机械制造装备设计.doc

机械制造装备设计是机械设计制造及其自动化专业的主要专业课程。通过学习，获得装备设计的基本理论、基本知识和方法；通过学习和课程设计，初步具备设计一般机械制造装备总体设计和部件设计的能力，具体要求是：1.获得机械制造装备设计的基本知识和理论，包括机械制造装备的构成、基本要求，传统设计的基础理论、设计方法，先进的设计原理和现代设计法的理论和方法。2.初步具备机械装备设计（总体设计和部件设计）的能力。3.了解机械制造装备的技术现状和发展趋势。考核目标（考核知识点、考核要点）第一章绪论（2学时）一、考核知识点（一）机械制造装备的作用。（二）机械制造装备应具备的主要功能和分类。二、考核要求1.识记：全新的生产制造模式的主要特征；制造装备的功能和分类。2.领会：理解1的要求，如功能，对一般功能与柔性化、精密化、自动化、机电一体化、节材、绿色工程等以及现代制造业对绿色工程的要求。第二章机械制造装备设计方法 （2学时）一、考核知识点（一）机械制造装备设计的类型创新设计、变形设计和组合设计及应用场合。（二）机械制造装备设计的方法系列化设计、模块化设计的概念及其作用；技术经济评价和可靠性评价的实质及其特点；产品造型、结构工艺性、标准化等评价的概念、内容及其作用。二、考核要求1.识记装备设计的类型、实质及其区别；设计的各种方法及特点；设计评价的项目、实质及适用场合。2.领会装备设计方法评价的实质及特点和设计方法的基本知识。第三章机床设计（18学时）一、考核知识点（一）机床设计应满足的基本要求和设计方法（二）机床设计的基本理论精度、刚度、抗振性、热变形、噪声、低速运动平稳性。（三）机床总体设计机床系列型谱概念，机床运动功能设计和总体结构方案设计的联系，机床主要技术参数设计与传动设计、部件设计的联系。（四）传动设计1.主传动设计分级变速时转速图（常规和特殊）的变速规律及应用；计算转速概念和确定方法；数控机床主传动设计特点。2.进给传动设计机床进给传动的特点，数控机床进给传动系统设计特点。（五）部（组）件设计1.主轴组件设计主轴组件应满足的基本要求（工作性能方面）；结构设计；滚动轴承的配置、预紧方法及防松措施；主轴的参数、构造和材料及热处理、技术要求；组件的布局、典型结构；提高主轴组件工作性能的措施。数控机床主轴组件的设计特点。2.支承件设计支承件设计的基本要求，提高刚度等性能的措施。3.导轨设计导轨的功用、基本要求、导轨的截形、组合及其应用，导轨间隙的调整方法及特点，宽窄导轨概念及应用，滚动导轨的特点、预紧方法及其应用，卸荷导轨的概念和应用。4.数控机床（加工中心机床）刀架和自动换刀装置刀架和自动换刀装置的功能、组成、要求和工作原理及其应用。二、考核要点1.识记机床设计应满足的基本要求，如对工艺范围、柔性、刚度、精度、噪声、生产率和自动化、成本、可靠性等要求的理解；机床设计的基本理论及其在设计中的应用；总体设计与传动设计、部（组）件设计的主要内容、原理和方法。2.领会理解机床设计应满足的基本要求和基本理论及其在总体设计、传动设计、部件设计中的指导意义；机床总体设计与传动设计、部件设计的关系；提高机床部件工作性能（如主轴组件的旋转精度、刚度，支承件的刚度，导轨的导向精度及精度保持性、低速运动平稳性等）的措施；部件结构实例的剖析；数控机床、加工中心机床部件设计要求、特点及应用。第四章工业机器人设计（10学时）一、考核知识点（一）机器人的基本概念机器的人定义及工作原理，坐标系的确定，工作空间概念。（二）机器人运动功能设计空间坐标变换的基本原理及其应用，运动功能设计特点。（三）机器人传动系统设计机器人的运动及动力分析方法；谐波减速装置的原理、传动比计算及常用结构、驱动方法特点及应用。（四）机器人的机械结构系统设计手臂和机床、手腕、末端执行器的功能、基本要求和典型结构。（五）机器人的控制控制系统的构成、位置控制方式（如伺服系统）的特点。（六）机器人的应用原则和典型实例二、考核要点1.识记机器人的基本知识，运动、传动、结构设计的基本原理、方法。2.领会机器人与数控机床的异同，设计特点、典型结构及应用。第五章机床夹具设计 （10学时）一、考核知识点（一）机床夹具功用、组成、类型和基本要求（二）机床夹具定位机构的设计六点定位原理，定位方式及定位元件，定位误差。（三）机床夹紧机构的设计夹紧机构设计应满足的要求，夹紧力的三要素及确定，常用夹紧机构的特点。（四）机床夹具的其它装置导向装置、对刀具装置、分度装置、对定装置的特点及应用。（五）可调整夹具的设计原理（六）典型机床夹具结构分析二、考核要求1.识记夹具设计应满足的基本要求；定位原理，定位方式、定位元件及装置；夹紧机构的要求、夹紧力三要素的选择，掌握常用夹紧机构的结构特点、夹紧力、自锁条件等的设计计算方法；工件在夹具中的安装误差（定位误差和夹紧误差）、夹具在机床上的对定误差及其它误差；导向装置、对刀装置、对定、分度装置及其作用；可调整夹具的设计特点；典型夹具的设计特点和结构分析。2.领会六点定位原理，正确区分不完全定位与欠定位，正确处理过定位问题，各种定位元件的特点、应用及能限制的自由度，限制工件自由度与加工要求的关系，理解定位与夹紧的区别；夹具的误差产生的原因，定位误差的分析与计算方法；可调支承与辅助支承的区别；夹具装配图尺寸标注及其作用。3.应用根据工件加工工序（在制定工艺方案的基础上）的特点和要求，综合考虑定位（限制自由度的方案、定位元件的选择）、夹紧（力的方向、大小和作用点等因素）要求，设计合理的定位、夹紧方案。第六章机械加工生产线总体设计（10学时）一、考核知识点（一）机械加工生产线及其组成、类型和设计应遵循的原则（二）生产线工艺方案设计（三）生产线专用机床的总体设计（四）生产线的总体布局设计（五）柔性制造系统的设计特点二、考核要求1.识记机械加工生产线和柔性制造生产线的基本知识，生产线工艺方案的内容和评价方法，生产线专用机床“三图一卡”的内容及作用。2.领会柔性制造生产线与机械加工生产线的异同及特点，“三图一卡”在专用机床设计中的作用和特点，工艺方案与“三图一卡”的关系。有关说明与实施要求为使本大纲的规定在个人自学、社会助学和考试试题中得到贯彻和落实，兹对有关问题说明如下，并进而提出实施要求。一、关于考核目的的说明为使自学考试要求标准化和考试内容具体化，在本大纲中列出考试内容的基础上，对各章规定了考核目标，使自学者进一步明确考试内容和要求，更有目的地系统、全面地自学并逐步理解教材；使社会助学者容易把握考试内容和要求及尺度，更有针对性地分层次进行辅导；使考试命题更加明确试题范围，准确、合理安排试题的知识能力层次和难易程度。本大纲在考试目标中，按照识记、领会及应用三个层次来规定其应该达到的能力层次要求。各能力层次的含义是：1.识记理解本课程中的工程术语、基本知识、概念的意义，并能准确表达。2.领会在识记的基础上，能全面把握基本内容、基本理论和概念、基本方法，并注意各种概念、方法的特点与联系。3.应用在识记和领会的基础上，能对工程设计中问题进行正确的阐述、计算和分析，能运用所学的基本知识和理论、方法，解决机械工程设计中的实际问题。大纲中的目的要求2应结合课程设计，才能达到基本要求。二、关于自学教材机械制造装备课程自学考试全省统一命题暂定的使用教材：机械制造装备设计（冯辛安主编，机械工业出版社99年10月），该教材所涵盖的内容量大、面宽，而且偏深，全书由机床设计、夹具设计、工业自动化、工业机器人等合为的一门新专业类设计课程体系，自学时有一定难度。根据自学考试的特点，考核的重点为第三章、第五章，第六章不作考核范围，其余各章考核的要点为基本知识和基本概念。本大纲中每章的学时为讲授时数供自学时参考，自考学生阅读理解所需的时间大约为该学时数的3-5倍。三、自学方法的指导1.在全面系统学习的基础上，注重基本知识、基本概念、基本方法的掌握和运用。由于本课程及教材的内容多、知识范围广，全书作为一个整体，各章既有相对的独立性，又相互联系。应考者首先要系统地学习各章的基本内容，并注意各章节之间的有机联系；在这个基础上，有目的地研究并掌握重点章节的内容，切忌在没有了解全貌的情况下孤立地只抓重点，或猜题押题，注意正确处理好重点和一般内容的关系，既保证重点内容，又兼顾一般内容。然后，结合每章末的习题和思考题，作一定的练习，以求得到进一步的理解、巩固和深化，从而提高应试能力和应试效果。2.装备设计是机械工程类的一门应用型学科，应考者在学习中切忌死记硬背，应把书本上的知识与生产实践联系起来，并深入生产现场观察和分析，以增强感性认识，更能深刻理解教材的内容。在自学中注重业务水平、综合素质和能力的提高。3.在学习本教材的基础上，应尽可能阅读一些参考书，有目的、有选择性地针对自学考试的基本要求，进行对照比较，可以获得良好的效果。建议参考黄鹤汀主编的机械制造装备（机械工业出版社01年版）。四、关于命题考试要求的说明1.本课程的命题是根据本大纲所规定的考试内容和考试目标来确定考试要求，以课程的基本要求进行实施，不任意扩大或缩小考试范围，提高或降低考核要求。考试命题覆盖到规定的各章，并能体现出重点内容的一般内容。2.试题结构难度安排合理适当，有判断题、选择题（单项或多项）、填空题、文字题（如名词解释、简答题）、综合题（如传动设计计算、夹具定位和夹紧方案设计、定位误差分析计算等）、分析题（如主轴组件结构和夹具结构的分析或改错等）等类型试题。试题结构（难易程序）及比例可分为容易（20%）、中等（45%）、较难（25%）、难（占10%）。必须注意：试题的难易程度与能力层次不是一个概念，在各个能力层次中都会存在不同难度的问题。附录题型举例一、名词解释1.定位误差2.系列化设计二、判断题（下列命题认为正确的打，错误的打×）1.工件的六点定位原理既约束了工件的自由度，也保证了工件的定位精度。（）2.传动精度对内、外传动链都具有重要意义。（）三、填空题（将正确答案填入空内）1.柔性化的两重含义，即产品结构柔性化和_柔性化。2.工业机器人是用于_的机器人。四、选择题1.采用筋条（加强筋）可以提高支承件的_刚度。A.弯曲B.扭转C.局部D.自身E.动态2.用一面两孔定位时，削边销消除_自由度。A.一个转动B.一个移动和一个转动C.两个转动D.两个移动五、分析题1.指出图1主轴组件中的错误。画出正确的结构简图，并分析：（1）主轴前端部的特点。（2）指出哪些轴承需要预紧，简述预紧的原理方法及防松措施。（3）主轴轴向定位的方法及特点，并画简图表示。（4）选定各轴承的精度等级，并简述理由。六、综合题1.图2所示为多刀半自动车床主变速传动系图，试计算主轴各级转速，求公比和变速范围，写结构式，求出每个变速组的变速范围，计算主轴和齿轮Z的计算转速并分析其变速特点。江苏省教育考试院第1章 习题与思考题1机械制造装备设计有哪些类型?各有什么特点?2加工装备根据其加工特点可分几种类型?其应用范围和特点如何?3机械制装备设计应满足哪些要求，为什么?4创新设计的工作程序有哪几个阶段?为什么要重视需求分析和可行性论证?5工业工程指的是什么?包括哪些内容?6机械制造装备设计有哪些评价方法?内容是什么?7在设计过程中为什么要遵守标准原则?如何贯彻设计的标准化?8什么是可靠性?可靠性衡量指标有哪些?如何进行可靠性设计?9什么是机床的品种系列化、零部件通用化、零部件标准化和模块化?10机床色彩设计要点有哪些?第2章 习题与思考题1机床设计应满足的基本要求是什么?2机床设计的主要步骤是什么?3机床的主要技术参数有哪些?如何确定?4主传动系统的分类及传动方式是什么?5传动组的级比和级比指数是什么?常规转速传动系的各传动组的级比指数有什么规律?6传动组的变速范围是什么?各传动组的变速范围之间有什么关系?7某车床的主轴转速为n=401800 r/min,公比=1.41，电动机的转速n电=1440 r/min，试拟定结构式、转速图；确定齿轮齿数、带轮直径，验算转速误差；画出主传动系图。8设公比=1.26，级数z=18，试从各种传动方案中选出最佳方案，并写出结构式，画出转速图和传动系图。9试求题图2-1所示的车床各轴、各齿轮的计算转速。10试求题图2-2所示机床的各齿轮、各轴的计算转速。11数控机床主传动系设计有哪些特点?12进给传动系设计需满足的基本要求是什么?13试述滚珠丝杠螺母机构的工作原理及特点?14什么是主轴部件的旋转精度?对于两支承主轴部件，前、后支承中的滚动轴承的制造误差对主轴部件的旋转精度有何影响?为什么主轴前轴承的精度等级应高于后支承?15影响主轴部件的静刚度有哪些因素?提高主轴部件静刚度有哪些途径?16数控机床主传动系统设计有哪些特点?17对题图2-3所示3种主轴轴承的配置型式进行分析，指出每一种型式的特点和适用场合。18分析摇臂钻床的摇臂和立柱的受力情况，指出摇臂和立柱宜采用什么样的截面形状，并说明理由。19动压导轨、静压导轨及滚动导轨各适用什么样的场合?为什么?20导轨设计中应满足哪些要求?21机床刀架自动换刀装置应满足什么条件?22摆杆轴非对称安置时，其正常工作条件是什么?与对称安置时的正常工作条件有何不同?23单边拨动滑移齿轮自锁时，如何改进?24设计机床支承时，必须满足哪些基本要求?25肋板和肋条的作用是什么?应怎样布置?26滚动导轨的特点是什么?第3章 习题与思考题1何谓机床夹具?按适用范围和夹具特点机床夹具分为哪几类?2夹具装夹保证工件规定加工精度的条件是什么?3何谓装夹?工件装夹方法有哪些?4举例说明设计基准、工序基准、定位基准的概念。5何谓六点定则?何谓完全定位、部分定位、重复定位、欠定位?它们是否符合工件定位原理?6根据工件定位原理分析题图3-1所示各定位方案中，各个定位元分别限制了哪些自由度?7何谓可调支承、自位支承、辅助支承?8何谓定位误差?产生工件定位误差的原因是什么?9题图3-2为工件加工平面BD的3种定位方案，孔01已加工，1、2、3为三个支承钉，分析计算工序尺寸A的定位误差。10题图3-3阶梯轴工件以D TD圆柱面在V形块上定位，加工小端上孔，试计算工序尺寸A的定位误差。11工件定位如题图3-4所示，现加工工件上01孔、02孔，试分析计算图示定位方案能否满足两孔01、02的位置尺寸精度要求?若不能可采取哪些措施?12夹具设计对夹紧装置有哪些基本要求?13夹具设计应如何确定夹紧力的作用点及作用方向?14试分析比较2种自锁夹紧机构(螺旋、斜楔)的优缺点。15试分析习图3-5中所示各夹紧机构中有哪些错误或不合理之处?应如何改进?16定心夹紧机构有什么特点?17何谓联动夹紧机构?设计联动夹紧机构应注意哪些问题?18何谓分度?通常分度装置由哪几部分组成?19试举例分析车、铣、钻、镗类机床夹具的结构特点及设计要点。20机床夹具设计步骤怎样?在夹具总装图中应标注哪些尺寸公差及技术要求?21何谓可调夹具、成组夹具?它们在结构上有何特点?22何谓组合夹具?第4章 习题与思考题1工业机器人的定义是什么?2工业机器人有哪几部分组成?3工业机器人的基本功能和基本工作原理是什么?它与机床主要有何相同和不同之处?4如何选择和确定机器人的坐标系?5工业机器人的设计内容与步骤大致如何?6机器人的运动如何用齐次变换来表示?7工业机器人的位姿的含义是什么?8如何用关节运动来描述机器人的位姿?9机器人构件的运动速度、角速度、加速度、角加速度分析方法的基本思路是什么?10进行机器人静力分析的目的是什么?分析方法的基本思路是什么?11进行机器人动力分析的目的是什么?分析方法的基本思路是什么?12RV减速器的工作原理是什么?13机器人手腕的设计要求是什么?了解一些典型的机器人手腕工作原理、结构及特点。14机器人手腕的诱导运动的含义是什么?诱导运动的存在对什么有影响?15机器人末端执行器应满足的要求是什么?了解一些典型的机器人末端执行器的工作原理、结构及特点。16机器人手臂的设计要求是什么?了解一些典型的机器人手臂工作原理、结构及特点。17机器人机座设计要求是什么?18了解机器人控制系统的基本组成。19什么是关节伺服控制?特点是什么?20什么是坐标伺服控制?特点是什么?21智能控制的定义是什么?对其结构的认识怎样?第5章 习题与思考题1设计物料输送系统及仓储装置的意义什么?2物料输送系统有哪几种基本类型?其特点和应用场合如何?3仓储装置可分几种类型?各有什么特点?4机床自动上料装置的作用是什么?其基本组成结构和作用是什么?5上料装置有哪些类型?各应用哪些场合?6常见定向机构有哪些结构型式?其基本特点和适用场合?7托盘式输送装置有哪些特点?适用什么场合?8为什么要用随行夹具?随行夹具返回方式各有什么特点?9简述自动化立体仓库的构成和作用是什么?10立体仓库系统设计的主要步骤是什么?第6章 习题与思考题1什么叫机械加工生产线?它由哪几部分组成?区别各种类型机械加工生产线的主要依据是什么?2拟定机械加工生产线工艺方案时应考虑哪些方面问题?如何解决这些问题?3如何正确、合理地选择生产线上的设备子生产线上的设备对哪些方面产生影响?4在专用机床设计中的“三图一卡”各起什么作用?5加工示意图应包括哪些内容?如何绘制加工示意图?6机床总联系尺寸图中应标注哪些内容，如何绘制机床总联系尺寸图?7机械加工生产线的布局型式有哪些?设计生产线的布局型式主要考虑哪些因素?8什么叫机床负荷率?专用机床的负荷率应为多少?生产线的机床平均负荷率应为多少?生产线的机床负荷率与生产线的生产率有何关系?9什么叫柔性制造系统?它由哪几部分组成?主要应用场合?10柔性制造系统的主要评价指标有哪些?11柔性制造系统设计的步骤和内容有哪些?参 考 文 献1 徐灏等编机械设计手册北京：机械工业出版社，20012 王隆太主编现代制造技术北京：机械工业出版社，19973 李洪主编实用机床设计手册沈阳：辽宁省科学技术出版社，19994 卓迪化主编数控技术及应用北京：国防工业出版社，19975 彭建声等编模具技术问答北京：机械工业出版社，19966 李福生实用数控技术手册北京：北京出版社，19937 王启义主编金属切削机床北京：冶金工业出版社，19948 沈阳工业大学等编组合机床设计上海：上海科学技术出版社，19929 宋文骐等编机械制造工艺过程自动化云南：云南人民出版社，198510 吴祖育等编数控机床上海：上海科学技术出版社，200011 王秀伦等编机床夹具设计北京：中国铁道出版社，198412 哈尔滨工业大学等编机床夹具设计上海：上海科学技术出版社，198013 王启平主编机械制造工艺学哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，199914 周伯英编著工业机器人设计北京：机械工业出版社，199515 冯辛安等编机械制造装备设计北京：机械工业出版社，199916 蔡自兴主编机器人学北京：清华大学出版社，200017 朱世强等编著机器人技术及其应用杭州：浙江大学出版社，200118 吴广玉等编机器人工程导论哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，198819 徐元昌等编工业机器人北京：中国轻工业出版社，199920 金广业等编工业机器人与控制沈阳：东北工学院出版社，199121 诸静编著机器人与控制技术杭州：浙江大学出版社，199122 李力行，何卫东，王秀伦等编机器人用高精度RV传动的研究大连铁道学院学报，1999，20(2)：11123 哈尔滨工业大学等编机床夹具设计上海：上海科学技术出版社，198924 龚定安等编机床夹具设计原理西安：陕西科学技术出版社，198725 戴陆武主编机床夹具设计西安：西北工业大学出版社，199026 余光国等编机床夹具设计重庆：重庆大学出版社，199527 李庆寿编机床夹具设计北京：机械工业出版社，198428 王启平主编机床夹具设计哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，198829 汤湘中编机床夹具设计北京：国防工业出版社，198730 东北重型机械学院等编机床夹具设计手册上海：上海科学技术出版社，199031 卢秉恒主编机械制造技术基础北京：机械工业出版社，199932 戴曙主编金属切削机床设计北京：机械工业出版社，199533 吉林工业大学等编金属切削机床设计上海：上海科学出版社，197934 机床设计手册编写组主编机床设计手册北京：机械工业出版社，199535 焦振学主编先进制造技术北京：北京理工大学出版社，199736 赵汝嘉主编CADCAM在机械工业中的应用西安：西安交通大学出版社，199337 杨乐等编著CAM技术与应用北京：机械工业出版社，1996