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书名：机械工程实训
定价：49.8
ISBN：9787030392800
作者：廖凯,韦绍杰
版次：1
出版时间：2018-01
内容提要：
本书为机械工程训练（金工实习）的实习教材，由中南林业科技大学和桂林电子科技大学联合组织编写，目的是贴合工程实践的需要，加强实践教学的实用性，拓宽学生的工程视野，培养学生的工程意识，提高大学生的动手能力和解决实际工程问题的能力，进而全面提升学生的工程素养。全书分为传统加工和现代加工两个部分，共九章，主要包括传统的车、铣、刨、磨、钳、铸、锻、焊等实习训练内容和现代加工技术及其操作。
目录：
目录
前言
第1章 机械工程材料基础 1
1.1 金属材料的性能 1
1.1.1 力学性能 1
1.1.2 工艺性能 3
1.2 机械工程材料分类及应用 4
1.2.1 常用的钢铁材料 5
1.2.2 常用非铁材料——有色金属 7
1.3 钢铁材料的鉴别 7
1.3.1 火花鉴别法 7
1.3.2 色标鉴别法 9
1.3.3 断口宏观鉴别法 10
1.3.4 音色鉴别法 10
思考和练习 10
第2章 金属热处理 11
2.1 热处理概述 11
2.2 普通热处理工艺 12
2.2.1 钢的预备热处理——退火 12
2.2.2 钢的预备热处理——正火 13
2.2.3 钢的*终热处理——淬火 14
2.2.4 钢的*终热处理——回火 15
2.3 表面热处理工艺 17
2.3.1 表面淬火 17
2.3.2 化学热处理 19
2.4 热处理常用设备 21
2.4.1 热处理炉及温度控制器 21
2.4.2 感应加热设备 22
2.4.3 冷却设备 22
2.5 热处理实习安全技术守则 22
思考和练习 22
第3章 铸造 24
3.1 铸造概述 24
3.2 砂型铸造 24
3.2.1 砂型铸造的生产过程 24
3.2.2 砂型与造型材料 25
3.2.3 造型 27
3.2.4 造芯 33
3.3 铸造实习安全技术守则 35
思考和练习 35
第4章 锻压 36
4.1 锻压概述 36
4.1.1 锻压概念 36
4.1.2 锻造对零件力学性能的影响 37
4.2 金属加热与锻件冷却 37
4.2.1 金属的加热 37
4.2.2 锻件的冷却 40
4.2.3 锻件的热处理 41
4.3 自由锻造 41
4.3.1 自由锻的特点 41
4.3.2 自由锻的基本工序 41
4.4 模锻与胎模锻简介 47
4.4.1 模锻 47
4.4.2 胎模锻 47
4.5 板料冲压概述 48
4.5.1 冲压生产概述 48
4.5.2 板料冲压的主要工序 49
4.5.3 冲压主要设备 50
4.6 锻造实习安全技术守则 52
思考和练习 52
第5章 焊接 54
5.1 焊接概述 54
5.2 手工电弧焊 55
5.2.1 电弧形成原理 55
5.2.2 焊机类型及附件 56
5.2.3 手工电弧焊工艺 58
5.2.4 操作技术 60
5.3 气焊与气割 62
5.3.1 气焊的原理 62
5.3.2 气焊工艺 63
5.3.3 操作技术 66
5.3.4 气割 66
5.4 其他焊接方法 68
5.4.1 CO2气体保护焊 68
5.4.2 堆焊 69
5.4.3 等离子弧焊接 70
5.4.4 搅拌摩擦焊 71
5.5 焊接缺陷与检测 72
5.5.1 缺陷分类和成因 72
5.5.2 检测 73
5.6 有色金属焊接概述 74
5.7 焊接实习安全技术守则 74
思考和练习 75
第6章 切削和车削 76
6.1 切削加工 76
6.1.1 切削分类和切削要素 76
6.1.2 影响切削质量的因素 77
6.2 车削加工 78
6.2.1 车床、车刀、夹具和量具 79
6.2.2 车削步骤 83
6.2.3 车削外圆和端面训练 86
6.2.4 车削台阶训练 87
6.2.5 车槽和切断训练 88
6.2.6 车削轴类零件综合训练 90
6.2.7 车外圆锥面 91
6.2.8 车三角形螺纹训练 93
6.2.9 工艺卡的制作 95
6.3 车削实习安全技术守则 100
思考和练习 100
第7章 铣削、刨削和磨削 101
7.1 铣削 101
7.1.1 铣削概述 101
7.1.2 铣床 102
7.1.3 铣刀及其安装 105
7.1.4 铣床附件与工件安装 107
7.1.5 铣削工艺 110
7.1.6 典型零件的铣削加工 114
7.1.7 铣床安全操作规程 117
7.2 刨削 118
7.2.1 刨削概述 118
7.2.2 刨床 118
7.2.3 刨刀及其安装 121
7.2.4 工件安装 122
7.2.5 刨削工艺 122
7.2.6 刨工安全操作规程 125
7.3 磨削 125
7.3.1 磨削概述 125
7.3.2 磨床 126
7.3.3 砂轮的选择与安装 128
7.3.4 工件安装 130
7.3.5 磨削工艺 130
7.3.6 磨工安全操作规程 133
思考和练习 134
第8章 钳工 135
8.1 钳工概述 135
8.1.1 钳工的常用设备 135
8.1.2 钳工安全操作规程 136
8.2 划线 137
8.2.1 划线的作用 137
8.2.2 划线的种类 137
8.2.3 划线工具及使用要点 138
8.2.4 划线基准的确定 140
8.2.5 划线步骤 141
8.3 锯削 142
8.3.1 锯削工具及使用方法 142
8.3.2 锯削操作 143
8.3.3 锯削常见缺陷分析 144
8.4 錾削 145
8.4.1 錾削工具 145
8.4.2 錾削操作 146
8.4.3 錾削常见缺陷分析 148
8.5 锉削 148
8.5.1 锉刀 149
8.5.2 锉削操作 150
8.5.3 锉削常见缺陷分析 152
8.6 钻孔、扩孔和铰孔 152
8.6.1 孔加工概述 152
8.6.2 钻孔的设备 153
8.6.3 刀具及其附件 154
8.6.4 钻孔操作 155
8.6.5 钻孔常见缺陷分析 156
8.7 攻螺纹和套螺纹 156
8.7.1 攻螺纹 156
8.7.2 套螺纹 159
8.8 刮削与研磨 160
8.8.1 刮削 160
8.8.2 研磨 162
8.9 装配 163
8.9.1 装配概述 163
8.9.2 装配工艺 163
8.9.3 典型组件的装配 164
8.9.4 拆卸操作规程 165
8.10 钳工实训 165
思考和练习 167
第9章 现代加工技术 169
9.1 数控机床概述 169
9.1.1 数控机床基本概念 169
9.1.2 数控机床组成 170
9.1.3 数控机床分类 171
9.1.4 数控机床优缺点 173
9.1.5 数控机床加工范围 173
9.2 数控编程简介 174
9.2.1 数控编程的步骤与方法 174
9.2.2 数控机床坐标系 176
9.2.3 数控程序的格式 180
9.2.4 常用的数控指令 181
9.2.5 数控加工工艺设计 184
9.3 数控车床编程与操作 187
9.3.1 数控车概述 187
9.3.2 数控车床编程基础 188
9.3.3 数控车典型零件编程及加工 193
9.4 数控铣床编程与操作 194
9.4.1 数控铣床概述 194
9.4.2 数控铣床编程基础 197
9.4.3 数控铣典型零件编程及加工 208
9.5 加工中心 211
9.5.1 加工中心概述 211
9.5.2 加工中心编程特点 213
9.5.3 加工中心编程实例 214
9.6 特种加工技术 216
9.6.1 特种加工概述 216
9.6.2 电火花加工 217
9.6.3 电火花线切割加工概述 220
9.6.4 数控电火花线切割加工工艺 222
9.6.5 数控电火花线切割加工程序的编制 225
9.7 数控实习安全技术守则 229
思考和练习 229
参考文献 230
在线试读：
第1章 机械工程材料基础
教学提示 本章涉及金属材料的性能、机械工程材料的分类及应用和钢铁材料的各种鉴别方法。在选用金属和制造机械零件时，主要考虑力学性能和工艺性能。在某些特定条件下工作的零件，还要考虑物理性能和化学性能；机械工程材料包括金属材料、非金属材料和复合材料，常见钢铁属于金属材料类别；钢铁材料常用的鉴别方法有火花鉴别法、色标鉴别法、断口鉴别法和音色鉴别法等。
教学要求 了解金属材料常用的力学性能试验，熟悉常用钢材的分类、牌号、用途和鉴别，了解常见有色金属材料和非金属材料的用途。
1.1 金属材料的性能
金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用过程中表现出来的特性，包括力学性能、物理性能和化学性能等。使用性能决定金属材料的应用范围、安全可靠性和使用寿命。工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。
在选用金属和制造机械零件时，主要考虑力学性能和工艺性能。在某些特定条件下工作的零件，还要考虑物理性能和化学性能。
1.1.1 力学性能
金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能。常用的力学性能指标主要有强度、塑性、硬度和冲击韧性等。
1．强度
强度是指材料抵抗外力作用下变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷（应力）表示，符号为σ，单位为MPa。测定强度*基本的方法是拉伸试验。工程中常用的强度指标有屈服强度σs和抗拉强度σb，可用拉伸试验测定。图1-1 所示为低碳钢的拉伸应力应变曲线。
屈服强度是指材料在拉伸过程中，载荷不增大而试样伸长量却在继续增加时的应力值，用σs表示。机械设计中，有时机械零件不允许发生塑性变形，或只允许少量的塑性变形，否则会失效，因此屈服强度是机械零件设计的主要依据。抗拉强度是指材料在破坏前所能承受的*大应力值，用σb表示。它是机械零件设计和选材的重要依据。
2．塑性
塑性是指材料在外力作用下产生永*变形而不被破坏的能力。常用的塑性指标有延伸率δ和断面收缩率ψ。在拉伸试验中可同时测得。一般来说，塑性材料的δ或ψ较大，而脆性材料的δ或ψ较小。由于δ的大小随试样尺寸而变化，所以它不能充分地代表材料的塑性。而断面收缩率与试样尺寸无关，它能较可靠地代表金属材料的塑性。
图1-1 低碳钢拉伸应力应变曲线
塑性指标在工程技术中具有重要的实际意义。首先，良好的塑性可顺利完成某些成型工艺，如冷冲、冷拔等。其次，良好的塑性使零件在使用时，即使超载，也能由于塑性变形使材料强度提高而避免突然断裂，故在静载荷下使用的机械零件都需要具有一定的塑性。根据不同的工艺而有不用的要求。但是一般并不需要很大的塑性，δ达5%或ψ达10%能满足绝大多数零件的要求，过高的塑性是没有必要的。
3．硬度
硬度是材料抵抗外物压入的能力，也可以说是材料抵抗局部塑性变形的能力。它是衡量材料软硬程度的力学性能指标。硬度是各种零件和工具必须具备的性能指标。机械制造业所用的刀具、量具和模具等，都应具备足够的硬度，才能保证使用性能和寿命。有些机械零件如齿轮等，也要求有一定的硬度，以保证足够的耐磨性和使用寿命。因此硬度是材料重要的力学性能之一。
测定硬度常采用压入法。就是把硬质材料制成的圆球或锥体，用压力压入金属材料的表层，然后根据压痕的深度或面积来确定被测金属的硬度值。常用的硬度指标有布氏硬度和洛氏硬度。
1）布氏硬度
布氏硬度是用一定直径的球体（钢球或硬质合金球），以相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量圆球在金属表面上所压出的圆形凹陷压痕的直径d，据此计算压痕球面积，求出每单位面积所受的力，用以作为金属的硬度值，称为布氏硬度值，以符号HB 来表示（图1-2）。
试验所得的压痕直径应在下列范围之内：0.25＜d＜0.6D。若d＜0.25D，则灵敏度和准确性随之降低；若d＞0.6D，则测钢球的压下量太大亦引起不准确。对于钢来讲，一般确定采用钢球的直径D为10mm，载荷P为3000kg，压入时间为10s。假如用一般规定试验条件所得压痕直径不在上列范围内，即应考虑选用其他载荷量做试验，并在布氏硬度值符号HB 的右下角注明；如HB10/1000/10，即表示用10mm直径的钢球，在1000kg力的载荷下保持10s钟后所得的结果。它的使用上限一般不超过HB450，所以适用于测定退火、正火、调板钢、铸铁及有色金属的硬度，进行布氏硬度试验时，应根据金属的种类和试件的厚度，正常选择。
布氏硬度试验方法的优缺点如下。
① 优点：测量值较准确。与其他机械性能，特别与σb 之间存在一定的关系。
② 缺点：由于钢球本身存在变形问题，不能测量硬度大于HB450的材料。压痕较大，对成品检测不适宜。
2）洛氏硬度
洛氏硬度测定原理和布氏硬度试验一样，也是压痕试验法之一。所不同的是，它不是测定压痕大小，而是用测量压痕凹陷深度表示硬度值（图1-3）。在同一级硬度下，金属越硬，压痕深度越小；反之，金属越软，压痕深度越大。
洛氏硬度试验的压头分硬质和软质两种。通常，硬质压头的顶角为120°的金刚石圆锥体，适用于淬火钢材等较硬材料的硬度测定；软质压头由直径为1.588mm钢球制成，洛氏硬度所加负荷根据试验金属本身硬度不同而作不同规定（表1-1）。其常用的三种符号以HRA、HRB、HRC 表示。
图1-2 布氏硬度试验原理图 图1-3 洛氏硬度试验原理图
洛氏硬度试验方法的优缺点如下。
① 优点：操作迅速，简便。可以直接得出硬度值。压痕小，不损伤工件表面，可以测量较软到极硬的或厚度较薄的材料硬度。
② 缺点：用不同硬度级测得硬度值无法比较；误差稍大。由于金刚石圆锥压头顶角和圆弧半径的误差（顶角为120°±30′，顶角圆弧半径为0.2±0.01mm）造成了各国洛氏硬度标准的差别，给比较和使用不同国家试验数据造成困难。
表1-1 常用的三种洛氏硬度试验范围
4．冲击韧度
前面讨论的是在静载荷作用下的机械性能指标，但是机器上的零件还经常受到各种冲击动载荷作用。例如，机床的爪形离合器，柴油机上的连杆、曲轴、连杆螺钉等零件在工作时都要受到冲击载荷的作用；冲床的冲头，锻锤的锤杆等也在冲击载荷下工作。对承受冲击载荷的工件，不仅要求有高的强度和一定的硬度，还必须具有抵抗冲击载荷而不破坏的能力。所谓冲击韧度就是衡量材料抵抗冲击破坏能力的指标。
为了测量材料的冲击韧性，在冲击试验机上利用升高的摆锤将试样打断，算出打断试样所需要的冲击功Ak，再用试样断口处的截面积F 去除，所得商值，即冲击韧度αk（J/m2）。αk值越大，表示材料的韧性越好，在受到冲击时越不容易断裂。对于重要零件要求αk大于500kJ/m2。
1.1.2 工艺性能
材料的工艺性能是指材料在各种加工过程中，适应加工工艺要求的能力。它是物理性能、化学性能和机械性能的综合表现。工艺性能主要有铸造性、可锻性、可焊性、切削加工性和热处理性等。在机械零件设计和制造中，以及选择材料和工艺方法时，必须考虑材料的工艺性能。
1．铸造性能
材料的铸造性能主要是指流动性、收缩性和产生偏析的倾向。流动性是流体金属充满铸型的能力。流动性好能铸出细薄精致的复杂铸件，能减少缺陷。收缩性是指金属材料在冷却凝固中，体积和尺寸缩小的性能。收缩是使铸件产生缩孔、缩松、内应力、变形、开裂的基本原因。偏析是指金属材料在凝固时造成零件内部化学成分不均匀的现象。它使零件各部分机械性能不一致，影响零件使用的可靠性。
2．可锻性
材料的可锻性是指它是否易于锻压的性能。可锻性常用材料的塑性和变形抗力来综合衡量。可锻性好的材料，不但塑性好，可锻温度范围宽，再结晶温度低，变形时不易产生加工硬化，而且所需的变形外力小。如中、低碳钢，低合金等都有良好的可锻性，高碳钢、高合金钢的可锻性较差，而铸铁则根本不能锻造。
3．可焊性
材料的可焊性是指材料在一定条件下获得优质焊接接头的难易程度。对于易氧化、吸气性强导热性好（或差）、膨胀系数大、塑性低的材料，一般可焊性差。可焊性好的材料，在焊内不易产生裂纹、气孔、夹渣等缺陷，同时焊接接头强度高。如低碳钢具有良好的可焊性，而铸铁、高碳钢、高合金钢、铝合金等材料的可焊性则较差。
4．切削加工性
材料的切削加工性是指其切削加工的难易程度。切削加工性好的材料，切削时消耗的能量少，刀具寿命长，易于保证加工表面的质量，切屑易于折断和脱落。材料的切削加工性与它的强度、硬度、塑性、导热性等有关。如灰口铸铁、铜合金及铝合金等均有较好的切削加工性，而高碳钢的切削性能则较差。
5．热处理性
材料在进行热处理时反映出来的性能，称为热处理性，如淬透性、淬硬性、淬火变形开裂的倾向、氧化脱碳的倾向等。如含锰、铬、镍等合金元素的合金钢淬透性比较好，碳钢的淬透性较差。
1.2 机械工程材料分类及应用
常用机械工程材料分类如图1-4所示。
图1-4 常用机械工程材料分类
1.2.1 常用的钢铁材料
钢铁材料是指钢和铸铁。工业上将碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金称为钢。工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。合金钢是为了改善和提高碳素钢的性能或使之获得某些特殊性能，在碳素钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的以铁为基础的多元合金。钢具有良好的使用性能和工艺性能，因此获得了广泛的应用。
1．碳素钢
碳素钢是以铁和碳为主要元素而组成的，常含有硅、锰、硫、磷等杂质成分。由于这类钢容易冶炼、价格低廉、工艺性好，在机械制造业中得到了广泛的应用。
常见碳素结构钢的牌号用“Q＋数字”表示，其中“Q”为屈服点的“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服强度的数值。若牌号后标注字母，则表示钢材质量等级不同。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示钢的平均含碳量的质量分数的万分数，例如，20钢的平均碳质量分数为0.2%。表1-2列出了常见碳素结构钢的牌号、机械性能及其用途。
表1-2 常见碳素结构钢的牌号、机械性能及其用途
2．合金钢
为了提高钢的性能，在碳素钢基础上特意加入合金元素所获得的钢种称为合金钢。常用的合金元素有锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛硼等。工业上常按用途把合金钢分为合金结构钢（主要用于制造各种机械零件和工程构件）、工具钢（主要用于制造各种刀具、量具和模具等）、特殊性能钢（具有特殊的物理、化学性能的钢，可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢等）。
合金结构钢的牌号用“两位数（平均碳质量分数的万分之几）＋元素符号＋数字（该合金元素质量分数，小于1.5%不标出；1.5%～2.5%标2；2.5%～3.5%标3，以此类推）”表示。对合金工具钢的牌号而言，当碳的质量分数小于1%时，用“一位数（表示碳质量分数的千分之几）＋元素符号＋数字”表示；当碳的质量分数大于1%时，用“元素符号＋数字”表示。（注：高速钢碳的质量分数小于1%，其含碳量也不标出）。表1-3列出了常见合金钢的牌号、机械性能及其用途。
表1-3 常见合金钢的牌号、机械性能及其用途
3．铸钢
铸钢主要用于制造形状复杂，具有一定强度、塑性和韧性的零件。碳是影响铸钢性能的主要元素，随着碳质量分数的增加，屈服强度和抗拉强度均增加，而且抗拉强度比屈服强度增加得更快，但当碳的质量分数大于0.45%时，屈服强度很少增加，而塑性、韧性却显著下降。所以，在生产中使用*多的是ZG230-450、ZG270-500 和ZG310-570 三种。表1-4列出了常见碳素铸钢的成分、机械性能及其用途。
表1-4 常见碳素铸钢的成分、机械性能及其用途
4．铸铁
铸铁是碳质量分数大于2.11%，并含有较多Si、Mn、S、P等元素的铁碳合金。铸铁的生产工艺和生产设备简单，价格便宜，具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是工程上*常用的金属材料之一。
铸铁按照碳存在的形式可以分为：白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁；按铸铁中石墨的形态可以分为：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。表1-5是常见灰铸铁的牌号及其用途。
表1-5 常见灰铸铁的牌号及其用途
定价：49.8
ISBN：9787030392800
作者：廖凯,韦绍杰
版次：1
出版时间：2018-01
内容提要：
本书为机械工程训练（金工实习）的实习教材，由中南林业科技大学和桂林电子科技大学联合组织编写，目的是贴合工程实践的需要，加强实践教学的实用性，拓宽学生的工程视野，培养学生的工程意识，提高大学生的动手能力和解决实际工程问题的能力，进而全面提升学生的工程素养。全书分为传统加工和现代加工两个部分，共九章，主要包括传统的车、铣、刨、磨、钳、铸、锻、焊等实习训练内容和现代加工技术及其操作。
目录：
目录
前言
第1章 机械工程材料基础 1
1.1 金属材料的性能 1
1.1.1 力学性能 1
1.1.2 工艺性能 3
1.2 机械工程材料分类及应用 4
1.2.1 常用的钢铁材料 5
1.2.2 常用非铁材料——有色金属 7
1.3 钢铁材料的鉴别 7
1.3.1 火花鉴别法 7
1.3.2 色标鉴别法 9
1.3.3 断口宏观鉴别法 10
1.3.4 音色鉴别法 10
思考和练习 10
第2章 金属热处理 11
2.1 热处理概述 11
2.2 普通热处理工艺 12
2.2.1 钢的预备热处理——退火 12
2.2.2 钢的预备热处理——正火 13
2.2.3 钢的*终热处理——淬火 14
2.2.4 钢的*终热处理——回火 15
2.3 表面热处理工艺 17
2.3.1 表面淬火 17
2.3.2 化学热处理 19
2.4 热处理常用设备 21
2.4.1 热处理炉及温度控制器 21
2.4.2 感应加热设备 22
2.4.3 冷却设备 22
2.5 热处理实习安全技术守则 22
思考和练习 22
第3章 铸造 24
3.1 铸造概述 24
3.2 砂型铸造 24
3.2.1 砂型铸造的生产过程 24
3.2.2 砂型与造型材料 25
3.2.3 造型 27
3.2.4 造芯 33
3.3 铸造实习安全技术守则 35
思考和练习 35
第4章 锻压 36
4.1 锻压概述 36
4.1.1 锻压概念 36
4.1.2 锻造对零件力学性能的影响 37
4.2 金属加热与锻件冷却 37
4.2.1 金属的加热 37
4.2.2 锻件的冷却 40
4.2.3 锻件的热处理 41
4.3 自由锻造 41
4.3.1 自由锻的特点 41
4.3.2 自由锻的基本工序 41
4.4 模锻与胎模锻简介 47
4.4.1 模锻 47
4.4.2 胎模锻 47
4.5 板料冲压概述 48
4.5.1 冲压生产概述 48
4.5.2 板料冲压的主要工序 49
4.5.3 冲压主要设备 50
4.6 锻造实习安全技术守则 52
思考和练习 52
第5章 焊接 54
5.1 焊接概述 54
5.2 手工电弧焊 55
5.2.1 电弧形成原理 55
5.2.2 焊机类型及附件 56
5.2.3 手工电弧焊工艺 58
5.2.4 操作技术 60
5.3 气焊与气割 62
5.3.1 气焊的原理 62
5.3.2 气焊工艺 63
5.3.3 操作技术 66
5.3.4 气割 66
5.4 其他焊接方法 68
5.4.1 CO2气体保护焊 68
5.4.2 堆焊 69
5.4.3 等离子弧焊接 70
5.4.4 搅拌摩擦焊 71
5.5 焊接缺陷与检测 72
5.5.1 缺陷分类和成因 72
5.5.2 检测 73
5.6 有色金属焊接概述 74
5.7 焊接实习安全技术守则 74
思考和练习 75
第6章 切削和车削 76
6.1 切削加工 76
6.1.1 切削分类和切削要素 76
6.1.2 影响切削质量的因素 77
6.2 车削加工 78
6.2.1 车床、车刀、夹具和量具 79
6.2.2 车削步骤 83
6.2.3 车削外圆和端面训练 86
6.2.4 车削台阶训练 87
6.2.5 车槽和切断训练 88
6.2.6 车削轴类零件综合训练 90
6.2.7 车外圆锥面 91
6.2.8 车三角形螺纹训练 93
6.2.9 工艺卡的制作 95
6.3 车削实习安全技术守则 100
思考和练习 100
第7章 铣削、刨削和磨削 101
7.1 铣削 101
7.1.1 铣削概述 101
7.1.2 铣床 102
7.1.3 铣刀及其安装 105
7.1.4 铣床附件与工件安装 107
7.1.5 铣削工艺 110
7.1.6 典型零件的铣削加工 114
7.1.7 铣床安全操作规程 117
7.2 刨削 118
7.2.1 刨削概述 118
7.2.2 刨床 118
7.2.3 刨刀及其安装 121
7.2.4 工件安装 122
7.2.5 刨削工艺 122
7.2.6 刨工安全操作规程 125
7.3 磨削 125
7.3.1 磨削概述 125
7.3.2 磨床 126
7.3.3 砂轮的选择与安装 128
7.3.4 工件安装 130
7.3.5 磨削工艺 130
7.3.6 磨工安全操作规程 133
思考和练习 134
第8章 钳工 135
8.1 钳工概述 135
8.1.1 钳工的常用设备 135
8.1.2 钳工安全操作规程 136
8.2 划线 137
8.2.1 划线的作用 137
8.2.2 划线的种类 137
8.2.3 划线工具及使用要点 138
8.2.4 划线基准的确定 140
8.2.5 划线步骤 141
8.3 锯削 142
8.3.1 锯削工具及使用方法 142
8.3.2 锯削操作 143
8.3.3 锯削常见缺陷分析 144
8.4 錾削 145
8.4.1 錾削工具 145
8.4.2 錾削操作 146
8.4.3 錾削常见缺陷分析 148
8.5 锉削 148
8.5.1 锉刀 149
8.5.2 锉削操作 150
8.5.3 锉削常见缺陷分析 152
8.6 钻孔、扩孔和铰孔 152
8.6.1 孔加工概述 152
8.6.2 钻孔的设备 153
8.6.3 刀具及其附件 154
8.6.4 钻孔操作 155
8.6.5 钻孔常见缺陷分析 156
8.7 攻螺纹和套螺纹 156
8.7.1 攻螺纹 156
8.7.2 套螺纹 159
8.8 刮削与研磨 160
8.8.1 刮削 160
8.8.2 研磨 162
8.9 装配 163
8.9.1 装配概述 163
8.9.2 装配工艺 163
8.9.3 典型组件的装配 164
8.9.4 拆卸操作规程 165
8.10 钳工实训 165
思考和练习 167
第9章 现代加工技术 169
9.1 数控机床概述 169
9.1.1 数控机床基本概念 169
9.1.2 数控机床组成 170
9.1.3 数控机床分类 171
9.1.4 数控机床优缺点 173
9.1.5 数控机床加工范围 173
9.2 数控编程简介 174
9.2.1 数控编程的步骤与方法 174
9.2.2 数控机床坐标系 176
9.2.3 数控程序的格式 180
9.2.4 常用的数控指令 181
9.2.5 数控加工工艺设计 184
9.3 数控车床编程与操作 187
9.3.1 数控车概述 187
9.3.2 数控车床编程基础 188
9.3.3 数控车典型零件编程及加工 193
9.4 数控铣床编程与操作 194
9.4.1 数控铣床概述 194
9.4.2 数控铣床编程基础 197
9.4.3 数控铣典型零件编程及加工 208
9.5 加工中心 211
9.5.1 加工中心概述 211
9.5.2 加工中心编程特点 213
9.5.3 加工中心编程实例 214
9.6 特种加工技术 216
9.6.1 特种加工概述 216
9.6.2 电火花加工 217
9.6.3 电火花线切割加工概述 220
9.6.4 数控电火花线切割加工工艺 222
9.6.5 数控电火花线切割加工程序的编制 225
9.7 数控实习安全技术守则 229
思考和练习 229
参考文献 230
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第1章 机械工程材料基础
教学提示 本章涉及金属材料的性能、机械工程材料的分类及应用和钢铁材料的各种鉴别方法。在选用金属和制造机械零件时，主要考虑力学性能和工艺性能。在某些特定条件下工作的零件，还要考虑物理性能和化学性能；机械工程材料包括金属材料、非金属材料和复合材料，常见钢铁属于金属材料类别；钢铁材料常用的鉴别方法有火花鉴别法、色标鉴别法、断口鉴别法和音色鉴别法等。
教学要求 了解金属材料常用的力学性能试验，熟悉常用钢材的分类、牌号、用途和鉴别，了解常见有色金属材料和非金属材料的用途。
1.1 金属材料的性能
金属材料的性能分为使用性能和工艺性能。使用性能是指金属材料在使用过程中表现出来的特性，包括力学性能、物理性能和化学性能等。使用性能决定金属材料的应用范围、安全可靠性和使用寿命。工艺性能是指材料对各种加工工艺适应的能力，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理工艺性能等。
在选用金属和制造机械零件时，主要考虑力学性能和工艺性能。在某些特定条件下工作的零件，还要考虑物理性能和化学性能。
1.1.1 力学性能
金属材料的力学性能是指金属材料在外力作用下所表现出来的性能。常用的力学性能指标主要有强度、塑性、硬度和冲击韧性等。
1．强度
强度是指材料抵抗外力作用下变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷（应力）表示，符号为σ，单位为MPa。测定强度*基本的方法是拉伸试验。工程中常用的强度指标有屈服强度σs和抗拉强度σb，可用拉伸试验测定。图1-1 所示为低碳钢的拉伸应力应变曲线。
屈服强度是指材料在拉伸过程中，载荷不增大而试样伸长量却在继续增加时的应力值，用σs表示。机械设计中，有时机械零件不允许发生塑性变形，或只允许少量的塑性变形，否则会失效，因此屈服强度是机械零件设计的主要依据。抗拉强度是指材料在破坏前所能承受的*大应力值，用σb表示。它是机械零件设计和选材的重要依据。
2．塑性
塑性是指材料在外力作用下产生永*变形而不被破坏的能力。常用的塑性指标有延伸率δ和断面收缩率ψ。在拉伸试验中可同时测得。一般来说，塑性材料的δ或ψ较大，而脆性材料的δ或ψ较小。由于δ的大小随试样尺寸而变化，所以它不能充分地代表材料的塑性。而断面收缩率与试样尺寸无关，它能较可靠地代表金属材料的塑性。
图1-1 低碳钢拉伸应力应变曲线
塑性指标在工程技术中具有重要的实际意义。首先，良好的塑性可顺利完成某些成型工艺，如冷冲、冷拔等。其次，良好的塑性使零件在使用时，即使超载，也能由于塑性变形使材料强度提高而避免突然断裂，故在静载荷下使用的机械零件都需要具有一定的塑性。根据不同的工艺而有不用的要求。但是一般并不需要很大的塑性，δ达5%或ψ达10%能满足绝大多数零件的要求，过高的塑性是没有必要的。
3．硬度
硬度是材料抵抗外物压入的能力，也可以说是材料抵抗局部塑性变形的能力。它是衡量材料软硬程度的力学性能指标。硬度是各种零件和工具必须具备的性能指标。机械制造业所用的刀具、量具和模具等，都应具备足够的硬度，才能保证使用性能和寿命。有些机械零件如齿轮等，也要求有一定的硬度，以保证足够的耐磨性和使用寿命。因此硬度是材料重要的力学性能之一。
测定硬度常采用压入法。就是把硬质材料制成的圆球或锥体，用压力压入金属材料的表层，然后根据压痕的深度或面积来确定被测金属的硬度值。常用的硬度指标有布氏硬度和洛氏硬度。
1）布氏硬度
布氏硬度是用一定直径的球体（钢球或硬质合金球），以相应的试验力压入试样表面，经规定保持时间后卸除试验力，测量圆球在金属表面上所压出的圆形凹陷压痕的直径d，据此计算压痕球面积，求出每单位面积所受的力，用以作为金属的硬度值，称为布氏硬度值，以符号HB 来表示（图1-2）。
试验所得的压痕直径应在下列范围之内：0.25＜d＜0.6D。若d＜0.25D，则灵敏度和准确性随之降低；若d＞0.6D，则测钢球的压下量太大亦引起不准确。对于钢来讲，一般确定采用钢球的直径D为10mm，载荷P为3000kg，压入时间为10s。假如用一般规定试验条件所得压痕直径不在上列范围内，即应考虑选用其他载荷量做试验，并在布氏硬度值符号HB 的右下角注明；如HB10/1000/10，即表示用10mm直径的钢球，在1000kg力的载荷下保持10s钟后所得的结果。它的使用上限一般不超过HB450，所以适用于测定退火、正火、调板钢、铸铁及有色金属的硬度，进行布氏硬度试验时，应根据金属的种类和试件的厚度，正常选择。
布氏硬度试验方法的优缺点如下。
① 优点：测量值较准确。与其他机械性能，特别与σb 之间存在一定的关系。
② 缺点：由于钢球本身存在变形问题，不能测量硬度大于HB450的材料。压痕较大，对成品检测不适宜。
2）洛氏硬度
洛氏硬度测定原理和布氏硬度试验一样，也是压痕试验法之一。所不同的是，它不是测定压痕大小，而是用测量压痕凹陷深度表示硬度值（图1-3）。在同一级硬度下，金属越硬，压痕深度越小；反之，金属越软，压痕深度越大。
洛氏硬度试验的压头分硬质和软质两种。通常，硬质压头的顶角为120°的金刚石圆锥体，适用于淬火钢材等较硬材料的硬度测定；软质压头由直径为1.588mm钢球制成，洛氏硬度所加负荷根据试验金属本身硬度不同而作不同规定（表1-1）。其常用的三种符号以HRA、HRB、HRC 表示。
图1-2 布氏硬度试验原理图 图1-3 洛氏硬度试验原理图
洛氏硬度试验方法的优缺点如下。
① 优点：操作迅速，简便。可以直接得出硬度值。压痕小，不损伤工件表面，可以测量较软到极硬的或厚度较薄的材料硬度。
② 缺点：用不同硬度级测得硬度值无法比较；误差稍大。由于金刚石圆锥压头顶角和圆弧半径的误差（顶角为120°±30′，顶角圆弧半径为0.2±0.01mm）造成了各国洛氏硬度标准的差别，给比较和使用不同国家试验数据造成困难。
表1-1 常用的三种洛氏硬度试验范围
4．冲击韧度
前面讨论的是在静载荷作用下的机械性能指标，但是机器上的零件还经常受到各种冲击动载荷作用。例如，机床的爪形离合器，柴油机上的连杆、曲轴、连杆螺钉等零件在工作时都要受到冲击载荷的作用；冲床的冲头，锻锤的锤杆等也在冲击载荷下工作。对承受冲击载荷的工件，不仅要求有高的强度和一定的硬度，还必须具有抵抗冲击载荷而不破坏的能力。所谓冲击韧度就是衡量材料抵抗冲击破坏能力的指标。
为了测量材料的冲击韧性，在冲击试验机上利用升高的摆锤将试样打断，算出打断试样所需要的冲击功Ak，再用试样断口处的截面积F 去除，所得商值，即冲击韧度αk（J/m2）。αk值越大，表示材料的韧性越好，在受到冲击时越不容易断裂。对于重要零件要求αk大于500kJ/m2。
1.1.2 工艺性能
材料的工艺性能是指材料在各种加工过程中，适应加工工艺要求的能力。它是物理性能、化学性能和机械性能的综合表现。工艺性能主要有铸造性、可锻性、可焊性、切削加工性和热处理性等。在机械零件设计和制造中，以及选择材料和工艺方法时，必须考虑材料的工艺性能。
1．铸造性能
材料的铸造性能主要是指流动性、收缩性和产生偏析的倾向。流动性是流体金属充满铸型的能力。流动性好能铸出细薄精致的复杂铸件，能减少缺陷。收缩性是指金属材料在冷却凝固中，体积和尺寸缩小的性能。收缩是使铸件产生缩孔、缩松、内应力、变形、开裂的基本原因。偏析是指金属材料在凝固时造成零件内部化学成分不均匀的现象。它使零件各部分机械性能不一致，影响零件使用的可靠性。
2．可锻性
材料的可锻性是指它是否易于锻压的性能。可锻性常用材料的塑性和变形抗力来综合衡量。可锻性好的材料，不但塑性好，可锻温度范围宽，再结晶温度低，变形时不易产生加工硬化，而且所需的变形外力小。如中、低碳钢，低合金等都有良好的可锻性，高碳钢、高合金钢的可锻性较差，而铸铁则根本不能锻造。
3．可焊性
材料的可焊性是指材料在一定条件下获得优质焊接接头的难易程度。对于易氧化、吸气性强导热性好（或差）、膨胀系数大、塑性低的材料，一般可焊性差。可焊性好的材料，在焊内不易产生裂纹、气孔、夹渣等缺陷，同时焊接接头强度高。如低碳钢具有良好的可焊性，而铸铁、高碳钢、高合金钢、铝合金等材料的可焊性则较差。
4．切削加工性
材料的切削加工性是指其切削加工的难易程度。切削加工性好的材料，切削时消耗的能量少，刀具寿命长，易于保证加工表面的质量，切屑易于折断和脱落。材料的切削加工性与它的强度、硬度、塑性、导热性等有关。如灰口铸铁、铜合金及铝合金等均有较好的切削加工性，而高碳钢的切削性能则较差。
5．热处理性
材料在进行热处理时反映出来的性能，称为热处理性，如淬透性、淬硬性、淬火变形开裂的倾向、氧化脱碳的倾向等。如含锰、铬、镍等合金元素的合金钢淬透性比较好，碳钢的淬透性较差。
1.2 机械工程材料分类及应用
常用机械工程材料分类如图1-4所示。
图1-4 常用机械工程材料分类
1.2.1 常用的钢铁材料
钢铁材料是指钢和铸铁。工业上将碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金称为钢。工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。合金钢是为了改善和提高碳素钢的性能或使之获得某些特殊性能，在碳素钢的基础上，特意加入某些合金元素而得到的以铁为基础的多元合金。钢具有良好的使用性能和工艺性能，因此获得了广泛的应用。
1．碳素钢
碳素钢是以铁和碳为主要元素而组成的，常含有硅、锰、硫、磷等杂质成分。由于这类钢容易冶炼、价格低廉、工艺性好，在机械制造业中得到了广泛的应用。
常见碳素结构钢的牌号用“Q＋数字”表示，其中“Q”为屈服点的“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服强度的数值。若牌号后标注字母，则表示钢材质量等级不同。优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示钢的平均含碳量的质量分数的万分数，例如，20钢的平均碳质量分数为0.2%。表1-2列出了常见碳素结构钢的牌号、机械性能及其用途。
表1-2 常见碳素结构钢的牌号、机械性能及其用途
2．合金钢
为了提高钢的性能，在碳素钢基础上特意加入合金元素所获得的钢种称为合金钢。常用的合金元素有锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛硼等。工业上常按用途把合金钢分为合金结构钢（主要用于制造各种机械零件和工程构件）、工具钢（主要用于制造各种刀具、量具和模具等）、特殊性能钢（具有特殊的物理、化学性能的钢，可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢等）。
合金结构钢的牌号用“两位数（平均碳质量分数的万分之几）＋元素符号＋数字（该合金元素质量分数，小于1.5%不标出；1.5%～2.5%标2；2.5%～3.5%标3，以此类推）”表示。对合金工具钢的牌号而言，当碳的质量分数小于1%时，用“一位数（表示碳质量分数的千分之几）＋元素符号＋数字”表示；当碳的质量分数大于1%时，用“元素符号＋数字”表示。（注：高速钢碳的质量分数小于1%，其含碳量也不标出）。表1-3列出了常见合金钢的牌号、机械性能及其用途。
表1-3 常见合金钢的牌号、机械性能及其用途
3．铸钢
铸钢主要用于制造形状复杂，具有一定强度、塑性和韧性的零件。碳是影响铸钢性能的主要元素，随着碳质量分数的增加，屈服强度和抗拉强度均增加，而且抗拉强度比屈服强度增加得更快，但当碳的质量分数大于0.45%时，屈服强度很少增加，而塑性、韧性却显著下降。所以，在生产中使用*多的是ZG230-450、ZG270-500 和ZG310-570 三种。表1-4列出了常见碳素铸钢的成分、机械性能及其用途。
表1-4 常见碳素铸钢的成分、机械性能及其用途
4．铸铁
铸铁是碳质量分数大于2.11%，并含有较多Si、Mn、S、P等元素的铁碳合金。铸铁的生产工艺和生产设备简单，价格便宜，具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是工程上*常用的金属材料之一。
铸铁按照碳存在的形式可以分为：白口铸铁、灰口铸铁、麻口铸铁；按铸铁中石墨的形态可以分为：灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁。表1-5是常见灰铸铁的牌号及其用途。
表1-5 常见灰铸铁的牌号及其用途