《工程训练教程（机械类及近机械类）》以2014年教育部工程训练教学指导委员会课程建设组关于《高等学校工程训练类课程教学质量标准（整合版本 2.0）》的精神为指导，结合工程训练实践教学内容及课程体系改革研究与实践成果编写而成。《工程训练教程（机械类及近机械类）》分为14章，主要介绍了材料成形（工程材料、铸造、焊接）、传统切削加工技术（切削加工基础、车削、铣削、磨削钳工）、现代制造技术（数控加工技术、特种加工技术、三坐标测量技术、柔性制造技术等）、电子工艺、综合与创新（汽车构造、ERP沙盘模拟经营、铁艺制作、慧鱼机器人创新训练、综合设计与制作）等。注重培养学生理论联系实际，通过实际制作来强化学生的工程训练效果，发挥学生的潜力，提高学生的综合创新实践能力。

目录
0绪论1
0.1工程训练教学内容1
0.2工程训练教学目标2
0.3机械制造工程训练教学要求2
0.4机械制造工程训练学生实习守则3
第1篇材料成形
第1章工程材料及金属热处理4
1.1工程材料概论4
1.2常用金属材料简介5
1.2.1常用金属材料5
1.2.2常用钢铁材料的牌号和用途6
1.2.3金属材料的力学性能7
1.3钢材的火花鉴别8
1.3.1火花的组成和名称8
1.3.2碳铜火花的特征9
1.3.3常用钢的火花特征10
1.4钢的热处理11
1.4.1热处理及其分类11
1.4.2热处理的常用设备14
1.5常用金属材料显微组织观察17
1.5.1铁碳合金基本组织17
1.5.2金相显微镜20
1.6热处理实训20
第2章铸造23
2.1铸造工艺概述23
2.2砂型铸造23
2.2.1铸型23
2.2.2型砂的性能要求、组成及其制备24
2.2.3制作模样和芯盒25
2.2.4手工造型27
2.2.5制造砂芯29
2.2.6浇注系统30
2.2.7合型31
2.2.8合金的熔炼和浇注32
2.2.9铸件落砂与清理33
2.3特种铸造及新技术33
2.3.1熔模铸造33
2.3.2压力铸造34
2.3.3金属型铸造35
2.3.4离心铸造35
2.3.5铸造新技术36
2.4铸件质量分析与控制37
2.5铸造实训40
第3章焊接44
3.1焊接工艺概述44
3.2焊条电弧焊45
3.2.1焊条电弧焊的焊接过程45
3.2.2焊条电弧焊的电源设备46
3.2.3焊条电弧焊常用工量具47
3.2.4电焊条的分类47
3.2.5焊接接头及坡口形式48
3.2.6焊接位置49
3.2.7焊条电弧焊的基本操作方法49
3.3气焊与气割51
3.3.1气焊51
3.3.2气割52
3.4其他焊接工艺53
3.4.1二氧化碳气体保护焊53
3.4.2氢弧焊技术54
3.4.3埋弧焊技术王55
3.5焊接变形与焊接缺陷分析56
3.5.1焊接变形56
3.5.2焊接缺陷及分析56
3.5.3焊接质量检验58
3.6焊接实训59
第2篇传统切削加工
第4章切削加工基础知识61
4.1切削加工概述61
4.1.1切削运动61
4.1.2金属切削机床63
4.2金属切削刀具66
4.2.1金属切削刀具的结构及分类66
4.2.2刀具几何角度67
4.2.3常用刀具材料的种类、性能及应用68
4.3机械加工质量70
4.3.1加工精度70
4.3.2表面质量71
4.3.3加工误差71
4.4测量技术及实训71
4.4.1测量技术基础72
4.4.2常用量具73
4.4.3测量技术实训80
第5章车削82
5.1车削工艺概述82
5.2普通卧式车床83
5.3车刀86
5.3.1车刀的种类86
5.3.2车刀的结构87
5.3.3车刀的安装88
5.4工件的安装89
5.4.1用三爪自定心卡盘安装工件89
5.4.2用四爪单动卡盘安装工件89
5.4.3用顶尖安装工件90
5.4.4中心架和跟刀架的使用91
5.4.5用心轴安装工件92
5.4.6用花盘安装工件92
5.5车削基本工艺93
5.5.1车端面93
5.5.2钻中心孔93
5.53车外圆94
5.5.4车床上的孔加工95
5.5.5切槽和切断96
5.5.6车圆锥面98
5.5.7车螺纹99
5.5.8滚花100
5.6车削实训100
第6章镜削与刨削102
6.1镜削工艺概述102
6.2镜床102
6.2.1卧式万能镜床103
6.2.2立式镜床104
6.3镜刀104
6.3.1镜刀的种类104
6.3.2锐刀的安装105
6.4镜床的附件及应用106
6.4.1分度头106
6.4.2其他附件107
6.5镜削基本工艺108
6.5.1镜平面108
6.5.2镜斜面109
6.5.3镜沟糟109
6.6刨削工艺简介110
6.6.1牛头刨床110
6.6.2刨刀与工件的安装113
6.7镜削实训115
第7章磨削117
7.1磨削工艺概述117
7.2磨床118
7.2.1外圆磨床118
7.2.2平面磨床120
7.3砂轮120
7.3.1砂轮的特性121
7.3.2砂轮形状122
7.3.3砂轮的平衡、安装与修正123
7.4磨削基本工艺124
7.4.1外圆磨削124
7.4.2平面磨削124
7.4.3内圆表面及齿轮轮齿的磨削加工127
7.5磨削实训128
第8章钳工130
8.1钳工工艺概述130
8.2钳工基本工艺131
8.2.1划线131
8.2.2锯切136
8.2.3铿削137
8.2.4钻孔140
8.2.5攻螺纹和套螺纹146
8.3钳工实训149
第3篇现代制造技术
第9章数控加工151
9.1数控加工工艺概述151
9.2数控机床编程基础154
9.2.1数控机床的坐标系154
9.2.2数控编程155
9.3数控车削加工及实训156
9.3.1数控车削概述156
9.3.2数控车编程基础157
9.3.3数控车系统操作面板160
9.3.4数控车实训162
9.4数控镜削加工及实训164
9.4.1数控镜床概述164
9.4.2数控镜削编程基础165
9.4.3数控镜削编程167
9.4.4数控镜实训171
第10章特种加工177
10.1特种加工工艺概述177
10.1.1电火花加工177
10.1.2其他常见特种加工简述180
10.1.3特种加工的发展趋势181
10.2数控线切割加工及实训181
10.2.1线切割加工原理182
10.2.2线切割加工的特点182
10.2.3线切割机床182
10.2.4线切割加工的程序编制186
10.2.5数控线切割实训191
10.3激光加工及实训193
10.3.1激光技术与激光器概述193
10.3.2激光加工工艺概述195
10.3.3激光加工基本工艺197
10.3.4激光加工实训202
10.4.3D打印技术及实训203
10.4.13D打印技术概述203
10.4.23D打印技术的基本原理和工艺流程205
10.4.33D打印技术的应用207
10.4.4常见的几种3D打印工艺208
10.4呈熔融挤压成形操作实例211
10.4.63D打印实训216
第11章其他先进制造技术218
11.1三坐标测量技术及实训218
11.1.1概述218
11.1.2三坐标测量机221
11.1.3三坐标测量基本步骤224
11.1.4三坐标测量技术实训231
11.2柔性制造系统及实训232
11.2.1柔性制造系统的定义及发展232
11.2.2柔性制造系统的特点及使用范围233
11.2.3柔性制造系统的组成234
11.2.4典型柔性制造系统案例与分析238
11.2.5实训项目搬运机器人示教与再现实验241
第4篇电子工艺
第12章电子工艺实训242
12.1常用电子元器件242
12.1.1电阻器242
12.1.2电容器243
12.1.3电感器243
12.1.4晶体二极管244
12.1.5晶体三极管244
12.1.6场效应晶体管245
12.1.7集成电路246
12.2手工焊接技术247
12.2.1焊接工具与焊料247
12.2.2锡焊机理248
12.2.3手工焊接方法248
12.2.4手工焊接操作的注意事项249
12.2.5焊点质量的评价249
12.3SMT工艺250
12.3.1SMT基本工艺流程250
12.3.2表面组装元件251
12.3.3表面组装器件254
12.3.4焊接方式与组装类型255
12.4电子产品与工艺实训256
12.4.1实训目的和要求256
12.4.2实训基础知识257
12.4.3实训器材259
12.4.4实训步骤259
第5篇综合与创新
第13章综合训练261
13.1装配与拆卸基础知识261
13.1.1装配261
131.2拆卸262
13.2发动机构造及实训262
13.2.1发动机概述
13.2.2发动机结构268
13.2.3发动机拆装实训270
13.3ERP沙盘模拟经营及实训276
13.3.1ERP沙盘模拟经营课程简介276
13.3.2ERP沙盘设计276
13.3.3模拟企业简介279
13.3.4模拟企业财务状况280
13.3.5模拟企业经营规则281
13.3.6ERP沙盘模拟经营实训285
13.4铁艺制作及实训289
13.4.1铁艺制作概述289
13.4.2铁艺制作工艺291
13.4.3铁艺实训295
第14章创新训练296
14.1慧鱼机器人创新训练296
14.1.1慧鱼组合模型主要构成296
14.1.2创新训练305
14.2综合创新设计与制作309
14.2.1教学目的309
14.2.2设计要求309
14.2.3工艺设计311
14.2.4成本计算314
14.2.5提供的设备、刀具、量具、夹具和材料314
14.2.6产品设计说明书315
参考文献316
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0 绪论
机械制造业是工业的基础和重要组成部分，其发展水平是衡量一个国家经济发展水平和综合国力的重要标志。随着现代工业的快速发展，新知识与新技术的加速更替，各种类型的制造工程对综合创新性与复合应用型人才的需求剧增。因此，传授机械制造基础知识、培养基本操作技能的工程训练课程就成为工科大学生的必修课。对于机械类各专业的大学生，工程训练还是学习其他技术基础课的重要先修课程。
工程训练中心是全校性实践教学平台，工程训练课程是实践性的技术基础课，建立了以强化制造工程基础，注重机、电、信息、控制、管理多学科交叉，以提高工程实践能力和创新能力为核心的人才培养模式。学生通过本课程的学习获得机械制造的基本知识，建立工程意识；在培养一定操作技能的基础上增强学生的工程实践能力；在劳动观点、创新意识、理论联系实际的科学作风等基本素质方面受到培养和锻炼；为综合创新性与复合应用型人才的培养提供了实践基础。
0.1 工程训练教学内容
机械产品的制造过程也就是把原材料加工成合格零件的过程。一些尺寸不大的轴、销、套类等零件，可以直接用型材，经机械加工而成。还有一些制造方法可将原材料直接制成零件，例如：粉末冶金、熔模铸造等。一般的零件是将原材料经过铸造、锻压、焊接等方法制成毛坯，然后将毛坯由机械加工（特种加工）的方法制成零件。许多零件在毛坯制造和机械加工的过程中还需要进行不同的热处理工艺才能达到要求。因此，一般的机械产品制造过程如图 0-1所示。
图0-1 机械产品制造过程
工程训练的基本教学内容包括机械制造中常见的加工方法及其常用设备、工具、量具的操作和使用方法，分别进行了机械制造基础、材料成形、金属切削、电子工艺、装配等内容的现场实践教学。
0.2 工程训练教学目标
工程训练是一门实践性技术基础课，是让学生在一个真实的大制造环境中获得工程实践知识、建立工程意识、训练操作技能的实践课程；是学生接触生产实际，获得生产技术及管理知识，进行工程师基础素质训练的重要途径。根据我国工程实践教学的发展和创新人才的培养，教育部工程训练教学指导委员会提出了课程的教学目标为学习工艺知识，增强实践能力，提高综合素质，培养创新精神。
1. 学习工艺知识
工程训练是在教师的指导下通过独立的实践操作，建立起对制造过程的感性认识。在实训中，学生学习了机械制造主要加工方法及其主要设备的结构、工作原理及操作方法，正确使用了各类工具、夹具、量具及工艺文件，这些知识都是非常具体、生动而实际的，使学生对工程问题从感性认识上升到理性认识，为学生后续相关专业课程的学习及毕业设计等打下了良好的基础。
2. 增强实践能力
为了培养学生的工程实践能力，强化工程意识，本科人才培养方案中安排了各种实验、实习、设计等实践性教学环节和课程。其中工程训练是最重要的实践课程之一，在实训中，学生通过直接参加生产实践，亲自操作各种机器设备，使用各种工具、夹具、量具、刀具等，独立完成简单零件的制造过程，使学生对简单零件初步具有选择加工方法和分析加工工艺的能力。用理论指导实践，以实践验证和充实理论，培养了工程师应具备的基础知识和基本技能。 
3. 提高综合素质
工程训练课程是在生产实践的现场教学，它不同于教室，它是生产、教学、科研相结合的实践基地，教学内容丰富多样，实践环境多变，对大多数学生来说是第一次接触实际工程环境，是对学生进行思想作风教育的良好时机与场所。例如，遵守纪律与各项规章制度、加强劳动观念、爱惜国家财产、建立经济观点与质量意识等。一方面弥补了学生过去在实践知识上的不足，增加了以后学习和工作中所需要的工艺技术知识与技能，另一方面使学生初步树立起工程意识、劳动观念、集体观念、组织纪律性和爱岗敬业精神，从而提高了学生的综合素质。
4. 培养创新意识和创新能力
在工程训练中，学生要接触到几十种设备，并了解、熟悉和掌握其中一部分设备的结构、原理和使用方法，学习了一些基本的制造工艺。在学习过程中，经常会遇见新鲜事物，时常会产生新奇想法，要善于把这些新鲜感和好奇心转变为提出问题和解决问题的动力。同时这些基础工艺知识的学习为以后的创新孵化提供了实践方法和基本技能，增强了同学们的综合创新实践能力。
0.3 机械制造工程训练教学要求
工程训练是一门实践性很强的课程，不同于一般的理论课程。它没有系统的理论、定理和公式，除了一些基本原则以外，大都是一些具体的生产经验和工艺知识；主要的学习课堂不是教室，而是工厂或实验室；主要的学习对象不是书本，而是具体的生产过程，学习的指导者是现场的教学指导人员，因此学生的学习方法主要是在实践中学习。要注重在生产过程中学习工艺知识和基本技能，并能理论联系实际融会贯通；同时应及时完成实习、实验报告，加强理论知识的巩固。
工程训练的教学要求是：
（1）了解制造的一般过程和基础知识，熟悉零件的常用加工方法及其所用的主要设备与工具；了解新工艺、新技术、新材料在现代制造中的应用。
（2）对简单零件初步具有选择加工方法和进行工艺分析的能力，在主要加工工艺方面应能独立完成简单零件的加工，并培养一定的工艺实践能力。
（3）培养学生的安全意识、生产质量和经济观念、理论联系实际和认真细致的科学作风以及热爱劳动和爱护公物等基本素质。
0.4 机械制造工程训练学生实习守则
（1）严格遵守劳动纪律，做到不迟到、不早退、不旷课，一般不得请事假，特殊情况应履行请假手续，因病请假需医院证明。
（2）实习期间要服从指导教师的安排，未经允许不得擅自开动设备，不允许串岗、不允许打闹、不允许抽烟、不允许玩手机。
（3）实习时要穿合适的工作服，平底鞋，不准穿拖鞋、凉鞋、裙子、风衣，不得戴围巾、手套进行操作（规定可戴手套的工种除外），女同学要戴安全帽，并将长发或辫子纳入帽内。
（4）实习时要认真听老师讲解，仔细观看老师的示范，操作设备时要大胆、心细，认真遵守各类设备的安全操作规程，避免人身、设备事故的发生。
（5）操作设备时若发生问题，应立即停机，保护现场，并立即报告指导老师；多人共用一台机床时，只能一人操作，严禁两人同时操作，以防止事故发生。
（6）实习中应注意勤俭节约，降低原材料和低值易耗品消耗，在保证实习的前提下尽量降低实习成本。
（7）每天实习完毕，要求做到：
①整理和清点自己的工件、工具和量具；
②将设备擦拭干净，周边环境清扫干净；
③关好电源和窗户，经老师检查并同意后方可离岗。
（8）如不遵守上述规定，经劝告无效，工程训练中心将停止其实习。
第1章 工程材料及金属热处理
1.1 工程材料概论
工程材料是指用来制造工程构件和机械零件的材料，它既指用于机械、车辆、船舶、建筑、化工、能源、仪器仪表、航空航天等工程领域的材料，也包括用于制造工具的材料和具有特殊性能的材料。现代工程材料种类繁多，目前世界上的材料已有 40多万种，且每年还以 5%的速度在增加。一般按照材料的组成、结合键的特点，可将工程材料分为三大类：金属材料、非金属材料和复合材料。它们的具体分类如图1-1所示。
图1-1 常用机械工程材料
金属材料是最主要的工程材料，通常金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属是指以铁、锰、铬或以它们为主而形成的具有金属特性的物质，如钢、生铁、铁合金、铸铁等。有色金属是指除黑色金属以外的其他金属材料，如铜、铝、镁以及它们的合金等。应用最广的是黑色金属。以铁为基的合金材料占整个结构材料和工具材料的 90%以上。黑色金属材料的工程性能比较优越，价格也较便宜，是最重要的工程金属材料。有色金属按照性能和特点可分为轻金属、易熔金属、难熔金属、贵金属、稀土金属和碱土金属。它们是重要的有特殊用途的材料。
非金属材料是重要的工程材料。近年来，高分子、陶瓷等非金属材料急剧发展，在材料的生产和使用方面均有重大的进展，正在越来越多地应用于各类工程中。随着科技与生产力的发展，非金属材料得到了迅速发展。在一定程度上，非金属材料不仅能替代金属材料，在某些特性上也会起到一些金属材料所没有的作用。例如塑料，由于质轻，比强度高，不溶于水，不导电，不导热，可广泛用于各类工业产品包装、农业中地表薄膜、输水管道、家用电器外壳、医疗器械、电线、电缆、通讯、航空等现代领域。其中，ABS塑料还具有易加工、尺寸稳定，表面光泽度好，容易涂装、着色，还可以在表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和黏结等二次加工，目前在新兴起的 3D打印市场上颇受青睐，可用来制作机械、汽车、电子仪表和建筑等工业领域的各种构件，是一种用途极广的热塑性工程塑料。
陶瓷材料因具有硬度高、耐磨性好、熔点高、抗氧化性好和耐腐蚀性强等优点，可以用来制作刀具、模具、坩埚、耐高温零件以及多功能元件等。
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料组合而成的人工合成固体材料。它不仅能保持各组成材料的优点，而且还可获得单一材料无法具备的优越综合机械性能。玻璃钢、碳纤维强化塑料（ CFRP）、纤维增强金属（ FRM）、金属 -塑料层辑材料等都是复合材料的例子。 
1.2 常用金属材料简介 
1.2.1 常用金属材料
金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。常用金属材料分为黑色金属和有色金属两大类，黑色金属常常使人误会，以为黑色金属一定是黑的，其实不然。黑色金属只有三种：铁、锰、铬。而它们三个都不是黑色的！纯铁是银白色的，锰是银白色的，铬是灰白色的。因为铁的表面常常生锈，盖着一层黑色的四氧化三铁与棕褐色的三氧化二铁的混合物，看上去就是黑色的，所以人们称之为“黑色金属”。碳的质量分数在 2.11%以下的铁碳合金称为钢，碳的质量分数在 2.11%以上的合金称为生铁，把铸造生铁放在熔铁炉中熔炼成液体，浇注进模具型腔，就得到铸铁件。狭义的有色金属又称非铁金属，是铁、锰、铬以外的所有金属的统称。广义的有色金属还包括有色合金。有色合金是以一种有色金属为基体（通常大于 50%），加入一种或几种其他元素而构成的合金。下面就常用的金属做简单的介绍。
1. 钢
钢按其化学成分可分为碳素钢和合金钢。碳素钢的主要成分为铁和碳，在碳素钢的基础上，冶炼时专门加入一种或几种合金元素就形成了合金钢。此外，钢中还含有少量其他杂质，如硅、锰、硫、磷等。其中硫和磷通常是有害杂质，必须严格控制其含量。
1）碳素钢
根据生产上的需要有多种方法对碳素钢进行分类。
（1）按化学成分不同，可将碳素钢分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。其中低碳钢的碳的质量分数≤0.25%，其性能特点是强度低，塑性、韧性好，锻压和焊接性能好；中碳钢的碳的质量分数在 0.25%～0.60%，这类钢具有较高的强度和一定的塑性、韧性；高碳钢的碳的质量分数＞0.6%，经适当的热处理后，可达到很高的强度和硬度，但塑性和韧性较差。
（2）按用途不同，可分为碳素结构钢和碳素工具钢。碳素结构钢主要用于制造机械零件和工程结构，大多是低碳钢和中碳钢；碳素工具钢主要用于制造硬度高、耐磨的工具、刀具、模具和量具等，它们一般都是高碳钢。
（3）按质量等级（有害杂质含量）不同，可将碳素钢分为普通质量碳素钢、优质碳素钢和特殊质量碳素钢。
2）合金钢
合金钢按合金元素的含量，可分为低合金钢、中合金钢和高合金钢；按主要用途可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢（不锈钢、耐热钢、耐磨钢等）。
2. 铸铁
生产上常用的铸铁有灰口铸铁（片状石墨）、球墨铸铁（球状石墨）、可锻铸铁（团絮状石墨）等，它们的碳的质量分数通常在 2.5%～4.0%。其中最常用的是灰铸铁，它的铸造性能好，可浇注出形状复杂和薄壁的零件，但灰铸铁脆性较大，不能锻压，且焊接性能也差，因此主要用于生产铸件。灰铁的抗拉强度、塑性和韧性都远低于钢，但抗压性能好，还具有
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