02209 机械制造装备设计

　　扬州大学编 （高纲号 0399）

　　适用专业：机械设计制造及其自动化专业（本科一自学考试）

　　先修课程：工程力学、机械设计、机械工程材料、机械制造技术

　　后续课程：其它专业课程、课程设计、毕业设计

　　总学时：54学时（不含课程设计）

　　总学分：3学分

　　课程的性质和目的要求

　　《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，或猜题模拟题，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试题，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