第一篇 材料成形
　　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。它既指用来制造工程构件和机械零件的材料，也包括用于制造工具的材料和具有特殊性能的材料。一般来讲，工程材料根据其化学性质的不同，可分为三大类：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*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。
　　近年来，高分子、陶瓷等非金属材料的急剧发展，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。非金属材料是由非金属元素或化合物构成的材料。随着科技与生产力的发展，非金属材料和复合材料也得到了迅速发展。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。
　　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、通信、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、热压和黏接等二次加工，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。
　　工业上用的运输带、传动带、各种密封圈，医用的手套、输血管，日常生活中所用的胶鞋、雨衣、暖水袋等都是以橡胶为主要原料制造的，国防上使用的飞机、大炮、坦克，甚至尖端科技领域里的火箭、人造卫星、宇宙飞船、航天飞机等都需要大量的橡胶零部件。
　　陶瓷材料具有硬度高、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
　　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为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为2.5%～4.0%。其中*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，还具有良好的减振性、耐磨性和切削加工性能，生产方便，成本低廉，生产上主要用于制作机床床身、内燃机的气缸体、缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等。
　　3．铝及其合金
　　铝的主要特点是比重小，导电、导热性较好，塑性好，抗大气腐蚀性好，能通过冷、热变形制成各种型材；铝的强度低，经加工硬化后强度可提高，但塑性下降。
　　工业纯铝主要用来制造电线、散热器等要求耐腐蚀而强度要求不高的零件以及生活用具等。铝的合金可用来制作门框、窗框、家具等。
　　4．铜及其合金
　　铜具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性和延展性等物理化学特性。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。纯铜的新鲜断面是玫瑰红色的，但表面形成氧化铜膜后，外观呈紫红色，故常称紫铜。铜可以与锡、锌、镍等金属化合成具有不同特点的合金，即青铜、黄铜和白铜。铜及其合金在电器、电力和电子工业中用量*大。据统计，世界上生产的铜，近一半消耗在电器工业中。军事上用铜制造各种子弹、炮弹、舰艇冷凝管和热交换器以及各种仪表的弹性元件等，还可用来制作轴承、轴瓦、油管、阀门、泵体，以及高压蒸汽设备、医疗器械、光学仪器、装饰材料及金属艺术品和各种日用器具等。
　　5．钛——21世纪金属
　　钛和钛合金被认为是21世纪的重要材料，它具有很多优良的性能，如熔点高、密度小、可塑性好、易于加工、机械性能好等。尤其是抗腐蚀性能非常好，即使把它们放在海水中数年，取出后仍光亮如新，其抗腐蚀性能远优于不锈钢，因此被广泛用于火箭、导弹、航天飞机、船舶、化工和通信设备等，钛合金与人体有很好的“相容性”，因此可用来制造人造骨。
　　1.2.2 常用钢铁材料的牌号和用途
　　普通碳素结构钢的牌号主要由表示机械性能指标中屈服点的“屈”字拼音首字母“Q”和屈服点数值(以MPa为单位)构成的。常用的种类有Q195、Q235等，它们常用于制造螺栓、螺钉、螺母、法兰盘、键、轴等。
　　优质碳素结构钢的牌号由代表钢中的平均碳的质量分数的万分数的两位数字来表示。常用的有低碳钢08、15、20，中碳钢35、45、50，高碳钢65等。其中08钢主要用于冲压件和焊接件，45钢可用于制造齿轮、轴、连杆等零件，65钢多用于制造弹簧等。
　　碳素工具钢的牌号有“碳”字的拼音首字母“T”和代表钢中的平均碳的质量分数的千分数的数字来表示。常用的牌号有T8、T10、T12等。碳素工具钢主要用于制造硬度高、耐磨的工具、量具和模具，如锯条、手锤、刮刀、锉刀、丝锥、量规等。
　　合金结构钢可用于制造各种机械结构零件，如40Cr、40CrNiMoA、45CrNi等可以制造一

目录
0 绪论 1
0.1 工程训练教学目标 1
0.2 机械制造工程训练教学要求 2
0.3 机械制造工程训练学生实习守则 2
第一篇 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 7
1.3.1 火花的组成和名称 8
1.3.2 碳钢的火花特征 9
1.3.3 常用钢的火花特征 10
1.4 钢的热处理 10
1.4.1 热处理及其分类 10
1.4.2 热处理的常用设备 13
1.5 热处理实训 17
第2章 铸造 19
2.1 铸造概述 19
2.2 砂型铸造基本工艺 19
2.2.1 铸型 20
2.2.2 型砂的制备 20
2.2.3 制作模样和芯盒 20
2.2.4 手工造型 21
2.2.5 浇注系统 23
2.2.6 合型 24
2.2.7 合金的熔炼和浇注 24
2.2.8 铸件落砂与清理 26
2.3 铸造实训 26
2.3.1 教学基本要求 26
2.3.2 安全技术操作规程 27
2.3.3 设备、造型工具 27
2.3.4 教学内容 27
2.3.5 造型操作顺序 28
第3章 焊接 30
3.1 焊接概述 30
3.2 焊接基本工艺 31
3.2.1 焊条电弧焊 31
3.2.2 气焊与气割 36
3.2.3 其他焊接工艺 38
3.3 焊接实训 39
3.3.1 焊接教学基本要求 39
3.3.2 实训安全及注意事项 40
3.3.3 实训内容 40
3.3.4 实训过程 40
第4章 铁艺制作 42
4.1 铁艺制作概述 42
4.2 铁艺制作工艺 44
4.2.1 铁艺制作工序 44
4.2.2 铁艺制作实例 45
4.2.3 电阻点焊 45
4.2.4 铁艺制品质量的基本要求 47
4.3 铁艺实训 47
4.3.1 铁艺教学基本要求 47
4.3.2 点焊机安全操作规程 48
4.3.3 铁艺教学内容 48
第二篇 传统切削加工
第5章 切削加工基础知识 49
5.1 概述 49
5.1.1 切削运动 49
5.1.2 金属切削机床 51
5.1.3 金属切削刀具 52
5.2 零件的技术要求 53
5.3 测量技术基础 54
5.3.1 测量的定义及测量四要素 54
5.3.2 常用量具 55
5.4 测量技术实训 60
第6章 车削 61
6.1 车削概述 61
6.2 车床设备与车削工艺 62
6.2.1 车床 62
6.2.2 车刀 64
6.2.3 车床附件 65
6.2.4 车削工艺 68
6.3 车削实训 72
第7章 铣削 74
7.1 铣削概述 74
7.2 铣床设备与铣削工艺 75
7.2.1 铣床 75
7.2.2 铣刀 76
7.2.3 铣床附件 78
7.2.4 铣削工艺 80
7.3 铣削实训 82
第8章 钳工 84
8.1 钳工概述 84
8.2 钳工基本工艺 85
8.2.1 划线 85
8.2.2 锯切 88
8.2.3 锉削 90
8.2.4 攻螺纹和套螺纹 92
8.3 钳工实训 96
8.3.1 钳工教学基本要求 96
8.3.2 钳工安全技术操作规程 96
8.3.3 钳工教学内容 96
第三篇 现代制造技术
第9章 数控加工 97
9.1 数控加工概述 97
9.2 数控机床编程基础 98
9.2.1 数控机床的坐标系 98
9.2.2 数控编程 100
9.3 数控车削加工及实训 100
9.3.1 数控车削概述 100
9.3.2 数控车削编程基础 101
9.3.3 数控车削系统操作面板 104
9.3.4 数控车削实训 106
9.4 数控铣削加工及实训 108
9.4.1 数控铣床概述 109
9.4.2 数控铣削编程基础 109
9.4.3 数控铣削编程及系统操作面板 110
9.4.4 数控铣削实训 117
第10章 特种加工 119
10.1 特种加工概述 119
10.1.1 电火花加工 120
10.1.2 其他常见特种加工简述 123
10.1.3 特种加工的发展趋势 124
10.2 数控线切割加工及实训 125
10.2.1 线切割加工原理 125
10.2.2 线切割加工的特点 125
10.2.3 线切割机床 126
10.2.4 线切割加工的程序编制 128
10.2.5 数控线切割实训 134
10.3 激光加工及实训 136
10.3.1 激光加工概述 136
10.3.2 非金属激光加工 139
10.3.3 金属激光标刻 144
10.3.4 激光加工实训 149
10.4 3D打印技术及实训 150
10.4.1 3D打印技术概述 150
10.4.2 熔融沉积快速成形 154
10.4.3 3D打印实训 162
第四篇 电子工艺与可编程控制器
第11章 电子工艺实训 164
11.1 常用电子元器件 164
11.1.1 电阻器 164
11.1.2 电容器 165
11.1.3 电感器 165
11.1.4 半导体分立器件 166
11.1.5 集成电路 167
11.2 手工焊接技术 169
11.2.1 焊接工具与焊料 169
11.2.2 锡焊机理 170
11.2.3 手工焊接方法 170
11.2.4 手工焊接操作的注意事项 171
11.2.5 焊点质量的评价 171
11.3 印刷电路板的设计与手工制作 172
11.3.1 印制电路板基础知识 172
11.3.2 印制电路板的设计流程 173
11.3.3 印制电路板的手工制作 176
11.4 SMT表面贴装技术 176
11.4.1 SMT基本工艺流程 177
11.4.2 表面贴装元器件 177
11.4.3 自动光学检测 181
11.5 电子产品与工艺实训 182
第12章 可编程控制器实训 186
12.1 概述 186
12.1.1 可编程控制器的基本组成 186
12.1.2 可编程控制器的工作原理 188
12.1.3 可编程控制器的特点与应用领域 189
12.2 S7-200 PLC程序设计基础 190
12.2.1 PLC的编程语言 190
12.2.2 STEP7-Micro/WIN编程软件基本操作 190
12.2.3 S7-200 PLC的基本指令系统 194
12.2.4 S7-200 PLC的存储区与寻址方式 196
12.3 PLC项目实训 198
12.3.1 简单流水灯的PLC控制 198
12.3.2 交通灯控制程序的设计 201
12.4 PLC虚拟仿真实训 207
12.4.1 PLC虚拟仿真概述 207
12.4.2 虚拟仿真软件简介 210
12.4.3 PLC虚拟仿真实例 211
第五篇 综合与创新
第13章 综合与创新 216
13.1 装配与拆卸基础知识 216
13.2 自行车拆装及实训 217
13.2.1 自行车概述 217
13.2.2 自行车结构 221
13.2.3 自行车拆装实训 222
13.3 机器人创新训练(以慧鱼为例) 225
13.3.1 机器人定义及其组成 225
13.3.2 慧鱼机器人驱动系统 226
13.3.3 慧鱼机器人执行系统 227
13.3.4 慧鱼机器人控制系统 229
13.3.5 慧鱼机器人传感系统 230
13.3.6 ROBO Pro控制软件 232
13.3.7 慧鱼搭建要点与注意事项 240
13.3.8 创新训练 241
13.4 陶艺制作及实训 244
13.4.1 陶艺概述 244
13.4.2 陶艺制作工具、设备与材料 246
13.4.3 陶艺成形工艺 247
13.4.4 陶艺装饰技法与烧制 251
13.4.5 陶艺实训 252
13.5 ERP沙盘模拟经营及实训 253
13.5.1 ERP沙盘模拟经营简介 253
13.5.2 ERP沙盘设计 254
13.5.3 模拟企业简介 257
13.5.4 模拟企业财务状况 258
13.5.5 模拟企业经营规则 259
13.5.6 ERP沙盘模拟经营实训 263
参考文献 268