技术训练和增加科技创新教学内容为目的而组织编写的。

本书共4篇21章，内容包括机械工程材料基本知识、铸造、锻压、焊接、切削加工的基础知识、钳工、车削、钻削和镗削、铣削、刨削、磨削、数控加工基本知识、数控车削加工、数控铣削加工、特种加工技术、其他先进制造技术以及科技创新实践的内容。

本书可作为高等工科院校机械类和近机械类专业的工程实践（训练）教学的教材，也可供职业技术学院相关专业选用，或作为工程技术人员的参考用书。

我们知道，大学、大专和高职高专都设有各种各样的实验室。其目的是通过这些教学实验，使学生不仅能比较深入地掌握书本上的理论知识，而且能够掌握实验仪器的操作方法，领悟实验中所蕴涵的科学方法。但由于教学实验与工程训练存在较大的差别，因此，如果我们的大学生不经过工程训练这样一个重要的实践教学环节，当毕业后步入社会时，就有可能感到难以适应。

对于工程训练，我们认为这是一种与社会、企业及工程技术的接口式训练。在工程训练的整个过程中，学生所使用的各种仪器设备都是来自社会企业的产品，有的还是现代企业正在使用的主流产品。这样，学生一旦步入社会，步入工作岗位，就会发现他们在学校所进行的工程训练，与社会企业的需求具有很好的一致性。另外，凡是接受过工程训练的学生，不仅为学习其他相关的技术基础课程和专业课程打下了基础，而且同时具有一定的工程技术素养，开始走向工程了。这样就为他们进入社会与企业，更好地融入新的工作群体，展示与发挥自己的才能创造了有利的条件。

近10年来，国家和高校对工程实践教育给予了高度重视，我国的理工科院校普遍建立了工程训练中心，拥有前所未有的、极为丰厚的教学资源，同时面向大量的本科学生群体。这些宝贵的实践教学资源，像数控加工、特种加工、先进的材料成形、表面贴装、数字化制造等硬件和软件基础设施，与国家的企业发展及工程技术发展密切相关。而这些涉及多学科领域的教学基础设施，又可以通过教师和其他知识分子的创造性劳动，转化和衍生出为适应我国社会与企业所迫切需求的课程与教材，使国家投入的宝贵资源发挥其应有的教育教学功能。

为此，本系列教材的编审，将贯彻下列基本原则：

 (1)  努力贯彻教育部和财政部有关“质量工程”的文件精神，注重课程改革与教材改革配套进行。

 (2)  要求符合教育部工程材料及机械制造基础课程教学指导组所制定的课程教学基本要求。

 (3)  在整体将注意力投向先进制造技术的同时，要力求把握好常规制造技术与先进制造技术的关联，把握好制造基础知识的取舍。

 (4)  先进的工艺技术，是发展我国制造业的关键技术之一。因此，在教材的内涵方面，要着力体现工艺设备、工艺方法、工艺创新、工艺管理和工艺教育的有机结合。

 (5)  有助于培养学生独立获取知识的能力，有利于增强学生的工程实践能力和创新思维能力。

 (6)  融汇实践教学改革的最新成果，体现出知识的基础性和实用性，以及工程训练和创新实践的可操作性。

 (7)  慎重选择主编和主审，慎重选择教材内涵，严格按照和体现国家技术标准。

 (8)  注重各章节间的内部逻辑联系，力求做到文字简练，图文并茂，便于自学。

本系列教材的编写和出版，是我国高等教育课程和教材改革中的一种尝试，一定会存在许多不足之处。希望全国同行和广大读者不断提出宝贵意见，使我们编写出的教材更好地为教育教学改革服务，更好地为培养高质量的人才服务。

普通高等院校工程训练系列规划教材编审委员会主任委员： 傅水根2008年2月于清华园机械工程实践与创新  制造业是国民经济的重要组成部分，是增强国家竞争力的基础。随着科学技术的发展，社会对人才的需求也发生着深刻的变化，特别是对工科学生的工程实践能力、新技术应用能力以及创新意识等提出了更高的要求。作为工科院校，要培养出高质量、高素质的工程技术人才，必须在工程实践教学中，注重工程实践能力和创新意识的培养，逐步实现由传统的实习向现代工程实践教学转变，由技术教育向创新教育转变，最终实现学生知识、能力和素质的全面发展。

本书根据教育部制定并实施的“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”的精神，以及2007年教育部、财政部关于实施高等学校本科教学质量与教学改革工程的意见（即质量工程），结合金工系列课程改革与实践教学基地建设，以扩大现代制造技术训练和增加科技创新教学内容为目的而组织编写的。本书具有如下特点：

 (1)  传统制造技术与现代加工技术相融合，充分体现工程实践教学内容的系统性；

 (2)  以现代制造领域中应用最为广泛的新技术、新工艺为着力点，力求体现工程技术的先进性；

 (3)  注重学生科技创新思维和意识的引导，并通过大量科技创新案例，激发学生的创新兴趣，培养学生的创新能力。

本书可作为高等工科院校机械类和近机械类专业的工程实践（训练）教学使用，总学时为3～6周（主要是前3篇内容）。科技创新实践部分（第4篇），试图引导学生进入科技创新活动，通过参与科技创新活动激发创新意识，提高创新实践能力。

本书由兰州理工大学机械工程实践教学中心组织编写，全书共分4篇21章。参加编写的有曹立宏（第1～3章）、余淑荣（第4～6章）、吴明亮（第7～11章）、刘永平（第12～16章）、王宏（第17～21章）。全书由刘永平主编，清华大学傅水根教授主审。

由于编者水平有限，书中难免有缺点和错误，恳请读者批评指正。

第1章 机械工程材料基本知识3

  1.1 金属材料的性能3

1.1.1 金属材料的力学性能3

1.1.2 金属材料的物理性能和化学性能6

1.1.3 金属材料的工艺性能7

  1.2 金属的晶体结构7

1.2.1 金属晶体的结构7

1.2.2 金属的结晶8

1.2.3 金属的同素异构转变9

1.2.4 合金的晶体结构10

1.2.5 二元合金相图的概念10

  1.3 铁碳合金12

1.3.1 铁碳合金的基本组织12

1.3.2 Fe-Fe3C状态图13

1.3.3 典型铁碳合金的组织转变14

1.3.4 碳的质量分数对碳素钢性能的影响16

1.3.5 Fe-Fe3C状态图的应用17

  1.4 常用金属材料18

1.4.1 钢18

1.4.2 铸铁21

1.4.3 铸钢22

1.4.4 铜合金及铝合金22

  1.5 钢的热处理24

1.5.1 热处理基本概念24

1.5.2 钢的热处理工艺25

1.5.3 常用热处理设备35

1.5.4 钢的热处理新技术简介37机械工程实践与创新目 录  1.6 钢铁材料的现场鉴别39

1.6.1 火花鉴别法39

1.6.2 色标鉴别法40

1.6.3 断口宏观鉴别法41

1.6.4 音色鉴别法41

  1.7 常用非金属材料41

1.7.1 高分子材料41

1.7.2 陶瓷材料44

1.7.3 复合材料46第2章 铸造48

  2.1 铸造生产过程48

2.1.1 砂型铸造的生产过程48

2.1.2 砂型及其组成49

2.1.3 模样与芯盒50

  2.2 型(芯)砂50

2.2.1 型(芯)砂的组成50

2.2.2 型(芯)砂应具备的性能51

2.2.3 型(芯)砂的制备与检验52

  2.3 造型造芯方法52

2.3.1 手工造型52

2.3.2 机器造型56

2.3.3 造型芯59

2.3.4 合型(合箱)60

  2.4 砂型铸造工艺设计61

2.4.1 分型面和浇注位置61

2.4.2 浇注系统和冒口62

2.4.3 铸造工艺参数64

2.4.4 铸造工艺图65

  2.5 合金的熔炼、浇注及铸件的清理66

2.5.1 合金的熔炼66

2.5.2 合金的浇注68

2.5.3 铸件的清理69

  2.6 熔模铸造70

2.6.1 熔模铸造的发展70

2.6.2 熔模铸造工艺流程70

2.6.3 熔模铸造工艺的特点72

  2.7 陶瓷型铸造73

  2.8 实型铸造74

  2.9 其他铸造技术简介75

2.9.1 金属型铸造75

2.9.2 压力铸造76

2.9.3 离心铸造77

2.9.4 挤压铸造77

2.9.5 磁型铸造78

2.9.6 连续铸造78

  2.10 铸件质量分析79第3章 锻压82

  3.1 锻坯的加热与锻件冷却83

3.1.1 锻坯的加热与锻造温度范围83

3.1.2 加热缺陷及其防止84

3.1.3 加热设备85

3.1.4 锻件的冷却87

3.1.5 锻件的热处理87

  3.2 自由锻造87

3.2.1 自由锻造设备及工具88

3.2.2 自由锻造基本工序 91

3.2.3 典型自由锻件工艺示例 97

  3.3 模型锻造99

3.3.1 模锻设备99

3.3.2 锻模结构及工作过程100

3.3.3 胎模锻100

  3.4 板料冲压101

3.4.1 冲压设备102

3.4.2 板料冲压基本工序 103

3.4.3 冲模结构105

3.4.4 典型冲压件工艺示例106

  3.5 锻压件质量分析108

3.5.1 锻件质量分析108

3.5.2 冲压件质量分析108第4章 焊接109

  4.1 焊条电弧焊110

4.1.1 焊条电弧焊焊接过程110

4.1.2 焊条电弧焊设备111

4.1.3 电焊条112

4.1.4 焊条电弧焊基本操作113

4.1.5 焊条电弧焊工艺115

  4.2 气焊与气割117

4.2.1 气焊117

4.2.2 气割122

  4.3 其他焊接方法123

4.3.1 埋弧自动焊123

4.3.2 气体保护电弧焊125

4.3.3 电渣焊126

4.3.4 压焊126

4.3.5 钎焊128

  4.4 焊接质量分析129

4.4.1 焊接变形129

4.4.2 常见焊接缺陷及分析129

4.4.3 焊接检验130

第2篇 金属切削技术

第5章 切削加工的基础知识135

  5.1 切削加工的概念135

5.1.1 切削运动135

5.1.2 切削用量三要素136

  5.2 零件的加工质量137

  5.3 常用刀具材料139

  5.4 金属切削机床的分类与编号140

  5.5 常用量具及其使用143第6章 钳工152

  6.1 概述152

  6.2 钳工工作台和虎钳152

  6.3 划线153

  6.4 錾削159

  6.5 锯切162

  6.6 锉削164

  6.7 刮削与研磨167

6.7.1 刮削167

6.7.2 研磨169

  6.8 攻螺纹和套螺纹170

6.8.1 攻螺纹170

6.8.2 套螺纹171

6.8.3 攻螺纹和套螺纹时可能出现的问题及其原因173

  6.9 装配173第7章 车削178

  7.1 车削的基本知识178

7.1.1 概述178

7.1.2 普通车床的编号179

7.1.3 普通车床主要部分的名称和用途179

7.1.4 普通车床的传动系统181

7.1.5 空车练习注意事项183

  7.2 车刀及其安装183

7.2.1 车刀的种类与应用183

7.2.2 车刀的结构183

7.2.3 车刀的刃磨185

7.2.4 车刀的安装186

  7.3 工件的安装187

7.3.1 用三爪自定心卡盘安装工件187

7.3.2 用四爪单动卡盘安装工件188

7.3.3 用顶尖安装工件188

7.3.4 用一夹一顶方式安装工件190

7.3.5 用花盘、弯板安装工件190

7.3.6 用心轴安装191

7.3.7 中心架和跟刀架192

  7.4 车床操作要点193

7.4.1 粗车和精车193

7.4.2 刀架极限位置检查194

7.4.3 刻度盘及其正确使用194

7.4.4 对刀和试切、试量195

  7.5 基本车削方法196

7.5.1 车外圆196

7.5.2 车端面和台阶197

7.5.3 切槽和切断198

7.5.4 钻孔、镗孔199

7.5.5 车锥面201

7.5.6 车成形面202

7.5.7 车螺纹204

7.5.8 滚花206

  7.6 典型零件车削工艺207

7.6.1 制定零件加工工艺的内容及步骤208

7.6.2 轴类零件的加工工艺209

7.6.3 盘套类零件的加工工序210

  7.7 车削安全技术212第8章 钻削和镗削213

  8.1 钻削概述213

  8.2 钻床214

  8.3 钻床上用的刀具215

  8.4 钻孔、扩孔、铰孔217

  8.5 镗削220

8.5.1 镗床220

8.5.2 镗刀222第9章 铣削223

  9.1 概述223

9.1.1 铣削加工的范围223

9.1.2 铣削的加工精度224

9.1.3 常用铣床224

  9.2 铣削基础知识226

9.2.1 铣削运动226

9.2.2 铣削方式227

9.2.3 铣刀227

  9.3 铣床主要附件228

9.3.1 回转工作台228

9.3.2 万能铣头229

9.3.3 分度头229

  9.4 铣削231

9.4.1 铣平面231

9.4.2 铣斜面232

9.4.3 铣沟槽233

9.4.4 铣成形面和曲面234

9.4.5 铣床镗孔234

  9.5 齿形加工235

9.5.1 成形法235

9.5.2 展成法236第10章 刨削239

  10.1 概述239

  10.2 牛头刨床239

  10.3 刨刀242

  10.4 工件的装夹243

  10.5 刨削方法246

  10.6 其他刨削类机床252

  10.7 拉削加工简介254第11章 磨削256

  11.1 概述256

  11.2 磨床257

11.2.1 外圆磨床257

11.2.2 内圆磨床259

11.2.3 平面磨床259

  11.3 砂轮260

11.3.1 砂轮的种类260

11.3.2 砂轮的检查、安装、平衡和修整261

  11.4 磨削的加工方法261

11.4.1 外圆磨削261

11.4.2 内圆磨削263

11.4.3 圆锥面的磨削264

11.4.4 平面磨削264

第3篇 现代制造技术

第12章 数控加工基本知识269

  12.1 数控机床的基本概念269

12.1.1 数控机床的发展269

12.1.2 数控机床的特点269

12.1.3 数控机床的基本组成270

12.1.4 数控机床的工作过程271

12.1.5 数控机床的分类272

  12.2 数控加工编程基础274

12.2.1 数控编程的方法274

12.2.2 数控编程的内容和步骤275

12.2.3 数控机床坐标系275

12.2.4 加工程序的结构与格式277

  12.3 数控加工工艺基础279

12.3.1 数控加工工艺的特点及内容279

12.3.2 数控加工工艺内容的选择279

12.3.3 数控加工工艺性分析280

12.3.4 数控加工工艺路线的设计281第13章 数控车削加工283

  13.1 数控车床的结构283

13.1.1 数控车床的结构283

13.1.2 数控车床的布局284

  13.2 数控车床的编程基础284

13.2.1 机床坐标系、机床零点和机床参考点284

13.2.2 工件坐标系、程序原点和对刀点285

  13.3 HNC-21/22T数控系统的编程指令体系286

13.3.1 辅助功能M代码286

13.3.2 主轴功能S、进给功能F和刀具功能T287

13.3.3 准备功能G代码288

  13.4 数控车床的基本操作296

13.4.1 操作装置及软件操作界面296

13.4.2 基本操作功能及方法297第14章 数控铣削加工302

  14.1 数控铣床的分类302

  14.2 数控铣床的编程基础303

14.2.1 数控铣床坐标系303

14.2.2 数控系统的准备功能304

14.2.3 数控系统的辅助功能304

14.2.4 T、S功能304

  14.3 基本编程指令306

  14.4 综合实例311

  14.5 数控铣床的基本操作312

14.5.1 操作装置及控制面板312

14.5.2 AUTO自动加工操作314

14.5.3 新建零件程序314

14.5.4 程序的删除315

14.5.5 编辑程序315

14.5.6 对刀操作315

  14.6 加工中心简介317第15章 特种加工技术318

  15.1 电火花加工318

15.1.1 电火花加工的原理及特点318

15.1.2 电火花成形加工机床的结构319

15.1.3 电火花成形加工工艺320

15.1.4 电火花高速小孔加工321

  15.2 电火花线切割加工322

15.2.1 数控线切割加工的基本原理和特点322

15.2.2 数控线切割加工机床323

15.2.3 数控线切割机床编程方法324

  15.3 激光加工326

15.3.1 激光的特性327

15.3.2 激光加工的原理和特点327

15.3.3 激光加工工艺及应用328

  15.4 超声加工329

15.4.1 超声加工的基本原理和特点329

15.4.2 超声加工设备及其组成部分330

15.4.3 超声加工的应用331第16章 先进制造技术332

  16.1 先进制造工艺技术332

16.1.1 超精密加工技术332

16.1.2 超高速加工技术333

16.1.3 快速原型制造技术334

16.1.4 微细加工技术336

  16.2 制造自动化技术338

16.2.1 工业机器人338

16.2.2 柔性制造系统340

16.2.3 计算机集成制造系统341

  16.3 先进制造生产模式343

16.3.1 并行工程343

16.3.2 精益生产344

16.3.3 敏捷制造345

16.3.4 网络化制造345

16.3.5 企业资源计划346第4篇 科技创新实践

第17章 绪论349

  17.1 创新引领发展349

  17.2 启迪智慧、锻炼才能350第18章 进入创新领域352

  18.1 创新课题的实践性352

  18.2 创新课题的独到性357

  18.3 创新课题的实用性359第19章 创新课题中的技术矛盾361

  19.1 准确描述课题的目标361

  19.2 分析课题的矛盾元素363

  19.3 克服尖锐的技术矛盾364

  19.4 技术矛盾之间的协调365第20章 解决技术矛盾的措施367

  20.1 突破惯性思维367

  20.2 打破现有状态372

  20.3 汇聚有用资源374

  20.4 拓展新兴领域376第21章 创新实践的再思考380

  21.1 技术体系的特征380

  21.2 工程技术的支撑381

  21.3 科技创新的实践382

  21.4 创新实践的战略383参考文献385

机械工程实训目 录4 锻压成形34

  4.1 概述34

  4.2 锻造生产过程34

4.2.1 坯料加热34

4.2.2 锻件的冷却36

4.2.3 热处理37

  4.3 自由锻37

4.3.1 自由锻工具与设备37

4.3.2 自由锻工序38

4.3.3 典型自由锻锻件生产工艺实例43

  4.4 模锻与胎模锻45

4.4.1 模锻45

4.4.2 胎模锻46

  4.5 板料冲压46

4.5.1 板料冲压的特点和应用46

4.5.2 冲压设备47

4.5.3 板料冲压的基本工序48

  复习思考题495 焊接 50

  5.1 概述50

  5.2 焊接工艺基础51

  5.3 常用焊接材料54

  5.4 熔焊方法56

5.4.1 手工电弧焊56

5.4.2 气焊59

5.4.3 气体保护焊61

5.4.4 埋弧自动焊62

  5.5 现代先进的焊接方法63

5.5.1 等离子弧焊接63

5.5.2 电子束焊64

5.5.3 激光焊接65

  5.6 切割66

5.6.1 等离子弧切割66

5.6.2 激光切割66

  5.7 焊接变形和焊接缺陷66

  5.8 焊接检验68

  复习思考题706 切削加工的基本知识71

  6.1 切削加工概述71

  6.2 切削运动和切削用量72

6.2.1 切削运动72

6.2.2 切削用量72

6.2.3 切削层参数73

  6.3 刀具材料及刀具的几何形状73

6.3.1 刀具材料73

6.3.2 刀具的几何形状75

  6.4 金属切削机床的分类与编号78

  6.5 常用量具及其使用方法80

6.5.1 游标卡尺80

6.5.2 百分尺81

6.5.3 塞尺83

6.5.4 直角尺83

6.5.5 刀口尺83

6.5.6 光滑极限量规84

6.5.7 百分表84

6.5.8 万能角度尺85

  6.6 零件加工质量及检测方法86

6.6.1 精度86

6.6.2 表面粗糙度90

  复习思考题917 车削加工92

  7.1 概述92

  7.2 车床93

7.2.1 车床的型号及组成93

7.2.2 车床的传动系统94

7.2.3 车床的维护保养和安全操作规程94

  7.3 车刀95

7.3.1 车刀的种类和结构形式95

7.3.2 车刀的刃磨96

7.3.3 车刀的安装96

  7.4 工件安装及所用附件97

7.4.1 三爪自定心卡盘安装工件97

7.4.2 四爪单动卡盘安装工件98

7.4.3 双顶尖安装工件98

7.4.4 心轴安装工件99

7.4.5 花盘安装工件100

7.4.6 中心架和跟刀架的使用100

  7.5 车床操作基础101

7.5.1 刻度盘的使用101

7.5.2 粗车与精车102

7.5.3 试切方法及步骤103

  7.6 车削加工103

7.6.1 车外圆和台阶103

7.6.2 车端面104

7.6.3 孔加工105

7.6.4 切槽和切断106

7.6.5 车锥面107

7.6.6 车回转成形面108

7.6.7 车螺纹109

7.6.8 滚花112

  7.7 典型零件的车削工艺112

  复习思考题1148 钳工与产品拆装115

  8.1 概述115

8.1.1 工艺特点及其应用范围115

8.1.2 常用设备115

  8.2 划线117

8.2.1 划线的用途和方法117

8.2.2 划线工具和划线实例118

  8.3 锯削120

  8.4 锉削122

8.4.1 锉刀结构及种类122

8.4.2 锉削质量检查方法124

  8.5 钻孔、扩孔和铰孔124

8.5.1 钻孔  124

8.5.2 扩孔126

8.5.3 铰孔126

  8.6 螺纹加工127

8.6.1 攻螺纹127

8.6.2 套螺纹129

  8.7 装配与拆卸130

8.7.1 装配概述130

8.7.2 装配过程及装配工作130

8.7.3 装配实例132

8.7.4 常用轴承的装配方法132

8.7.5 机器的拆卸132

  复习思考题1339 铣削、刨削、磨削和精密加工134

  9.1 铣削加工134

9.1.1 铣削运动及铣削要素134

9.1.2 铣床及其附件135

9.1.3 铣削加工方法138

  9.2 刨削加工142

9.2.1 刨床及刨削工作142

9.2.2 插削和拉削145

  9.3 磨削加工147

9.3.1 普通磨削147

9.3.2 磨削加工152

9.3.3 高效磨削工艺156

  9.4 精密加工158

9.4.1 刮削158

9.4.2 研磨160

9.4.3 其他精密加工简介160

  复习思考题16110 数控加工技术163

  10.1 数控加工概述163

10.1.1 概述163

10.1.2 数控加工的特点163

10.1.3 数控机床的工作原理164

10.1.4 数控机床的组成及分类164

10.1.5 数控机床的坐标系166

10.1.6 数控编程基础168

  10.2 数控车削加工171

10.2.1 数控车床简介171

10.2.2 数控车削加工工艺过程171

10.2.3 数控车床手工编程172

10.2.4 综合实例176

10.2.5 数控车床自动编程177

10.2.6 数控车床加工操作178

  10.3 数控铣削加工180

10.3.1 数控铣床简介180

10.3.2 数控铣削加工工艺基础182

10.3.3 数控铣削手工编程184

10.3.4 数控铣床操作面板的功能与使用189

  10.4 加工中心192

10.4.1 加工中心的分类193

10.4.2 加工中心的主要加工对象193

10.4.3 刀库与刀具交换装置194

10.4.4 加工编程实例195

  复习思考题19611 特种加工197

  11.1 概述197

  11.2 电火花加工198

11.2.1 电火花加工的基本原理198

11.2.2 电火花成形加工的基本条件199

11.2.3 电火花成形机床简介199

11.2.4 电火花成形加工的精度和表面质量200

11.2.5 电火花成形加工的工艺特点和应用201

  11.3 数控电火花线切割加工201

  11.4 激光加工202

  11.5 超声波加工204

  11.6 电解加工 206

  11.7 电子束加工207

  11.8 离子束加工208

  11.9 水喷射加工209

  复习思考题21012 粉末冶金与非金属材料成形工艺211

  12.1 粉末冶金成形工艺211

12.1.1 粉料制备212