作者：黄如林
出版社：东南大学出版社
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金工实习试读：
前言
本书是根据教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会2011年7月制定的机械制造实习课程教学基本要求编写的。机械制造实习是工程实践教学领域于2004年获得的首门国家级精品课程的名字。工程训练、工程实训、金工实习等都是工程实践教学领域应用较多的课程名称。本书沿用各校多年的习惯仍然取名为金工实习。
现在的工程实践教学，虽然还可以称之为金工实习，但是，它的教学理念、基础设施、教学体系、教学方法、教学对象、教学管理等方面都与传统的金工实习有了相当大的变化。金工实习教材要适应这种变化，也不得不作相应的修改。由于常规设备及工艺具有可训练性强、设备造价低等特色，绝大多数学校仍然精选、保留了常用的设备和工艺方法，所以，我们在本书中保留了铸造、锻压、焊接、热处理、车削、铣、刨、磨、钳工等传统的金工实习内容；基于大工程背景的先进制造设备（数控车床、数控铣床、加工中心、数控线切割机床等）和制造方法（特种加工、快速原型制造、表面处理等）已大规模涌入金工实习，本书专门编写了数控加工的内容。对表面处理、特种加工、非金属材料成型等内容也作了简要介绍。在数控加工这一章中，详细讲解了数控编程原理、数控车削和数控铣削的程序编制等内容。考虑到数控系统比较多，每一个数控系统又有多个版本，各校使用的系统也不尽相同，所以，根据大多数学校金工实习的具体情况，本书仅涉及了SIMENS802S/C系统常用指令、FANUCOi-T系统常用G指令和华中世纪星HNC-21/22T数控车系统的G代码。因为各校的实习指导老师会根据各校配备的设备进行现场教学，所以没有介绍数控车床和数控铣床的具体操作。为了压缩篇幅，对加工中心只作了简单介绍，也没有列举数控车削和数控铣削的加工实例。各校的实习指导老师会根据具体设备情况提供编程实例，专门讲解设备的操作方法与步骤及注意事项，并讲解数控车削和数控铣削中的工艺处理，布置实训题目。
考虑到金工实习教学方法已经由师傅带徒弟式的训练发展到渗透启发式并与现代教育技术密切结合的训练，由机械制造工艺方法的简单训练逐步发展到与创新思维能力培养紧密结合的综合性训练，本书在书后附加了《金工实习报告》。参加实习的学生，要完成《金工实习报告》，就需要在实习过程中仔细阅读教材，在实习指导教师的指导下完成相关的实验。实践证明：在金工实习过程中进行金工实验，既丰富了金工实习的内容和形式，又加深了学生的感性认识，还提高了学生的时间利用率，且可以减少重复投资，并为后续的课堂教学打下更好的基础。学生每进行一个工种的实习，就完成相应的实习报告并撕下来交给指导老师批改，最后装订成册，从而节省了另外编印或者购置《金工实习报告》的资源和费用。
在编写本书的过程中，我们得到了出版社有关工作人员的大力支持和帮助，并参考和引用了其他已出版教材中的部分内容和插图，所用参考文献均已列于书后，在此，对有关出版社和作者表示衷心的感谢。向帮助过我们的单位和人员表示诚挚的谢意。
本书由江南大学黄如林、张琦、汪群、俞哲、薛国祥、浦晨晔、刘敬春、张献、刘书明、刘旭辉、张念龙、荣利丰、陈建东和东南大学何红媛共同编写，并由黄如林任主编，何红媛、张琦任副主编。
东南大学张远明教授审阅了本书的全部书稿，并提出了不少宝贵意见，使本书增色许多。编者向张教授真诚致谢！
由于编者水平所限，书中难免有疏漏或不妥之处，恳请广大读者批评指正。编者0绪论0.1概述
金工实习是一门实践性的技术基础课，是机械类各专业学习机械制造的基本工艺和基本方法，完成工程基本训练，培养工程素质和创新精神的重要必修课。
金工实习课程的任务：了解机械制造的一般工艺过程和基本知识。熟悉机械零件的常用加工方法、所用主要设备的工作原理和典型机构、工夹量具以及安全操作技术，初步建立现代制造工程的概念。对简单零件具有进行工艺分析和选择加工方法的能力。在主要工种上应具备独立完成简单零件加工的实践能力。
金工实习课程的教学目标：学习工艺知识，增强工程实践能力，提高综合素质（包括工程素养），培养创新精神和创新能力。初步建立起责任、安全、质量、环保、团队、成本、管理、市场、创新等工程意识。0.2金工实习教学的基本要求0.2.1 铸造
1）基本知识
① 熟悉铸造生产工艺过程、特点和应用。
② 了解型砂、芯砂、造型、造芯、合型、熔炼、落砂、清理及常见铸造缺陷。熟悉铸件分型面的选择。掌握手工两箱造型（整模、分模、挖砂、活块等）的特点和应用。了解三箱造型及刮板造型的特点和应用。了解机械造型的特点和应用。
③ 了解常用特种铸造方法（例如消失模铸造等工艺）的原理、特点和应用。
④ 了解铸造生产安全技术、环境保护，并能进行简单经济分析。
2）基本技能
掌握手工两箱造型的操作技能，具有对铸件进行初步工艺分析的能力。0.2.2 锻压
1）基本知识
① 熟悉锻压生产工艺过程、特点和应用。
② 了解坯料的加热、碳素钢的锻造温度范围和自由锻设备。掌握自由锻基本工序的特点。了解轴类和盘套类锻件自由锻的工艺过程。了解锻件的冷却及常见锻造缺陷。
③ 初步了解模锻的特点和锻模的结构。
④ 了解普通冲床、冲模和常见冲压缺陷。熟悉冲压基本工序。了解数控冲床的工作原理、特点和应用。
⑤ 了解锻压生产安全技术、环境保护，并能进行简单经济分析。
2）基本技能
初步掌握自由锻和板料冲压的操作技能，具有对自由锻件和冲压件进行初步工艺分析的能力。0.2.3 焊接
1）基本知识
① 熟悉焊接生产工艺过程、特点和应用。
② 了解焊条电弧焊机的种类和主要技术参数、电焊条、焊接接头形式、坡口形式及不同空间位置的焊接特点。了解焊接工艺参数及其对焊接质量的影响。了解常见的焊接缺陷。了解典型焊接结构的生产工艺过程。
③ 了解气焊设备、气焊火焰、焊丝及焊剂的作用。
④ 了解其他常用焊接方法（埋弧焊、气体保护焊、电阻焊、钎焊等）的特点和应用。
⑤ 熟悉氧气切割原理、切割过程和金属气割条件。了解等离子弧切割或激光切割的原理、特点和应用。
⑥ 了解焊接安全技术、环境保护，并能进行简单经济分析。
2）基本技能
能正确选择焊接电流及调整气焊火焰。初步掌握焊条电弧焊、气焊的平焊操作技能。0.2.4 热处理及表面处理
① 了解钢的热处理原理、作用及常用热处理方法和设备。
② 了解表面处理概念、工艺与方法，例如激光表面处理等技术。0.2.5 非金属材料成形
① 了解塑料、橡胶等材料的成形工艺及其模具结构。
② 了解陶瓷材料成形工艺。
③ 了解非金属材料的应用。0.2.6 机械加工与特种加工
1）基本知识
① 了解金属切削加工的基本知识。
② 了解车床的型号。熟悉卧式车床的组成、运动、传动系统及用途。
③ 熟悉常用车刀的组成和结构、车刀的主要角度及其作用。了解对刀具材料性能的要求，了解常用和超硬刀具材料的性能、特点和应用。
④ 了解轴类、盘套类零件的装夹方法的特点及常用附件的结构和用途。
⑤ 掌握车外圆、车端面、钻孔和车孔的方法。
⑥ 掌握车槽、车断及锥面。了解成形面、螺纹的车削方法。
⑦ 了解常用铣床、刨床和磨床的组成、运动和用途。了解其常用刀具和附件的结构、用途及简单分度的方法。
⑧ 熟悉铣削、磨削的加工方法。了解刨削和常用齿形的加工方法。
⑨ 了解常用特种加工加工方法的原理、方法、特点和应用。掌握电火花线切割的基本原理。
⑩ 了解数控车床、数控铣床、加工中心的组成、加工特点和应用。
⑪了解切削加工常用的方法所能达到的尺寸公差等级、表面粗糙a度R值的范围及其测量方法。
⑫了解机械加工安全技术、环境保护，并能进行简单经济分析。
2）基本技能
① 掌握卧式车床的操作技能，能按零件的加工要求正确使用刀、夹、量具，独立完成简单零件的车削加工。
② 熟悉铣床的基本操作方法，了解磨床的基本操作方法。
③ 能进行数控类机床，如数控切割机床、数控车床、数控铣床等的编程和操作，了解加工中心的编程和操作。
④ 具有对简单的工件进行初步工艺分析的能力。0.2.7 钳工
1）基本知识
① 熟悉钳工工作在机械制造及维修中的作用。
② 掌握划线、锯削、挫削、钻孔、攻螺纹和套螺纹的方法和应用。
③ 了解刮削的方法和应用。
④ 了解钻床的组成、运动和用途。了解扩孔、铰孔和锪孔的方法。
⑤ 了解机械部件装配的基本知识。
⑥ 了解自动化装配的概念。
2）基本技能
① 掌握钳工常用工具、量具的使用方法；能独立完成钳工作业件。
② 具有装拆简单部件的技能。
在金工实习过程中，还要求安排课内外结合的综合工艺训练或设计与制作结合的创新训练。0.3金工实习守则
① 实习时按规定穿戴好劳动防护用品，不穿裙子，不穿拖鞋、凉鞋、高跟鞋等进厂。
② 遵守劳动纪律，不串岗、不迟到、不早退、不做与实习无关的事情，有事先请假。
③ 实习应做到专心听讲，做好笔记；仔细观察，勤于思考；认真操作，不怕脏、不怕苦、不怕累；按时完成并上交实习报告。
④ 爱护国家财产，注意节约水、电、油和各种原材料。
⑤ 尊重老师和师傅，搞好师生关系；加强团结与合作，搞好同学之间的关系。
⑥ 严格遵守各实习工种的安全技术，做到文明实习，保持良好的卫生风貌。1机械制造工程基本知识1.1概述
机械制造工业是国民经济的支柱产业，它担负着向社会各行业提供各种机械装备的任务。机械制造工业所提供装备的水平对国民经济各部门的技术进步、质量水平和经济效益有着直接的影响。
设计的机械产品必须经过制造，方可成为现实。从原材料（或半成品）到机械产品的全过程称为生产过程。制造过程是生产过程的最主要部分。图1-1-1为机械制造企业的运作过程，大致可分为生产决策、经营决策、制造加工三个主要层次。在市场经济条件下，企业生产的目的是向市场提供合格产品的同时获取相应的经济效益。企业在运作过程中主要解决两个问题：一是根据市场及其他条件决定制造什么产品（生产决策）并取得销售订单（经营决策）；二是从技术和管理两方面进行生产组织，制造出合格的产品。产品的质量是企业生存与发展的根本保证，机械产品的质量是由机械制造生产过程决定的。图1-1-1 企业生产运作流程1.2机械产品的质量
机械产品是由若干机械零件装配而成的，机器的使用性能和寿命取决于零件的制造质量和装配质量。1.2.1 零件的加工质量
零件的质量主要是指零件的材质、力学性能和加工质量等。零件的材质和力学性能在下一章中将有叙述。零件的加工质量是指零件的加工精度和表面质量。加工精度是指加工后零件的尺寸、形状和表面间相互位置等几何参数与理想几何参数相符合的程度。相符合的程度越高，零件的加工精度越高。实际几何参数对理想几何参数的偏离称为加工误差。很显然，加工误差越小，加工精度越高。零件的几何参数加工得绝对准确是不可能的，也是没有必要的。在保证零件使用要求的前提下，对加工误差规定一个允许的范围，称为公差。零件的公差越小，对加工精度的要求就越高，零件的加工就越困难。零件的精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度；零件的表面质量是指零件的表面粗糙度、表面波度、表面层冷变形强化程度、表面残余应力的性质和大小以及表面层金相组织等。零件的加工质量对零件的使用有很大影响，其中我们考虑最多的是加工精度和表面粗糙度。
1）尺寸精度
尺寸精度是指加工表面本身的尺寸（如圆柱面的直径）或几何要素之间的尺寸（如两平行平面间的距离）的精确程度，即实际尺寸与理想尺寸的符合程度。尺寸精度要求的高低是用尺寸公差体现的。“公差与配合”国家标准中将确定尺寸精度的标准公差分为20个等级，分别用IT01、IT0、IT1、IT2、…、IT18表示。从前向后，精度逐渐降低。IT01公差值最小，精度最高。IT18公差值最大，精度最低。相同的尺寸，精度越高，对应的公差值越小。相同的公差等级，尺寸越小，对应的公差值越小。零件设计时常选用的尺寸公差等级为IT6～IT11。IT12～IT18为未注公差尺寸的公差等级（常称为自由公差）。
考虑到零件加工的难易程度，设计者不宜将零件的尺寸精度标准定得过高，只要满足零件的使用要求即可。表1-2-1为公差等级选用举例。表1-2-1 公差等级选用
2）形状精度和位置精度
形状精度是指零件上的几何要素线、面的实际形状相对于理想形状的准确程度。位置精度是指零件上的几何要素点、线、面的实际位置相对于理想位置的准确程度。形状和位置精度用形状公差和位置公差（简称形位公差）来表示。“形位公差”国家标准中规定的控制零件形位误差的项目及符号如表1-2-2所示。表1-2-2 形位公差项目及符号
对于一般机床加工能够保证的形位公差要求，图样上不必标出，也不作检查。对形位公差要求高的零件，应在图样上标注。形位公差等级分1～12级（圆度和圆柱度分为0～12级）。同尺寸公差一样，等级数值越大，公差值越大。
3）表面粗糙度
零件的表面总是存在一定程度的凹凸不平，即使是看起来光滑的表面，经放大后观察，也会发现凹凸不平的波峰波谷。零件表面的这种微观不平度称为表面粗糙度。表面粗糙度是在毛坯制造或去除金属加工过程中形成的。表面粗糙度对零件表面的结合性能、密封、摩擦、磨损等有很大影响。
国家标准规定了表面粗糙度的评定参数和评定参数的允许数值。az最常用的就是轮廓算术平均偏差R和不平度平均高度R，单位为aμm。一般零件的工作表面粗糙度R值在0.4～3.2μm范围内选择。非a工作表面的粗糙度R值可以选得比3.2μm大一些，而一些精度要求高a的重要工作表面粗糙度R值则比0.4μm小得多。一般说来，零件的精度要求越高，表面粗糙度值要求越小，配合表面的粗糙度值比非配合表面小，有相对运动的表面比无相对运动的表面粗糙度值小，接触压力大的运动表面比接触压力小的运动表面粗糙度值小。而对于一些装饰性的表面则表面粗糙度值要求很小，但精度要求却不高。
与尺寸公差一样，表面粗糙度值越小，零件表面的加工就越困难，加工成本越高。1.2.2 装配质量
任何机器都是由若干零件、组件和部件组成的。根据规定的技术要求，将零件结合成组件和部件，并进一步将零件、组件和部件结合成机器的过程称为装配。装配是机械制造过程的最后一个阶段。合格的零件通过合理的装配和调试，就可以获得良好的装配质量，从而能保证机器进行正常的运转。
装配精度是衡量装配质量的指标。主要有以下几项：
1）零、部件间的尺寸精度
其中包括配合精度和距离精度。配合精度是指配合面间达到规定的间隙或过盈的要求。距离精度是指零、部件间的轴向距离、轴线间的距离等。
2）零、部件间的位置精度
其中包括零、部件的平行度、垂直度、同轴度和各种跳动等。
3）零、部件间的相对运动精度
指有相对运动的零、部件间在运动方向和运动位置上的精度。如车床车螺纹时刀架与主轴的相对移动精度。
4）接触精度
接触精度是指两配合表面、接触表面和连接表面间达到规定的接触面积大小与接触点分布情况。如相互啮合的齿轮、相互接触的导轨面之间均有接触精度要求。
一个机械产品推向市场，需要经过设计、加工、装配、调试等环节。产品的质量与这些环节紧密相关，最终体现在产品的使用性能上，如图1-2-1所示。企业应从各方面来保证产品的质量。图1-2-1 产品质量因果图1.2.3 质量检测的方法
机械加工不仅要利用各种加工方法使零件达到一定的质量要求，而且要通过相应的手段来检测。检测应自始至终伴随着每一道加工工序。同一种要求可以通过一种或几种方法来检测。质量检测的方法涉及的范围和内容很多，这里做一简介。
1）金属材料的检测方法
金属材料应对其外观、尺寸、理化三个方面进行检测。外观采用目测的方法。尺寸使用样板、直尺、卡尺、钢卷尺、千分尺等量具进行检测。理化检测项目较多，下面分类叙述。（1）化学成分分析
依据来料保证单中指定的标准规定化学成分，由专职理化人员对材料的化学成分进行定性或定量的分析。入厂材料常用的化学成分分析方法有：化学分析法、光谱分析法、火花鉴别法。（2）金相分析
这是鉴别金属和合金的组织结构的方法，通常有宏观检验和微观检验两种。
① 宏观检验即低倍检验 这是用目视或在低倍放大镜（不大于10倍的放大镜）下检查金属材料表面或断面以确定其宏观组织的方法。常用的宏观检验法有：硫印试验、断口检验、酸蚀试验和裂纹试验。
② 显微检验即高倍检验 这是在光学显微镜下观察、辨认和分析金属的微观组织的金相检验方法。显微分析法可测定晶粒的形状和尺寸，鉴别金属的组织结构，显现金属内部的各种缺陷，如夹杂物、微小裂纹和组织不均匀及气孔、脱碳等。（3）力学性能试验
力学性能试验有硬度试验、拉力试验、冲击试验、疲劳试验、高温蠕变及其他试验等。力学性能试验及以下介绍的各种试验均在专用试验设备上进行。（4）工艺性能试验
工艺性能试验有弯曲、反复弯曲、扭转、缠绕、顶锻、扩口、卷边以及淬透性试验和焊接性试验等。（5）物理性能试验
物理性能试验有电阻系数测定、磁学性能测定等。（6）化学性能试验
化学性能试验有晶间腐蚀倾向试验等。（7）无损探伤
无损探伤是不损坏原有材料，检查其表面和内部缺陷的方法。
2）尺寸的检测方法
尺寸在1000mm以下，公差值大于0.009～3.2mm，有配合要求的工件（原则上也适用于无配合要求的工件）使用普通计量器具（千分尺、卡尺和百分表等）检测。常用量具的介绍见1.3节。特殊情况可使用测距仪、激光干涉仪、经纬仪、钢卷尺等测量。
3）表面粗糙度的检测方法
表面粗糙度的检测方法有样板比较法、显微镜比较法、电动轮廓仪测量法、光切显微镜测量法、干涉显微镜测量法、激光测微仪测量法等。在生产现场常用的是样板比较法。它是以表面粗糙度比较样块工作面上的粗糙度为标准，用视觉法和触觉法与被检表面进行比较，来判定被检表面是否符合规定。
4）形位误差的检测方法
根据形位公差要求的不同，形位误差的检测方法各不相同。
下面以一种检测圆跳动的方法为例来说明形位误差的检测。
检测原则：使被测实际要素绕基准轴线作无轴向移动回转一周时，由位置固定的指示器在给定方向上测得的最大与最小读数之差。
检测设备：一对同轴顶尖、带指示器的测量架。
检测方法：如图1-2-2，将被测零件安装在两顶尖之间。在被测零件回转一周过程中，指示器读数最大差值即为单个测量平面上的径向跳动。图1-2-2 圆跳动的检测方法
按上述方法，测量若干个截面，取各个截面上测得跳动量中的最大值，作为该零件的径向跳动。1.3产品加工工艺
在制造过程中，人们根据机械产品的结构、质量要求和具体生产条件，选择适当的加工方法，组织产品的生产。1.3.1 产品的生产过程
机械产品的生产过程，是产品从原材料转变为成品的全过程。主要过程如图1-3-1所示。图1-3-1 产品的生产过程
产品的各个零部件的生产不一定完全在一个企业内完成，可以分散在多个企业进行生产协作。如螺钉螺母、轴承的加工常常由专业生产厂家完成。1.3.2 产品的加工方法
机械产品的加工根据各阶段所达到的质量要求不同可分为毛坯生产和切削加工两个主要阶段。热处理工艺穿插在其间进行。
1）毛坯生产
毛坯成形加工的主要方法有铸造、锻压和焊接。
① 铸造 熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入（或压入、吸入）铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的铸件的成形方法。如柴油机机体、车床床身等。
② 锻压 对坯料施加外力使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形方法。如航空发动机的曲轴、连杆等都是锻造成形的。
③ 焊接 通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。一般用于大型框架结构或一些复杂结构，如轧钢机机架、坦克的车身等。
铸造、锻压、焊接往往是在材料的再结晶温度以上进行的加工，所以也称这些加工方法为热加工。
2）切削加工
切削加工用来提高零件的精度和降低表面粗糙度，以达到零件的设计要求。主要的加工方法有车削、铣削、刨削、钻削、镗削、磨削等。
车削加工是应用最为广泛的切削加工之一，主要用于加工回转体零件的外圆、端面、内孔，如轴类零件、盘套类零件的加工。铣削加工也是一种应用广泛的加工形式，主要用来加工零件上的平面、沟槽等。钻削和镗削主要用于加工工件上的孔。钻削用于小孔的加工；镗削用于大孔的加工，尤其适用于箱体上轴承孔孔系的加工。刨削主要用来加工平面，由于加工效率低，一般用于单件小批量生产。
磨削通常作为精密加工，经过磨削的零件表面粗糙度数值小，精度高。因此，磨削常作为重要零件上主要表面的终加工。1.4常用量具
量具是用来测量零件线性尺寸、角度以及检测零件形位误差的工具。为保证被加工零件的各项技术参数符合设计要求，在加工前后和加工过程中，都必须用量具进行检测。选择使用量具时，应当适合于被检测量的性质，适合于被检测零件的形状、测量范围。通常选择的量具的读数精度应小于被测量公差的0.15倍。
量具的种类很多，这里仅介绍常用的几种。1.4.1 量具的种类
1）游标卡尺
游标卡尺是一种比较精密的量具，如图1-4-1。其结构简单，可以直接量出工件的内径、外径、长度和深度等。游标卡尺按测量精度可分为0.10mm、0.05mm、0.02mm三个量级。按测量尺寸范围有0～125mm、0～150mm、0～200mm、0～300mm等多种规格。使用时根据零件精度要求及零件尺寸大小进行选择。
游标卡尺由主尺和副尺（游标）两部分组成。图示的游标卡尺，主尺上每小格为1mm，当两卡爪贴合（主尺与游标的零线重合）时，游标上的50格正好等于主尺上的49mm。游标上每格长度为49÷50=0.98mm。主尺与游标每格相差0.02mm。
如图1-4-1所示，测量读数时，先由游标以左的主尺上读出最大的整毫米数，然后在游标上读出零线到与主尺刻度线对齐的刻度线之间的格数，将格数与0.02相乘得到小数，将主尺上读出的整数与游标上得到的小数相加就得到测量的尺寸。图1-4-1 游标卡尺及读数方法
游标卡尺使用注意事项：
① 检查零线 使用前应先擦净卡尺，合拢卡爪，检查主尺和游标的零线是否对齐。如不对齐，应送计量部门检修。
② 放正卡尺 测量内外圆时，卡尺应垂直于工件轴线，两卡爪应处于直径处。
③ 用力适当 当卡爪与工件被测量面接触时，用力不能过大，否则会使卡爪变形，加速卡爪的磨损，使测量精度下降。
④ 读数时视线要对准所读刻数并垂直尺面，否则读数不准。
⑤ 防止松动 未读出读数之前游标卡尺离开工件表面，必须先将止动螺钉拧紧。
⑥ 不得用游标卡尺测量毛坯表面和正在运动的工件。图1-4-2 游标深度尺和游标高度尺
图1-4-2是专门用于测量深度和高度的游标尺。高度游标尺除用来测量高度外，也可用于精密划线。
2）百分尺（又称螺旋测微器、分厘卡）
百分尺是用微分套筒读数的示值为0.01mm的测量工具。百分尺的测量精度比游标卡尺高，习惯上称之为千分尺。按照用途可分为外径百分尺、内径百分尺和深度百分尺几种。外径百分尺按其测量范围有0～25mm、25～50mm、50～75mm等各种规格。
图1-4-3是测量范围为0～25mm的外径百分尺。弓形架在左端有固定砧座，右端的固定套筒在轴线方向刻有一条中线（基准线），上下两排刻线互相错开0.5mm，形成主尺。微分套筒左端圆周上均布50条刻线，形成副尺。微分套筒和螺杆连在一起，当微分套筒转动一周，带动测量螺杆沿轴向移动0.5mm，如图1-4-4。因此，微分套筒转过一格，测量螺杆轴向移动的距离为0.5÷50=0.01mm。当百分尺的测量螺杆与固定砧座接触时，微分套筒的边缘与轴向刻度的零线重合。同时，圆周上的零线应与中线对准。图1-4-3 外径百分尺图1-4-4 百分尺的读数（1）百分尺的读数方法
① 读出距离微分套筒边缘最近的轴向刻度数（应为0.5mm的整数倍）；
② 读出与轴向刻度中线重合的微分套筒周向刻度数值（刻度格数（有估读）×0.01mm）；
③ 将两部分读数相加即为测量尺寸。（2）百分尺使用注意事项
① 校对零点将砧座与螺杆擦拭干净，使它们相接触，看微分套筒圆周刻度零线与中线是否对准，如没有，将百分尺送计量部门检修。
② 测量时，左手握住弓架，用右手旋转微分套筒，当测量螺杆快接近工件时，必须使用右端棘轮（此时严禁使用微分套筒，以防用力过度测量不准或破坏百分尺）以较慢的速度与工件接触。当棘轮发出“嘎嘎”的打滑声时，表示压力合适，应停止旋转。
③ 从百分尺上读取尺寸，可在工件未取下前进行，读完后松开百分尺，亦可先将百分尺锁紧，取下工件后再读数。
④ 被测尺寸的方向必须与螺杆方向一致。
⑤ 不得用百分尺测量毛坯表面和运动中的工件。
3）百分表
百分表的刻度值为0.01mm，是一种精度较高的比较测量工具。它只能读出相对的数值，不能测出绝对数值。主要用来检验零件的形状误差和位置误差，也常用于工件装夹时精密找正。
百分表的结构如图1-4-5所示，当测量头向上或向下移动1mm时，通过测量杆上的齿条和几个齿轮带动大指针转一周，小指针转一格。刻度盘在圆周上有100等分的刻度线，其每格的读数值为0.01mm；小指针每格读数值为1mm。测量时大、小指针所示读数变化值之和即为尺寸变化量。小指针处的刻度范围就是百分表的测量范围。刻度盘可以转动，供测量时调整大指针对零位刻线之用。图1-4-5 百分表图1-4-6 百分表架（磁性表架）
百分表使用时应装在专用的百分表架上，如图1-4-6所示。
百分表使用注意事项：
① 使用前，应检查测量杆的灵活性。具体做法是：轻轻推动测量杆，看其能否在套筒内灵活移动。每次松开手后，指针应回到原来的刻度位置。
② 测量时，百分表的测量杆要与被测表面垂直，否则将使测量杆移动不灵活，测量结果不准确。
③ 百分表用完后，应擦拭干净，放入盒内，并使测量杆处于自由状态，防止表内弹簧过早失效。
4）内径百分表
内径百分表（图1-4-7）是百分表的一种，用来测量孔径及其形状精度，测量精度为0.01mm。内径百分表配有成套的可换测量插头及附件，供测量不同孔径时选用。测量范围有6～10mm、10～18mm、18～35mm等多种。测量时百分表接管应与被测孔的轴线重合，以保证可换插头与孔壁垂直，最终保证测量精度。
5）万能角度尺
万能角度尺是用来测量零件角度的。万能角度尺采用游标读数，可测任意角度，如图1-4-8。扇形板带动游标可以沿主尺移动。角尺可用卡块紧固在扇形板上。可移动的直尺又可用卡块固定在角尺上。基尺与主尺连成一体。图1-4-7 内径百分表图1-4-8 万能角度尺
万能角度尺的刻线原理与读数方法和游标卡尺相同。主尺上每格一度，主尺上的29°与游标的30格相对应。游标每格为29÷30=58′。主尺与游标每格相差2′，也就是说，万能角度尺的读数精度为2′。
测量时应先校对万能角度尺的零位。其零位是当角尺与直尺均装上，且角尺的底边及基尺均与直尺无间隙接触时，主尺与游标的“0”线对齐。校零后的万能角度尺可根据工件所测角度的大致范围组合基尺、角尺、直尺的相互位置，可测量0°～320°范围的任意角度，如图1-4-9所示。图1-4-9 万能角度尺应用实例
6）塞尺
塞尺（又称厚薄尺）是用其厚度来测量间隙大小的薄片量尺，如图1-4-10。它是一组厚度不等的薄钢片。钢片的厚度为0.03～0.3mm，印在每片钢片上。使用时根据被测间隙的大小选择厚度接近的钢片（可以用几片组合）插入被测间隙。能塞入钢片的最大厚度即为被测间隙值。图1-4-10 塞尺图1-4-11 刀口形直尺及其应用
使用塞尺时必须先擦净尺面和工件，组合成某一厚度时选用的片数越少越好。另外，塞尺插入间隙不能用力太大，以免折弯尺片。
7）刀口形直尺
刀口形直尺（简称刀口尺）是用光隙法检验直线度或平面度的量尺，图1-4-11为刀口形直尺及其应用。如果工件的表面不平，则刀口形直尺与工件表面间有间隙存在。根据光隙可以判断误差状况，也可用塞尺检验缝隙的大小。
8）直角尺
直角尺的两边呈准确90°，是用来检查工件垂直度的非刻线量尺。使用时将其一边与工件的基准面贴合，然后使其另一边与工件的另一表面接触。根据光隙可以判断误差状况，也可用塞尺测量其缝隙大小，如图1-4-12。直角尺也可以用来保证划线垂直度。图1-4-12 直角尺及其应用
9）塞规与卡规
塞规与卡规是用于成批大量生产的一种定尺寸专用量具，通称为量规，如图1-4-13。
塞规是用来测量孔径或槽宽的。它的两端分别称为“过规”和“不过规”。过规的长度较长，直径等于工件的下限尺寸（最小孔径或最小槽宽）。不过规的长度较短，直径等于工件的上限尺寸。用塞规检验工件时，当过规能进入孔（或槽）时，说明孔径（槽宽）大于最小极限尺寸；当不过规不能进入孔（或槽）时，说明孔径（或槽宽）小于最大极限尺寸。工件的尺寸只有当过规进得去，而不过规进不去时，才说明工件的实际尺寸在公差范围之内，是合格的。否则，工件尺寸不合格。图1-4-13 量规
卡规是用来检验轴径或厚度的。和塞规相似，也有过规和不过规两端，使用的方法亦和塞规相同。与塞规不同的是：卡规的过规尺寸等于工件的最大极限尺寸，而不过规的尺寸等于工件的最小极限尺寸。
量规检验工件时，只能检验工件合格与否，但不能测出工件的具体尺寸。量规在使用时省去了读数的麻烦，操作极为方便。1.4.2 量具的保养
量具的精度直接影响到检测的可靠性，因此，必须加强量具的保养。量具的保养重点在于避免量具的破损、变形、锈蚀和磨损。1.5基准、定位、夹具1.5.1 基准
1）基准的概念
机械零件可以看作一个空间的几何体，是由若干点、线、面的几何要素所组成。零件在设计、制造的过程中必须指定一些点、线、面用来确定其他点、线、面的位置，这些作为依据的几何要素称为基准。基准可以是在零件上具体表现出来的点、线、面，也可以是实际存在，但又无法具体表现出来的几何要素，如零件上的对称平面、孔或轴的中心线等。
2）基准的分类
按照作用的不同，基准分为设计基准和工艺基准两类。设计基准是零件设计图纸上所用的基准。工艺基准是在零件加工、机器装配等工艺过程中所用的基准。工艺基准又分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准。其中定位基准用具体的定位表面体现，并与夹具保持正确接触，保证工件在机床上的正确位置，最终加工出位置正确的工件表面。图1-5-1 机体的基准
图151所示的机体零件，顶面A是表面B、C和孔D轴线的设计基准；孔D的轴线是孔E的轴线的设计基准；而表面B是表面A、C、孔D及孔E加工时的定位基准。定位基准常用符号“”来表示。1.5.2 工件的定位
1）工件的装夹
工件要进行切削加工，首先要将工件装夹在机床上，保持与刀具之间正确的相对运动关系。工件在机床上的装夹分定位和夹紧两个过程。定位就是使工件在机床上具有正确的位置。工件定位后必须夹紧，以保证工件在重力、切削力、离心惯性力等力的作用下保持原有的正确位置。工件的装夹必须先定位后夹紧。
工件的装夹通常有以下三种方法：（1）直接找正装夹
直接找正是指利用百分表、划针等在机床上直接找正工件，使其获得正确位置的定位方法，如图1-5-2（a）。这种方法的定位精度和操作效率取决于所使用工具及操作者的技术水平。一般说来，此法比较费时，多用于单件、小批生产或要求位置精度特别高的工件。（2）划线找正装夹
划线找正是在机床上用划针按毛坯或半成品上待加工处的划线找正工件，获得正确位置的方法，如图1-5-2（b）。这种找正装夹方式受划线精度和找正精度的限制，定位精度不高。主要用于批量较小、毛坯精度较低及大型零件等不便使用夹具的粗加工。图1-5-2 工件的找正装夹（3）在夹具中装夹
夹具装夹是利用夹具使工件获得正确的位置并夹紧。夹具是按工件专门设计制造的，装夹时定位准确可靠，无需找正，装夹效率高，精度较高，广泛用于成批生产和大量生产。
2）工件的定位
一个刚体在空间具有六个自由度，如图1-5-3。这些自由度分别是沿三个坐标轴的平移和绕三个坐标轴的旋转。工件的定位就是对工件的某几个自由度或全部加以限制（消除）。工件在夹具中的定位实际上就是使工件上体现定位基准的定位表面与夹具上的定位元件保持紧密接触。这样就限制了工件应该被限制的自由度，在夹具及机床上具有正确的位置，也就能够加工出位置正确的工件表面。图1-5-3 刚体的自由度1.5.3 夹具
机床上用来装夹工件的夹具可分为两类，一类是通用夹具，一类是专用夹具。
通用夹具使用范围较广，能够装夹多种尺寸的工件。但通用夹具一般只能装夹形状简单的工件，并且工作效率较低。通用夹具一般作为机床附件来使用，常见的有三爪定心卡盘、四爪单动卡盘、平口钳等。
专用夹具是为某种工件的某一工序专门设计和制造的，使用起来方便、准确、效率高。专用夹具通常由定位元件、导向元件、夹紧元件、夹具体等部分组成。定位元件起定位作用，常用的有支承钉、支承板、定位销等；导向元件起引导刀具的作用，有钻套、镗模套等；夹紧元件起夹紧作用，保证定位不被破坏，常见的有螺纹压板机构、气动夹紧机构、液压夹紧机构等。定位元件、导向元件、夹紧元件都装在夹具体上，一起构成了夹具。夹具最终还要正确地安装在机床上，这样就保证了工件在机床上的正确位置，使刀具与工件之间保持正确的运动关系，如图1-5-4。图1-5-4 夹具的组成1.6工程材料
工程材料是指工程上使用的材料。按材料的化学成分，工程材料一般分为金属材料和非金属材料两大类。1.6.1 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。使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性质。它包括物理、化学、力学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了机械零件的使用范围和寿命。工艺性能是指金属材料在加工过程中表现出的难易程度。它的好坏决定了金属材料在加工过程中成形的适应能力。
1）物理、化学性能
金属材料的物理、化学性能主要有密度、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、耐热性、耐蚀性等。根据机械零件用途的不同，对材料的物理、化学性能要求亦有不同。例如飞机上的一些零件要选用密度小的材料，如铝合金等。金属材料的物理、化学性能对制造工艺也有影响。例如凡是导热性差的材料，进行切削加工时刀具的温升就快，刀具易磨损；膨胀系数大会影响金属热加工后工件的变形与开裂，在进行锻压或热处理时，加热速度应慢些．以免产生裂纹。
2）力学性能
金属材料受到外力作用时所表现出来的特性称为力学性能。金属的力学性能主要有强度、塑性、硬度和冲击韧度等。材料的力学性能是选材、零件设计的重要依据。
强度是指材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。
塑性是指材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力。
硬度是指材料抵抗其他更硬物体压入其表面的能力。
冲击韧性是材料在冲击载荷作用下抵抗断裂的能力。
3）工艺性能
材料的工艺性能主要包含以下几个内容：（1）铸造性能
主要包括流动性和收缩性。前者是指熔融金属的流动能力；后者是指浇注后的熔融金属冷至室温时伴随的体积和尺寸的减小。（2）锻造性能
主要指金属进行锻造时，其塑性的好坏和变形抗力的大小。塑性高、变形抗力小，其锻造性能好。（3）焊接性能
主要指在一定焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它受到材料本身的特性和工艺条件的影响。（4）切削加工性能
工件材料被切削加工去掉的难易程度称为材料的切削加工性能。材料切削性能的好坏与材料的物理、力学性能有关，也与切削加工的条件有关。1.6.2 常用工程材料简介
1）常用工程材料分类
常用的工程材料主要分为以下类型：
2）常用金属材料简介
碳钢和铸铁都是以铁和碳为主的二元合金。工业上将碳的质量分CC数w（即含碳量）小于2.11%的铁碳合金称为钢。w大于2.11%，并C含较多的硅、锰元素及硫、磷等杂质的铁碳合金称为铸铁。w大于6.69%的铁碳合金脆性极大，没有使用价值。合金钢是为了改善钢的性能而有意识地加入一些合金元素的钢。常用金属材料的牌号、意义及用途如表1-6-1。表1-6-1 常用金属材料的牌号、意义及用途
3）钢材的涂色标记法
生产中为了表明金属材料的牌号、规格等，在材料上需要做一定的标记，常用的标记方法有涂色、打印、挂牌等。金属材料的涂色标志是以表示钢种、钢号的颜色，涂在材料一端的端面或端部，盘条则涂在卷的外侧。所涂油漆的颜色和要求应严格按国家标准执行。如普通碳素钢中的Q235A钢为红色，优质碳素结构钢中的20钢为棕色+绿色，45钢为白色+棕色，合金结构钢中的20CrMnTi为黄色+黑色，40Cr钢为绿色+黄色，模具钢5CrMnMo为紫色+白色，轴承钢 GCr15为蓝色一条，不锈钢1Cr18Ni9Ti为绿色+蓝色，高速钢W18Cr4V为棕色一条+蓝色一条。2钢的热处理和表面处理2.1钢的热处理
钢的热处理是将钢在固态下通过加热、保温、冷却的方法，使钢的组织结构发生变化，从而获得所需性能的工艺方法。热处理工艺可用“温度-时间”为坐标的曲线图表示，如图2-1-1所示。
在机械制造中，热处理具有很重要的地位。例如，钻头、锯条、冲模，必须有高的硬度和耐磨性方能保持锋利，达到加工金属的目的。因此，除了选用合适的材料外，还必须进行热处理，才能达到上述要求。此外，热处理还可改善坯料的工艺性能，如改善材料的切削加工性，使切削省力，刀具磨损小，且工件表面质量高。热处理工艺方法很多，一般可分为普通热处理、表面热处理和化学热处理等。图2-1-1 热处理工艺曲线2.1.1 普通热处理
1）常用的普通热处理方法（1）退火
退火是将钢加热到适当温度，保温一段时间后随炉冷却的热处理工艺。常用的退火方法有消除中碳钢铸件等缺陷的完全退火、改善高碳钢（如刀具、量具、模具等）切削加工性能的球化退火和去除大型铸、锻件应力的去应力退火等。（2）正火
正火是将钢加热到适当温度，保温一定的时间后在空气中冷却的热处理工艺。
钢正火的目的是细化组织，消除组织缺陷和内应力。
正火的冷却速度较快，得到的组织较细，强度和硬度也较高。常用正火做预备热处理，有时也用正火做最终热处理。（3）淬火和回火
① 淬火 淬火是将工件加热至临界温度以上某一个温度，保温一定时间，然后以较快速度冷却的热处理工艺。淬火的目的是提高钢的强度和硬度，增加耐磨性，并在回火后获得高强度和一定韧性相配合的性能。
淬火操作的关键是控制冷却速度。淬火时的冷却介质称为淬火剂。常用的淬火剂有油、水、盐水，冷却能力依次增强。
② 回火 钢件淬硬后，再加热到某一较低的温度，保温一定时间，然后冷却至室温的热处理方法称为回火。
回火操作的关键是控制加热温度。钢回火后的性能取决于回火加热温度。根据加热温度的不同，回火分为低温回火、中温回火和高温回火三种。
低温回火 淬火钢件在150℃～250℃的回火称为低温回火。低温回火可降低钢的内应力和脆性，保持淬火钢的高硬度和高耐磨性。各种工、模具淬火后，常进行低温回火。
中温回火 淬火钢件在300℃～450℃的回火称为中温回火。中温回火能消除钢中的大部分内应力，使之具有一定的韧性和高弹性，硬度可达35～45HRC。各种弹簧常进行中温回火。
高温回火 淬火钢件在500℃～650℃的回火称高温回火。习惯上常将淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质。钢经调质后具有强度、硬度、塑性、韧性都较好的综合力学性能。回火后硬度一般为200～300HBS。各种重要零件如连杆螺栓、齿轮及轴类等常进行调质处理。
2）常用的热处理设备
热处理的加热是在专门的加热炉内进行的。加热炉一般有箱式电阻炉、井式电阻炉、盐浴炉等。（1）箱式电阻炉
箱式电阻炉根据使用温度不同分为高温、中温、低温箱式电阻炉等。箱式电阻炉适用于中、小型零件的整体热处理及固体渗碳处理。图2-1-2是中温箱式电阻炉的结构。图2-1-2 中温箱式电阻炉图2-1-3 井式电阻炉（2）井式电阻炉
井式电阻炉适用于长轴工件的垂直悬挂加热，可以减少弯曲变形。因炉口向上，可用吊车起吊工件，故能大大减轻劳动强度，应用较广，见图2-1-3。（3）盐浴炉
采用液态的熔盐作为加热介质的热处理设备，称为盐浴炉，见图
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