金属机床设计教学大纲

1、金属切削机床设计 课程教学大纲课程名称： Machine Tools Design课程编号： 010117总学时数： 40 学时（其中含实验教学 4 学时）学分： 2.5 学分 课程类别：专业方向限选 先修课程：机械制造基础 、机械原理 、机械设计 、金属切削机床概论 教 材：机械制造装备设计 （机械工业出版社、李庆余、张佳主编）参考书目： 金属切削机床戴 曙 主编 机械工业出版社机械制造装备黄鹤汀主编机械工业出版社金属切削机床顾熙棠等编机械工业出版社机械制造装备设计冯辛安主编机械工业出版社课程内容简介 ： 绪论：机械制造业在国民经济中的地位；机械制造工艺装备的现状及发展前景； 机械制造工艺装

2、备的组成。金属切削机床的总体设计：机床的基本要求，金属切削机床的设计步骤，机床的总体布局，分配机床 的运动，选择支承型式和传动形式，安排操纵部位，拟定提高动刚度的措施，造型设计。主要技术参数的 确定。机床的传动设计：分级变速主传动系统设计：转速图原理、结构式、结构网，主传动链转速图的 拟定原则，转速图绘制，齿轮齿数的确定；扩大变速范围的传动系统设计；计算转速；无级变速系统的 设计；进给传动系统的设计：分级进给传动的设计原则，计算转速，无级进给传动系统设计，直线电动 机进给系统； 结构设计： 变速箱结构及传动件的布置， 齿轮的轴向布置， 三联滑移齿轮顺利啮合的条件， 窄式排列、宽式排列、亚宽式排

3、列，分组排列，并行排列，交错排列，公用齿轮传动结构，误差传递规律， 提高传动精度的措施。机床主要部件设计：主轴组件设计：主轴滚动轴承及精度选择，主轴结构及精度，主轴组件的结 构，主轴主要尺寸参数的确定，前支承轴颈的确定，主轴内孔直径的确定，主轴前端部悬伸量的确定，主 轴支承跨度的确定；主轴组件的静刚度校核，动刚度校核，切削稳定性计算。提高主轴部件性能的措施， 分组装配，矢量误差定向装配，提高主轴组件刚度的措施。支承件的设计：支承件的受力分析，支承件 的结构设计，提高支承件静刚度的措施，截面形状的选择，隔板和加强筋的使用原则，壁厚的确定，提高 接触刚度，支承件的材料特性，铸铁、钢材、预应力钢筋混

4、凝土、树脂混凝土；提高支承件动刚度的措施， 增加支承件阻尼的方法。导轨设计：滑动导轨结构设计，导轨的截面形状，导轨间隙调整，提高滑动导 轨耐磨性的措施，镶钢导轨、聚四氟乙烯软带、环氧形耐磨涂层导轨，静压导轨，直线滚动导轨，低速运 动平稳性，消除爬行的措施。滚珠丝杠螺母副机构：滚珠丝杠副的工作原理及特点，滚珠丝杠副的结构 和轴向间隙的调整方法，滚珠丝杠副的精度，滚珠丝杠的设计计算，稳定性及支承。一、课程性质、目的和要求 机床在很大程度上体现了一个国家的工业生产能力和科学技术水平，是典型的机械设备（变速系统复 杂、输出动力轴多、输出轴及轴承组件等的制造精度高） ，数控机床是机电一体化产品的典型代表

5、。机床 是工艺系统的重要组成部分，是工艺方案的重要保证。因而，本课程是机械设计、制造及自动化专业机械 制造方向的必修课。通过讲课、实验、习题、生产实习和课程设计等教学环节，使学生掌握变速传动的机 理和金属切削机床的运动规律及主要结构的特点，能设计符合工艺要求的一般机床和制造装备。使学生具 有正确使用和设计机械设备的能力。通过本课程的学习，应达到一下目的：1.掌握正确设计机床及其他机械传动的方法，培养正确设计机电产品的能力。2了解机床的典型数控技术，如：电动机、伺服电动机、直线电动机的控制原理。了解先进的传动装置，如滚珠丝杠螺母副、滚动导轨等。3为掌握机械设计、制造技术奠定基础。二、教学内容、要

6、点和课时安排金属切削机床设计授课课时分配表课程内容（按章节）课内学时课程内容（按章节）课内学时绪论1第三章支承件设计3第一章 机床的总体设计7第三章导轨设计6第二章机床的传动设计14第三章滚珠丝杠2第三章主轴组件设计5第四章组合机床2合计40注：总体设计授课学时包括车床温度变形及精度测量试验2学时；导轨设计授课学时中包括机床低速爬行试验2学时。本课程的教学内容共分四章。绪论：机械制造业在国民经济中的地位；机械制造工艺装备的现状及发展前景；机械制造工艺装备 的组成。第一章金属切削机床的总体设计1.1机床的基本要求金属切削机床的性能指标，工艺范围，加工精度，抗振性能，切削稳定性；人机关系，造型与色

7、彩1.2金属切削机床的设计步骤1.3机床的总体布局分配机床的运动，选择支承型式和传动形式，安排操纵部位，拟定提高动刚度的措施，造型设计。1.4主要技术参数的确定尺寸参数的确定；运动参数的确定，等比数列转速，标准公比及选用原则；动力参数的确定。重点、难点：机床的总体布局；分配机床的运动；运动参数的确定；标准公比及选用原则；拟定提高 动刚度的措施。第二章机床的传动设计2.1分级变速主传动系统设计转速图原理、结构式、结构网，主传动链转速图的拟定原则，转速图绘制，齿轮齿数的确定。2.2扩大变速范围的传动系统设计增加变速组的传动系统，对称混合公比传动系统，双速电动机传动系统，单回曲机构、分支传动。2.3

8、计算转速机床的功率转矩特性，机床主传动链轴及传动件的计算转速。2.4无级变速系统的设计2.5进给传动系统的设计进给传动的载荷特点、分类及组成，分级进给传动的设计原则，计算转速，无级进给传动系统设计, 直线电动机进给系统；2.6结构设计变速箱结构及传动件的布置，齿轮的轴向布置，三联滑移齿轮顺利啮合的条件，窄式排列、宽式排 列、亚宽式排列，分组排列，并行排列，交错排列，公用齿轮传动结构，误差传递规律，提高传动精度的 措施。重点、难点：转速图原理、结构式、结构网，主传动链转速图的拟定原则，转速图绘制，齿轮齿数 的确定；扩大变速范围的传动系统设计；机床主轴及传动件的计算转速；无级变速系统的设计；误差传

9、递 规律，提高传动精度的措施。第三章 机床主要部件设计3.1 主轴组件设计 主轴组件的基本要求，主轴滚动轴承及精度选择，主轴结构及精度，主轴组件的结构，主轴主要尺寸 参数的确定， 前支承轴颈的确定， 主轴内孔直径的确定， 主轴前端部悬伸量的确定， 主轴支承跨度的确定； 主轴组件的静刚度校核，动刚度校核，切削稳定性计算。提高主轴部件性能的措施，分组装配，矢量误差 定向装配，提高主轴组件刚度的措施。3.2 支承件的设计 支承件应满足的基本要求，支承件的受力分析，支承件的结构设计，提高支承件静刚度的措施，截面 形状的选择，隔板和加强筋的使用原则，壁厚的确定，提高接触刚度，支承件的材料特性，铸铁、钢材

10、、 预应力钢筋混凝土、树脂混凝土；提高支承件动刚度的措施，增加支承件阻尼的方法。3.3 导轨设计 导轨的功用和基本要求，滑动导轨结构设计，导轨的截面形状，导轨间隙调整，提高滑动导轨耐磨性 的措施，镶钢导轨、聚四氟乙烯软带、环氧形耐磨涂层导轨，静压导轨，直线滚动导轨，低速运动平稳性， 消除爬行的措施。3.4 滚珠丝杠螺母副机构 滚珠丝杠副的工作原理及特点，滚珠丝杠副的结构和轴向间隙的调整方法，滚珠丝杠副的精度，滚珠 丝杠的设计计算，稳定性及支承。重点、难点：主轴滚动轴承及精度选择，主轴结构及精度，主轴组件的结构，主轴主要尺寸参数的确 定，提高主轴部件性能的措施；支承件的受力分析，支承件的结构设计

11、；提高支承件动刚度的措施，增加 支承件阻尼的方法；滑动导轨结构设计；提高滑动导轨耐磨性的措施，消除爬行的措施。滚珠丝杠副的精 度，滚珠丝杠的设计计算，稳定性及支承。第四章： 组合机床设计 组合机床的总体设计：被加工工件零件图、加工示意图、机床联系尺寸图的绘制，生产效率卡；通 用主轴箱的设计，多轴箱传动设计，传动树形图；通用攻螺纹主轴箱的设计，攻螺纹靠模，攻螺纹行程控 制机构。重点、难点：组合机床的总体设计：被加工工件零件图、加工示意图、机床联系尺寸图的绘制，生 产效率卡；通用主轴箱的设计；通用攻螺纹主轴箱的设计，攻螺纹靠模，攻螺纹行程控制机构。三、教学方法 以教师讲授为主，并结合实验和工艺实习

12、实践教学。(1) 习题：在课程讲授过程中，结合各阶段课程的中心内容布置适当的习题作业供学生分析、计算、 思考和讨论。(2) 现场教学：在讲完本课程后，尽量按照课本中涉及的机床分组现场教学。使学生将有限的理论和 实际结合起来。 现场教学地点：机制实验室。 目的：使学生进一步掌握机床的定比传动形式、变速传动系统，及各种控制机构。实际中学习各种 典型机床的机构和特点，增加学生结构方案的积蓄。为“金属切削机床设计” 、“数控机床” 、“机床电气控 制技术”课程的学习奠定基础。 现场教学条件：CA6140卧式车床、CK3263B数控车床、XK5040-1数控铳床、JCS- 018立式镗铳加 工中心、YC3180滚齿机、Z3040摇臂钻床各两台，每种机床解剖一台。 时间：每种机床一天。(3) 实验 为加深对基本理论的理解，培养学生实验研究技能和实际动手能力，开设以下实验： CA6140主传动解剖。 Y3180 滚齿机调整。 数控机床结构布局。(4) 课程设计在课程讲授完成之后，安排两周金属切削机