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工程基础训练教程
本书内容分6部分:制造基础理论与技术;材料成形;钳工与装配;金属切削;数控加工与先进制造;PLC电气控制基础。
前言
制造业是国民经济的主体。经过几十年的快速发展,我国制造业规模跃居世界第一,成为支撑经济社会发展的重要基石。然而,与世界先进水平相比,我国制造业仍然大而不强,在自主创新能力、资源利用效率、产业结构水平、信息化程度、质量效益等方面差距明显,转型升级和跨越发展的任务紧迫而艰巨。 作为面向制造业的工科专业学生,工程基础训练(金工实习)实践教学环节是其在专业学习过程中接触到的第一个完整且系统的制造理论学习认知和制造技术体会分析的过程。随着现代制造技术的迅速发展,工程基础训练实践教学环节的内容也在原来传统的材料热加工和冷加工等方面逐步向现代制造技术(如数控加工、特种加工等)和基础控制技术等方面拓展。工程基础训练实践教学环节在内容的广度和深度的要求方面均有较为明显的提升。基于以上问题,本书在体系的构架和内容的选择上,一方面紧扣教育部高等学校工程训练教学指导委员会对工程基础训练实践教学环节的要求,做到基础性和通用性兼顾;另一方面,结合现代制造与控制技术,在内容广度上做了拓展,以满足不同层次和特色学校与专业的适用性要求。 全书共23章,分为6个部分。本书可供高等院校相关专业师生使用或参考,各院校可根据不同专业的需要对内容进行取舍。同时,本书也可供相关行业工程技术人员参考。 本书由刘文静、朱世欣主编。参加本书编写的人员有:刘文静(第1、3、17、18章)、朱世欣(第2、4、23章)、李永强(第5~8章)、高双(第9、10、11、16章)、陆学斌(第12~15章)和邢冠梅(第19~22章)。 本书在编写过程中参考了相关的同类著作,特向有关作者致谢。 限于编者的经验和水平,书中难免有疏漏与不当之处,恳请读者批评指正。 编者
前言
第1部分制造基础理论与技术 第1章制造技术及其发展1 1.1制造及相关概念1 1.1.1制造1 1.1.2制造业与制造技术2 1.1.3制造系统2 1.1.4制造模式2 1.2制造技术的发展3 1.2.1制造创造了人类3 1.2.2制造技术的发展:四次技术 革命4 1.2.3制造业发展的教训5 1.3机械制造的过程6 1.3.1广义的制造过程6 1.3.2狭义的制造过程7 1.4现代制造技术8 1.4.1主要内容8 1.4.2形成过程9 1.4.3发展特点9 1.4.4发展趋势11 第2章工程材料13 2.1材料的种类及成形13 2.1.1材料的种类13 2.1.2材料的制备与加工13 2.2金属材料15 2.2.1钢15 2.2.2铸铁15 2.2.3有色金属16 2.3非金属材料16 2.4材料的性能17 2.4.1力学性能17 2.4.2材料的物理、化学及工艺 性能19 第3章切削加工基础知识21 3.1切削运动21 3.1.1主运动21 3.1.2进给运动21 3.1.3切削表面22 3.1.4切削用量22 3.2刀具材料23 3.2.1对刀具材料的基本要求23 3.2.2常用刀具材料23 3.3刀具结构25 3.3.1车刀的组成25 3.3.2车刀角度26 第4章生产管理与安全生产28 4.1国家有关工业安全法规28 4.2机械工程安全29 4.2.1机械危害29 4.2.2危险性大的机械设备30 4.2.3机械伤害的形式31 4.2.4机械事故的原因32 4.3用电安全常识33 4.3.1触电33 4.3.2电气火灾及爆炸33 4.3.3用电安全技术措施33 4.4防火与化工安全34 4.4.1火的来源与类型34 4.4.2防火措施34 4.4.3灭火35 4.4.4化学药品和危险物料常识35 复习思考题36 参考文献36第2部分材料成形 第5章铸造37 5.1铸造的概念及发展37 5.1.1铸造的概念37 5.1.2铸造的发展37 5.1.3铸造的分类37 5.1.4铸造生产的特点38 5.2合金的铸造性能38 5.2.1合金的流动性38 5.2.2合金的凝固与收缩38 5.2.3缩孔与缩松39 5.2.4铸造应力40 5.2.5变形及裂纹41 5.3砂型铸造42 5.3.1概念与工艺流程42 5.3.2型砂及芯砂42 5.3.3造型方法43 5.3.4铸造工艺设计44 5.4特种铸造47 5.4.1金属型铸造47 5.4.2压力铸造47 5.4.3熔模(失蜡)铸造47 5.4.4离心铸造48 5.5铸件结构48 5.5.1铸造工艺对铸件结构的要求48 5.5.2合金的铸造性能对铸件结构 的要求48 第6章锻压50 6.1金属压力加工50 6.1.1金属的可锻性50 6.1.2压力加工的分类51 6.1.3金属塑性变形51 6.1.4锻压概述52 6.2锻造53 6.2.1自由锻53 6.2.2模锻55 6.2.3胎模锻57 6.3冲压58 6.3.1板料冲压的特点58 6.3.2板料冲压的基本工序58 6.3.3冲压件的构造工艺性59 第7章焊接61 7.1焊接基础理论61 7.1.1基本概念61 7.1.2金属材料的焊接性62 7.1.3焊接应力与焊接变形62 7.2金属熔焊64 7.2.1熔焊的冶金特点64 7.2.2焊接接头金属组织与性能的 变化64 7.2.3提高焊接接头质量的措施65 7.3电弧焊65 7.3.1焊条电弧焊65 7.3.2埋弧焊66 7.3.3气体保护焊68 7.4其他焊接方法69 7.4.1电渣焊69 7.4.2摩擦焊69 7.4.3等离子弧焊69 7.4.4电阻焊69 7.4.5钎焊71 7.5常用金属材料的焊接71 7.5.1常用钢材的焊接71 7.5.2铸铁件的补焊71 7.5.3有色金属及其合金的焊接72 7.6焊接结构设计72 7.6.1焊件选择的原则72 7.6.2焊件的结构工艺73 第8章热处理和表面处理76 8.1热处理概述76 8.1.1热处理工艺特点76 8.1.2热处理的分类77 8.1.3热处理常用设备及其使用77 8.2钢的常用热处理78 8.2.1退火与正火78 8.2.2淬火78 8.2.3回火79 8.2.4钢的表面热处理80 8.3金属常用表面处理技术80 8.3.1表面机械强化80 8.3.2转化膜处理81 复习思考题83 参考文献83第3部分钳工与装配 第9章测量及量具85 9.1零件的加工质量85 9.1.1尺寸精度85 9.1.2形状和位置精度85 9.1.3表面粗糙度88 9.2常用量具简介88 9.2.1钢直尺88 9.2.2游标卡尺89 9.2.3千分尺90 9.2.4卡钳91 9.2.5塞规和卡规91 9.2.6百分表和千分表92 9.2.7塞尺93 9.2.8直角尺和游标万能角度尺93 第10章钳工95 10.1钳工概述95 10.2划线95 10.2.1划线的作用和种类95 10.2.2常用划线工具96 10.2.3划线基准99 10.2.4划线过程100 10.3锯削、锉削与錾削102 10.3.1锯削102 10.3.2锉削105 10.3.3錾削109 10.4钻孔、扩孔与铰孔114 10.4.1钻床的种类114 10.4.2钻头与钻孔方法115 10.4.3钻头的刃磨117 10.4.4扩孔117 10.4.5铰孔118 10.4.6锪孔及锪端面118 10.5攻、套螺纹119 10.5.1攻螺纹119 10.5.2套螺纹121 10.6刮削和研磨122 10.6.1刮削122 10.6.2研磨126 第11章装配129 11.1装配基础129 11.1.1装配的概念129 11.1.2装配工作的要求129 11.2典型组件装配方法130 11.3拆卸工作的要求134 复习思考题134 参考文献135 第4部分金属切削 第12章车削加工136 12.1基础知识136 12.2车床137 12.2.1卧式车床137 12.2.2立式车床139 12.2.3转塔车床139 12.3工件的装夹及车床附件140 12.3.1卡盘装夹140 12.3.2顶尖装夹142 12.3.3心轴装夹142 12.3.4花盘装夹142 12.3.5中心架及跟刀架的使用143 12.4车刀144 12.4.1车刀的种类144 12.4.2车刀的刃磨145 12.4.3车刀的安装145 12.5车削操作的要领146 12.5.1刻度盘的原理及应用146 12.5.2车削的步骤146 12.6典型车削操作147 12.6.1车端面147 12.6.2车外圆和台阶148 12.6.3切槽、切断、车成形面和 滚花149 12.6.4车圆锥面152 12.6.5孔加工153 12.6.6车螺纹154 12.7车削综合实例156 第13章铣削加工157 13.1基础知识157 13.2铣床158 13.2.1卧式万能升降台铣床158 13.2.2立式升降台铣床158 13.2.3龙门铣床159 13.3常用铣床附件159 13.3.1平口钳159 13.3.2回转工作台159 13.3.3万能立铣头160 13.3.4万能分度头160 13.3.5分度方法161 13.4铣刀及安装161 13.4.1常用铣刀的种类和应用161 13.4.2铣刀的安装162 13.5典型的铣削操作163 13.5.1铣平面163 13.5.2铣沟槽165 13.5.3铣螺旋槽166 13.5.4铣成形面167 13.6铣削综合实例167 第14章刨削加工169 14.1基础知识169 14.2刨床170 14.2.1牛头刨床170 14.2.2龙门刨床171 14.2.3插床171 14.3刨刀及工件安装172 14.3.1刨刀的结构与种类172 14.3.2工件的安装173 14.4典型的刨削操作173 14.4.1刨水平面173 14.4.2刨垂直面和斜面174 14.4.3刨沟槽174 14.5刨削综合实例175 第15章磨削加工178 15.1基础知识178 15.2磨床179 15.2.1外圆磨床179 15.2.2平面磨床180 15.2.3内圆磨床181 15.3砂轮及工件安装182 15.4典型的磨削操作183 15.4.1外圆磨削183 15.4.2内圆磨削184 15.4.3平面磨削184 15.5磨削综合实例184 第16章齿轮加工186 16.1成形法186 16.2展成法187 16.2.1插齿加工187 16.2.2滚齿加工188 复习思考题189 参考文献190 第5部分数控加工与先进制造 第17章数控车削191 17.1数控加工概述191 17.1.1数控程序编制的定义191 17.1.2数控程序编制的方法192 17.1.3数控机床的分类194 17.1.4数控加工的特点195 17.1.5安全操作规程196 17.2数控车削197 17.2.1数控机床的工作原理197 17.2.2数控车床分类198 17.2.3数控车床加工对象199 17.2.4数控车床的操作200 17.3数控机床程序代码标准203 17.3.1数控程序结构203 17.3.2准备功能字G205 17.3.3尺寸字210 17.3.4进给功能字F210 17.3.5主轴转速功能字S210 17.3.6刀具功能字T210 17.3.7辅助功能字M210 17.4数控车削加工实例211 17.4.1数控加工顺序安排原则211 17.4.2加工路线的确定211 17.4.3加工实例212 第18章数控铣削217 18.1数控铣床217 18.1.1数控铣床概述217 18.1.2数控铣床分类217 18.1.3数控铣床的主要加工对象218 18.1.4数控铣床操作218 18.2加工中心219 18.2.1加工中心的定义219 18.2.2加工中心的工作原理219 18.2.3加工中心的特点220 18.2.4加工中心的分类220 18.2.5刀具管理221 18.3数控铣削加工实例222 第19章特种加工229 19.1特种加工概述229 19.1.1特种加工的概念229 19.1.2特种加工的特点229 19.1.3特种加工的分类229 19.2电火花加工230 19.2.1电火花加工的基本原理230 19.2.2电火花加工的特点231 19.2.3电火花加工的分类及应用231 19.2.4电火花加工机床232 19.3电火花线切割加工234 19.3.1电火花线切割加工的基本 原理234 19.3.2电火花线切割加工的特点234 19.3.3电火花线切割加工的应用235 19.3.4电火花线切割机床235 19.3.5电火花线切割数控编程238 19.4激光加工240 19.4.1激光加工的基本原理240 19.4.2激光加工的特点240 19.4.3激光加工的应用241 19.4.4激光加工的基本设备242 19.5超声波加工243 19.5.1超声波加工的基本原理243 19.5.2超声波加工的特点244 19.5.3超声波加工的应用244 19.5.4超声波加工设备245 第20章精密与超精密加工技术247 20.1概述247 20.1.1精密与超精密加工的概念247 20.1.2精密与超精密加工技术的 特点247 20.1.3精密与超精密加工的重 要性248 20.2精密与超精密加工的主要方法249 20.2.1超精密切削加工249 20.2.2超精密磨削加工251 20.2.3超精密研磨252 20.2.4超精密抛光253 20.3精密与超精密加工的机床设备255 20.3.1精密主轴部件255 20.3.2机床的总体布局257 20.3.3导轨258 20.3.4进给驱动系统259 20.3.5微量进给装置260 第21章柔性制造系统261 21.1柔性制造系统的基本概念261 21.2柔性制造系统的分类262 21.3柔性制造系统的组成263 21.4柔性制造系统中的机床特点265 21.5柔性制造系统应具备的功能266 第22章逆向工程与快速成型 技术267 22.1逆向工程267 22.1.1逆向工程系统的组成267 22.1.2逆向工程的应用268 22.1.3逆向工程设计制造的工作 流程269 22.1.4逆向工程的关键技术270 22.1.5三坐标测量271 22.1.6激光扫描273 22.2快速成型技术275 22.2.1快速成型的成型原理275 22.2.2快速成型的工艺过程276 22.2.3快速成型技术的特点276 22.2.4快速成型制造工艺的分类277 22.2.5分层实体制造工艺278 22.3三维打印280 22.3.1三维打印快速成型的工艺 流程280 22.3.2三维打印快速成型工艺的 特点281 复习思考题282 参考文献283第6部分PLC电气控制基础 第23章自动化(PLC)实训285 23.1PLC概述285 23.1.1PLC的定义285 23.1.2PLC的分类286 23.1.3PLC的特点286 23.1.4PLC的应用领域287 23.1.5PLC的工作原理288 23.1.6PLC的主要技术指标289 23.2实训平台简介290 23.2.1CPU 224型PLC外形及端 子介绍290 23.2.2CPU 224型PLC结构及性 能指标292 23.2.3CPU 224型PLC的工作 方式293 23.2.4工程训练中心PLC实训平 台简介294 23.3STEP 7—Micro/WIN编程软件 简介295 23.3.1编程软件STEP 7—Micro/ WIN的安装295 23.3.2STEP 7—Micro/WIN编程软件 的主要功能295 23.3.3建议S7—200 CPU的通信296 23.3.4STEP 7—Micro/WIN窗口 组件297 23.4基本逻辑指令实训298 23.4.1梯形图(Ladder Diagram)程 序设计语言298 23.4.2点亮一只LED指示灯实训298 23.4.3逻辑与、或、非实训299 23.4.4学生自主设计299 23.5自锁、互锁电路设计299 23.5.1自锁电路299 23.5.2互锁电路300 23.5.3自主设计301 23.6定时器指令301 23.6.1定时器指令介绍301 23.6.2三种定时器指令实训302 23.6.3通电延时定时器(TON) 实训302 23.6.4自主设计303 23.7计数器指令303 23.7.1计数器指令介绍303 23.7.2三种计数器指令实训303 23.7.3计数器的扩展(即乘法器)304 23.7.4自主设计304 23.8比较指令305 23.8.1比较指令介绍305 23.8.2比较指令与定时器相结合305 23.8.3比较指令与计数器相结合306 23.8.4自主设计306 23.9数据处理指令306 23.9.1数据传送指令306 23.9.2移位指令307 23.9.3应用举例308 23.9.4自主设计310 复习思考题310 参考文献310
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