《国家级工程训练示范中心“十二五”规划教材：认识制造》阐述了机械工程材料的发展、热加工技术和热处理、切削加工的基本原理与发展、特种加工技术与数控技术的发展等知识，在简单产品的设计、制造中引入精度、配合、生产纲领、工艺等基本概念，力求引导读者了解制造过程，了解工程技术人员处理问题、解决问题的思维方式。
　　《国家级工程训练示范中心“十二五”规划教材：认识制造》可以作为大中专院校非机械类专业学生的机械工程教材，也可作为认识制造的科普读物。

　　自国家的“十五”规划开始，我国高等学校的教材建设就出现了生机蓬勃的局面，工程训练领域也是如此。面对高等学校高素质、复合型和创新型的人才培养目标，工程训练领域的教材建设需要在体系、内涵以及教学方法上深化改革。
　　以上情况的出现，是在国家相应政策的主导下，源于两个方面的努力： 一是教师在教学过程中，深深感到教材建设对人才培养的重要性和必要性，以及教材深化改革的客观可能性； 二是出版界对工程训练类教材建设的积极配合。在国家“十五”期间，工程训练领域有5部教材列入国家级教材建设规划； 在国家“十一五”期间，约有60部教材列入国家级“十一五”教材建设规划。此外，还有更多的尚未列入国家规划的教材已正式出版。对于国家“十二五”规划，我国工程训练领域的同仁，对教材建设有着更多的追求与期盼。
　　随着世界银行贷款高等教育发展项目的实施，自1997年开始，在我国重点高校建设11个工程训练中心的项目得到了很好的落实，从而使我国的工程实践教学有机会大步跳出金工实习的原有圈子。训练中心的实践教学资源逐渐由原来热加工的铸造、锻压、焊接和冷加工的车、铣、刨、磨、钳等常规机械制造资源，逐步向具有丰富优质实践教学资源的现代工业培训的方向发展。全国同仁紧紧抓住这百年难遇的机遇，经过10多年的不懈努力，终于使我国工程实践教学基地的建设取得了突破性进展。在2006—2009年期间，国家在工程训练领域共评选出33个国家级工程训练示范中心或建设单位，以及一大批省市级工程训练示范中心，这不仅标志着我国工程训练中心的发展水平，也反映出教育部对我国工程实践教学的创造性成果给予了充分肯定。
　　经过多年的改革与发展，以国家级工程训练示范中心为代表的我国工程实践教学发生了以下10个方面的重要进展：
　　（1） 课程教学目标和工程实践教学理念发生重大转变。在课程教学目标方面，将金工实习阶段的课程教学目标“学习工艺知识，提高动手能力，转变思想作风”转变为“学习工艺知识，增强工程实践能力，提高综合素质，培养创新精神和创新能力”； 凝练出“以学生为主体，教师为主导，实验技术人员和实习指导人员为主力，理工与人文社会学科相贯通，知识、素质和能力协调发展，着重培养学生的工程实践能力、综合素质和创新意识”的工程实践教学理念。
　　（2） 将机械和电子领域常规的工艺实习转变为在大工程背景下，包括机械、电子、计算机、控制、环境和管理等综合性训练的现代工程实践教学。
　　（3） 将以单机为主体的常规技术训练转变为部分实现局域网络条件下，拥有先进铸造技术、先进焊接技术和先进钣金成形技术，以及数控加工技术、特种加工技术、快速原型技术和柔性制造技术等先进制造技术为一体的集成技术训练。
　　（4） 将学习技术技能和转变思想作风为主体的训练模式转变为集知识、素质、能力和创新实践为一体的综合训练模式，并进而实现模块式的选课方案，创新实践教学在工程实践教学中逐步形成独有的体系和规模，并发展出得到广泛认可的全国工程训练综合能力竞赛。
　　（5） 将基本面向理工类学生转变为除理工外，同时面向经济管理、工业工程、工艺美术、医学、建筑、新闻、外语、商学等尽可能多学科的学生。使工程实践教学成为理工与人文社会学科交叉与融合的重要结合点，使众多的人文社会学科的学生增强了工程技术素养，不仅成为我国高校工程实践教学改革的重要方向，并开始纳入我国高校通识教育和素质教育的范畴，使越来越多的学生受益。
　　（6） 将面向低年级学生的工程训练转变为本科4年不断线的工程训练和研究训练，开始发展针对本科毕业设计，乃至硕士研究生、博士研究生的高层人才培养，为将基础性的工程训练向高层发展奠定了基础条件。
　　（7） 由单纯重视完成实践教学任务转变为同时重视教育教学研究和科研开发，用教学研究来提升软实力和促进实践教学改革，用科研成果的转化辅助实现实验技术与实验方法的升级。
　　（8） 实践教学对象由针对本校逐渐发展到立足本校、服务地区、面向全国，实现优质教学资源共享，并取得良好的教学效益和社会效益。
　　（9） 建立了基于校园网络的中心网站，不仅方便学生选课，有利于信息交流与动态刷新，而且实现了校际间的资源共享。
　　（10） 卓有成效地建立了国际国内两个层面的学术交流平台。在国际，自1985年在华南理工大学创办首届国际现代工业培训学术会议开始，规范地实现了每3年举办一届。在国内，自1996年开始，由教育部工程材料及机械制造基础课指组牵头的学术扩大会议（邀请各大区金工研究会理事长参加）每年举办一次，全国性的学术会议每5年一次； 自2007年开始，国家级实验教学示范中心联席会工程训练学科组牵头的学术会议每年两次； 各省市级金工研究会牵头举办的学术会议每年一次，跨省市的金工研究会学术会议每两年一次。
　　丰富而优质的实践教学资源，给工程训练领域的系列课程建设带来极大的活力，而系列课程建设的成功同样积极推动着教材建设的前进步伐。
　　面对目前工程训练领域已有的系列教材，本规划教材究竟希望达到怎样的目标？又可能具备哪些合理的内涵呢？个人认为，应尽可能将工程实践教学领域所取得的重大进展，全面反映和落实在具有下列内涵的教材建设上，以适应大面积的不同学科、不同专业的人才培养要求。
　　（1） 在通识教育与素质教育方面。面对少学时的工程类和人文社会学科类的学生，需要比较简明、通俗的“工程认知”或“实践认知”方面的教材，使学生在比较短时间的实践过程中，有可能完成课程教学基本要求。应该看到，学生对这类教材的要求是比较迫切的。
　　（2） 在创新实践教学方面。目前，我们在工程实践教学领域，已建成“面上创新、重点创新和综合创新”的分层次创新实践教学体系。虽然不同类型学校所开创的创新实践教学体系的基本思路大体相同，但其核心内涵必然会有较大的差异，这就需要通过内涵和风格各异的教材充分展现出来。
　　（3） 在先进技术训练方面。正如我们所看到的那样，机械制造技术中的数控加工技术、特种加工技术、快速原型技术、柔性制造技术和新型的材料成形技术，以及电子设计和工艺中的电子设计自动化技术（EDA）、表面贴装技术和自动焊接技术等已经深入到工程训练的许多教学环节。这些处于发展中的新型机电制造技术，如何用教材的方式全面展现出来，仍然需要我们付出艰苦的努力。
　　（4） 在以项目为驱动的训练方面。在世界范围的工程教育领域，以项目为驱动的教学组织方法已经显示出强大的生命力，并逐渐深入工程训练领域。但是，项目训练法是一种综合性很强的教学组织法，不仅对教师的要求高，而且对经费的要求多。如何克服项目训练中的诸多困难，将处于探索中的项目驱动教学法继续深入发展，并推广开去，使更多的学生受益，同样需要教材作为一种重要的媒介。
　　（5） 在全国大学生工程训练综合能力竞赛方面。2009年和2011年在大连理工大学举办的两届全国大学生工程训练综合能力竞赛，开创了工程训练领域无全国性赛事的新局面。赛事所取得的一系列成功，不仅昭示了综合性工程训练在我国工程教育领域的重要性，同时也昭示了综合性工程训练所具有的创造性。从赛事的命题，直到组织校级、省市级竞赛，最后到组织全国大赛，不仅吸引了数量众多的学生，而且提升了参与赛事的众多教师的指导水平，真正实现了我们所长期企盼的教学相长。这项重要赛事，不仅使我们看到了学生的创造潜力，教师的创造潜力，而且看到了工程训练的巨大潜力。以这两届赛事为牵引，可以总结归纳出一系列有价值的东西，来推进我国的高等工程教育深化改革，来推进复合型和创造型人才的培养。
　　总之，只要我们主动实践、积极探索、深入研究，就会发现，可以纳入本规划教材编写视野的内容，很可能远远超出本序言所囊括的上述5个方面。教育部工程材料及机械制造基础课程教学指导组经过近10年努力，所制定的课程教学基本要求，也只能反映出我国工程实践教学的主要进展，而不能反映出全部进展。
　　我国工程训练中心建设所取得的创造性成果，使其成为我国高等工程教育改革不可或缺的重要组成部分。而其中的教材建设，则是将这些重要成果进一步落实到与学生学习过程紧密结合的层面。让我们共同努力，为编写出工程训练领域高质量、高水平的系列新教材而努力奋斗！

　　清华大学　傅水根　2011年6月26日


前言
　　中国是世界上使用和发展机械最早的国家之一。明朝宋应星所著《天工开物》一书，内载有冶炼、铸钟、锻铁、淬火等各种金属加工方法，是世界上有关金属冶炼和制造工艺的最早的科学著作之一。但是自明中叶以后，中国的科技发明明显落后于西方。1840年后，西方列强以近代枪炮、舰船为利器，迫使闭关锁国的清廷逐渐打开了自己的大门，之后150年的兴衰荣辱、成败得失，固可感慨，更发人深省。
　　制造业是将制造资源（物料、能源、设备工具、资金、技术、信息和人力等），通过制造过程，转化为可供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。它涉及国民经济的各个部门，是国民经济和综合国力的支柱产业。机械制造工程是一切工业之母，几乎所有人类社会所需要的全部产业都离不开机械制造业。
　　一个国家经济的发展一定要以强大的制造业为后盾。高度发达的制造业和先进的制造技术已成为衡量一个国家综合经济实力和科技水平最重要的标志。机械工程是制造业的核心和基础，机械制造业是 “国民经济的装备部”，在国民经济中的意义和地位是不可动摇的，毋庸置疑的，要强国就必须大力发展制造业。
　　在未来一个相当长的时期内，工业经济将会在我国经济结构中占据主导地位。而降低成本和提高物质生产的劳动生产率是工业经济的两大永久主题。管理人员的工程技术知识是为工业管理提供有力支持的知识，管理人员拥有必要的工程技术知识才能够更好地胜任企业管理工作。
　　1. 本书的宗旨
　　2002年诺贝尔化学奖获得者约翰·范恩（John B. Fenn）认为他的《热的简史》（Engines,Energy,and Entropy）“诞生于这样两个信念： ①在当今社会，受过文明教育的人，应该懂些热力学法则； ②任何一个有点智力的人，即使没有或几乎完全没有科学和数学的背景，也只需要适度的努力便可以懂得热力学。”
本书复制约翰·范恩的这样两个信念： ①在当今社会，受过文明教育的人，应该了解一些机械制造的概念； ②任何一个有点智力的人，即使没有或几乎完全没有科学的背景，也只需要适度的努力便可以懂得机械制造。
　　第一点，长久以来工程训练领域一直在探讨，非工科学生是否需要开展工程训练？是否应接受高等工程教育？高等教育中工程类各专业（含经管类）均是为制造业培养高级技术和管理人才，而文科、医科、农科等大学生在今后的工作、生活中均要使用制造业制造出的产品，特别是进入21世纪后，使用的计算机、仪器等都是一些高科技产品，他们也应了解产品制造中的一些知识、技能，学习了解机械制造的概念是必要的。
　　机械制造业在其发展过程中不断吸取机械、电子、信息、材料、能源以及现代管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、售后服务等生产制造的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，在工业系统中最具有典型性和代表性。对于非工科学生，在工程教育中选择机械制造作为切入点，通过机械制造的学习与实践，可以较好地了解工业生产过程。
　　国际著名教育学家朗格让（P. Lengrand）认为，科技的发展推动工程教育走向终身教育。我们要做的是打开机械制造的大门，让学生能够轻松地接受理工知识与思维方式的熏陶。本书的目的之一就是让读者在今后的工作中，熟悉制造工程，了解工业经济，树立终生学习的信念。
　　第二点，一直困扰我们的是，如何让非工科学生在没有工程背景的前提下，接触和了解机械制造工程，轻松地认识制造？
　　约翰·范恩说： “我们一直在分享的观点是： 个人的学习过程，与整个人类的学习过程极为相似。所以，有相当的历史渗入到这本书的字里行间，大部分学生会欣赏这样的历史观点。”本书根据这个理念，希望引导读者，以制造的发展过程和简单的产品设计制造为线索，轻松地了解机械制造过程。
　　本书根据制造的一般过程，阐述机械工程材料的发展、热加工技术和热处理、切削加工的基本原理与发展、特种加工技术与数控技术的发展，在简单产品的设计、制造中引入精度、配合、生产纲领、工艺等基本概念，力求引导读者了解制造过程，了解工程技术人员处理问题、解决问题的思维方式。
　　2. 本书的使用
　　本书可以作为非机械类专业学生的机械工程教材，也可作为认识制造的科普读物，也作为非工科学生在工作中可以翻阅的工具书。在教学中，可以根据产品的设计制造过程来组织实践环节，整个课程强调过程体验，以大工程的理念引导学生在实践中思考。课程的目的在于以工艺知识为线索，普及机械工程知识、提升工程素质、培养工程思维能力和再学习能力。
　　本书的课程组织上主要以摆在桌面上的台饰为例，认识零件的加工工艺路线，完成产品从毛坯到成品的整个过程。可根据各校的实际情况设计简单产品，尽可能选择涵盖制造全过程，且加工难度小、日常生活可用的小产品。
　　《礼记·学记》有云： “虽有佳肴，弗食，不知其旨也； 虽有至道，弗学，不知其善也。是故学然后知不足，教然后知困。知不足，然后能自反也； 知困，然后自强也。故曰： 教学相长也。”希望读者能够借助于本书而更好地走入制造世界，学习解决工程问题的思维方法。
　　本书由林有希、黄捷、郑爱珠主编，林兴、刘景峰、林皓、黄忠等人参与了编写。在本书编写过程中，得到福州大学机电工程实践中心同仁的大力支持，以及清华大学傅水根教授等专家的指教与帮助，也吸取和参考了许多专家和学者的研究成果，在此表示衷心感谢！
　　由于编者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，深望广大读者批评指正。

　　编者　　2012.10

第1章 概述
1.1 制造发展的历程
1.2 机械制造的一般过程
1.2.1 机器
1.2.2 机械制造的一般过程
1.2.3 机械制造工艺基本知识

第2章 材料与材料成形技术
2.1 常用金属材料概述
2.1.1 黑色金属及其合金
2.1.2 有色金属及其合金
2.2 铸造
2.2.1 铸造工艺方案的确定
2.2.2 砂型铸造工艺图
2.2.3 制作模样、芯盒
2.2.4 造型与造芯
2.2.5 合型
2.2.6 浇注
2.2.7 铸件的落砂和清理
2.3 锻压
.2.3.1 锻造
2.3.2 冲压
2.4 焊接
2.4.1 焊接分类
2.4.2 焊条电弧焊
2.4.3 气焊和气割
2.4.4 其他焊接方法
2.4.5 焊接新技术、新工艺
2.5 热处理
2.5.1 热处理原理基础
2.5.2 钢的热处理及其作用
2.5.3 退火与正火
2.5.4 淬火与回火
2.5.5 表面热处理
2.5.6 热处理常用加热设备

第3章 金属切削加工
3.1 切削加工的基本概念
3.1.1 切削运动
3.1.2 切削用量
3.1.3 切削刀具
3.1.4 金属材料的切削加工性
3.1.5 常见的切削方法
3.2 常用量具
3.2.1 游标卡尺
3.2.2 千分尺
3.2.3 百分表
3.2.4 塞尺
3.2.5 直角尺
3.3 钳工
3.3.1 钳工的基本操作
3.3.2 案例分析
3.4 车削加工
3.4.1 车床
3.4.2 车削用刀具
3.4.3 工件的装夹与常用附件
3.4.4 车削的基本加工方法
3.4.5 车削加工一般过程
3.4.6 案例分析
3.5 铣削与刨削加工
3.5.1 铣削加工
3.5.2 刨削加工
3.5.3 案例分析
3.6 镗削加工
3.6.1 镗削的工艺特点
3.6.2 镗床
3.7 磨削加工
3.7.1 磨削用切削刀具--砂轮
3.7.2 磨削的基本加工方法

第4章 数控技术
4.1 数控加工的基本原理
4.1.1 数控加工过程与数控机床组成
4.1.2 加工运动方式
4.1.3 伺服控制
4.2 数控编程
4.2.1 数控机床坐标系
4.2.2 数控编程的一般步骤
4.2.3 数控机床编程实例

第5章 特种加工技术
5.1 电火花加工
5.1.1 电火花成形加工
5.1.2 电火花线切割加工
5.2 激光加工技术
5.2.1 激光
5.2.2 激光加工的原理与设备
5.3 超声加工
5.3.1 超声波
5.3.2 超声加工的基本原理和应用
5.4 其他特种加工
5.4.1 电子束加工
5.4.2 离子束加工

第6章 装配
6.1 机器零、部件的装配
6.1.1 装配的技术准备工作
6.1.2 装配
6.1.3 装配示例
6.2 机器零、部件装配后的调试
6.2.1 滚动轴承装配后的调整
6.2.2 齿轮装配后的调整
6.2.3 装配调整示例
6.3 装配过程自动化

第7章 新技术与创新
7.1 三坐标测量与逆向工程
7.1.1 顺向工程与逆向工程
7.1.2 逆向工程的基本方法
7.1.3 三坐标测量技术
7.2 快速成形
7.2.1 快速成形的机理和发展
7.2.2 快速成形技术的优越性
7.2.3 常用的快速成形技术
7.2.4 快速成形制造工艺的选择
7.3 创新、创造与发明
参考文献