现代数控机床结构与设计 四川大学制造科学与工程学院本科课程 《现代数控机床结构与设计》教学大纲 课程编号： B02149020 课程类型： 选修课 Course Code: B02149020 Course Tyepe: Elective 课程名称： 现代数控机床结构与设计 授课对象： 本科三年级学生 Course Name: Modern Number Control Machine Audience: he juniors Structure and Design 学时/学分： 322 授课语言： 中文 Credit 32/2 Language o Chinese Hours/Credits 先修课程： 机械设计、数控技术 开课院系： 机械工程系 Prerequisite: Mechanical Design,Numerical ControlCourse offered by Department of echnology Mechanical Eng 适用专业： 机械设计制造及其自动化专亚 授课数师： 田大庆、罗红波 Intended for: Mechanical Design.Manufacturing and Instructor: Tian Daging. utomation uo Hongbo 大纲执笔人： 罗红波 大纲审核人： 专业负责人 Edited by: Luo Hongbo Inspected by: Course Leader 一、课程简介 本课程学习数控机床的总体布局、典型结构、主要部件装置的基础知识和设计方法。 学习数学、力学、己修专业课程等知识数控机床设计中的应用：学习数控机床总体、主轴 床身等主要零部件的结构特点，掌握设计方法。提高自学能力、沟通交流能力、闭队合作意 识。介绍数控机床发展现状和前沿趋势、完成实验方案设计及实验实施。 通过学习本课程，能够应用数学、自然科学和机械工程科学的基本原理，识别机械工 程领域设计、制造、运行中的关键问题与参数：针对机械工程领域设计、制造、运行中的复 杂工程问趣，能够设计满足特定需求的系统、单元（部件）或机械制造工艺流程，并能够在 设计环节中体现创新意识：能够了解当前机械设计制造及其自动化领域的发展状态与发展趋 势。 二、学习目标
1 现代数控机床结构与设计 四川大学制造科学与工程学院本科课程 《现代数控机床结构与设计》教学大纲 课程编号： Course Code: 302149020 302149020 课程类型： Course Tyepe: 选修课 Elective 课程名称： Course Name: 现代数控机床结构与设计 Modern Number Control Machine Structure and Design 授课对象： Audience: 本科三年级学生 The juniors 学时/学分： Credit Hours/Credits 32/2 32/2 授课语言： Language of 中文 Chinese 先修课程： Prerequisite: 机械设计、数控技术 Mechanical Design，Numerical Control Technology 开课院系： Course offered by: 机械工程系 Department of Mechanical Eng. 适用专业： Intended for: 机械设计制造及其自动化专业 Mechanical Design, Manufacturing and Automation 授课教师： Instructor: 田大庆、罗红波 Tian Daqing, Luo Hongbo 大纲执笔人： Edited by: 罗红波 Luo Hongbo 大纲审核人： Inspected by: 专业负责人 Course Leader 一、课程简介 本课程学习数控机床的总体布局、典型结构、主要部件装置的基础知识和设计方法。 学习数学、力学、已修专业课程等知识数控机床设计中的应用；学习数控机床总体、主轴、 床身等主要零部件的结构特点，掌握设计方法。提高自学能力、沟通交流能力、团队合作意 识。介绍数控机床发展现状和前沿趋势、完成实验方案设计及实验实施。 通过学习本课程，能够应用数学、自然科学和机械工程科学的基本原理，识别机械工 程领域设计、制造、运行中的关键问题与参数；针对机械工程领域设计、制造、运行中的复 杂工程问题，能够设计满足特定需求的系统、单元（部件）或机械制造工艺流程，并能够在 设计环节中体现创新意识；能够了解当前机械设计制造及其自动化领域的发展状态与发展趋 势。 二、学习目标
1、能够运用数学、物理、力学等自然科学基础理论运用到数控机床总体、主轴、床身 等零部件设计制造问题的描述中，能够识别、分析和确定其设计制造的关键问题与参数。 2、学习数控机床总体、主轴、床身等主要零部件的结构特点，掌握设计方法，能够进 行主传动系统、主轴功率和电机功率匹配优化、主轴部件等零部件、功能单元和机械系统的 方案设计，能运用科学原理和本课程基本知识及其工具设计并实施数控机床拆装实验，分析 实验结果，体现创新意识。 3、了解数控机床及相关技术的发展状态与发展趋势。 三、学习目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 毕业要求指标点 学习目标 (2)能够应用数学、自然科学和机械工程科2.1能够应用数学、自然科学 学的基本原理，通过信息检索、文献研究， 和机械工程科学的基本原理 对机械工程领域设计、制造、运行等方面的 识别机械工程领域设计、制 学习目标1 复杂工程问题进行识别、表达、分析、评价 造、运行中的关键问题与参 并获得有效结论。 数： (3)能够设计满足特定需求的机械产品功能 3.3针对机械工程领域设计、 原理方案、零部件及机械系统，或针对机械 制造、运行中的复杂工程问 工程领域设计、制造、运行等方面的复杂了 题，能够设计满足特定需求的 学习目标2 程问题，拟定相应的设计、制造、运行方案， 系统、单元（部件）或机械制 并能够综合考虑社会、健康、安全、法律、 造工艺流程，并能够在设计环 文化以及环境因素，体现创新意识。 节中体现创新意识。 (2)了解机械设计制造及其自动化领域的 12.1能够了解当前机械设计 新理论、新技术及国内外发展动态，具有自 制造及其自动化领域的发展 主学习和终身学习的意识，有不断学习和 学习目标3 状态与发展趋势： 应发展的能力。 四、学习内容与基本要求 第一章绪论 1、了解数控机床的基本概念，特点 2、数控机床的组成 3、数控机床的分类 4、数控机床的坐标规定 5、数控机床的发展趋势及其特点
2 1、能够运用数学、物理、力学等自然科学基础理论运用到数控机床总体、主轴、床身 等零部件设计制造问题的描述中，能够识别、分析和确定其设计制造的关键问题与参数。 2、学习数控机床总体、主轴、床身等主要零部件的结构特点，掌握设计方法，能够进 行主传动系统、主轴功率和电机功率匹配优化、主轴部件等零部件、功能单元和机械系统的 方案设计，能运用科学原理和本课程基本知识及其工具设计并实施数控机床拆装实验，分析 实验结果，体现创新意识。 3、了解数控机床及相关技术的发展状态与发展趋势。 三、学习目标与毕业要求的对应关系 四、 学习内容与基本要求 第一章 绪论 1、了解数控机床的基本概念，特点 2、数控机床的组成 3、数控机床的分类 4、数控机床的坐标规定 5、数控机床的发展趋势及其特点 毕业要求 毕业要求指标点 学习目标 （2）能够应用数学、自然科学和机械工程科 学的基本原理，通过信息检索、文献研究， 对机械工程领域设计、制造、运行等方面的 复杂工程问题进行识别、表达、分析、评价， 并获得有效结论。 2.1 能够应用数学、自然科学 和机械工程科学的基本原理， 识别机械工程领域设计、制 造、运行中的关键问题与参 数； 学习目标 1 （3）能够设计满足特定需求的机械产品功能 原理方案、零部件及机械系统，或针对机械 工程领域设计、制造、运行等方面的复杂工 程问题，拟定相应的设计、制造、运行方案， 并能够综合考虑社会、健康、安全、法律、 文化以及环境因素，体现创新意识。 3.3 针对机械工程领域设计、 制造、运行中的复杂工程问 题，能够设计满足特定需求的 系统、单元（部件）或机械制 造工艺流程，并能够在设计环 节中体现创新意识。 学习目标 2 （12）了解机械设计制造及其自动化领域的 新理论、新技术及国内外发展动态，具有自 主学习和终身学习的意识，有不断学习和适 应发展的能力。 12.1 能够了解当前机械设计 制造及其自动化领域的发展 状态与发展趋势； 学习目标 3
要求学生：了解数控机床的基本概念，数控机床的发展趋势及其特点。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标3，支撑毕业要求指标点12.1 第二章 数控机床总体设计 1数控机床设计的基本要求 2机床设计方法得论 3机床设计步骤 4系列化/通用化标准化/模块化设计方法 5数控机床总体方案设计 6机床主要参数的设计 要求学生：熟悉数控机床设计的基本要求、设计方法 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标1、2，支撑毕业要求指标点2.1、3.3。 第三章数控机床主传动系统设计 1.数控机床主传动系统的特点与要求 2.主传动的几种配置方式 3.分级变速主传动系统设计步骤及举例 1)转速图 2)结构网结构式 3)拟定转速图的方法 4)齿轮齿数的确定 5)计算转速的概念 4.无级变速传动链设计 1)无级变速的方式 2)机械无级变速与分级变速机构的串联 3)无级变速电机与分级变速机构的串联设计 5现代数控机床主传动系统的结构特点 6.主传动系统结构设计 1)变速机构 2)开合制动装置 3)主轴箱的构造 要求学生：了解主传动系统的特点与要求，能设计分级变速主传动系统、无级变速电 机与分级变速机构的串联系统、主传动系统结构。 毕业要求对应关系： 3
3 要求学生：了解数控机床的基本概念，数控机床的发展趋势及其特点。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 3，支撑毕业要求指标点 12.1。 第二章 数控机床总体设计 1 数控机床设计的基本要求 2 机床设计方法概论 3 机床设计步骤 4 系列化/通用化/标准化/模块化设计方法 5 数控机床总体方案设计 6 机床主要参数的设计 要求学生：熟悉数控机床设计的基本要求、设计方法。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 1、2，支撑毕业要求指标点 2.1、3.3。 第三章 数控机床主传动系统设计 1.数控机床主传动系统的特点与要求 2.主传动的几种配置方式 3.分级变速主传动系统设计步骤及举例 1） 转速图 2） 结构网/结构式 3） 拟定转速图的方法 4） 齿轮齿数的确定 5） 计算转速的概念 4.无级变速传动链设计 1） 无级变速的方式 2） 机械无级变速与分级变速机构的串联 3） 无级变速电机与分级变速机构的串联设计 5.现代数控机床主传动系统的结构特点 6.主传动系统结构设计 1） 变速机构 2） 开合制动装置 3） 主轴箱的构造 要求学生：了解主传动系统的特点与要求，能设计分级变速主传动系统、无级变速电 机与分级变速机构的串联系统、主传动系统结构。 毕业要求对应关系：
本章学习内容对应学习目标1、2，支撑毕业要求指标点21、3.3。 第四章主轴组件设计 1主轴组件的基本技术要求 1)主轴的构造 2)主轴材料与热处理 3)技术要求 2.主轴滚动轴承 1)类型 2)选择 3)配置形式 4)精度等级 5)预紧方法 主轴滑动轴承 3.主轴组件的设计计算 4.主轴组件的结构形式 5、高速主轴单元 6、提高主轴组件性能的措施 要求学生：了解主轴组件的基本技术要求、能合理选择主轴滚动轴承、配置形式、组 件的设计计算。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标1、2，支撑毕业要求指标点2.1、3.3。 第五章伺服进给传动系统设计 1、伺服进给传动系统的基本要求 2、滚珠丝杠螺母机构的特点及安装使用要求 3、伺服电动机的特点及调速方式 4、伺服进给传动系统机械传动装置的设计计算 要求学生：了解伺服进给传动系统的基本要求、能完成同服进给传动系统机械传动装 置的设计计算和设计。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标1、2，支撑毕业要求指标点21、33。 第六章数控机床检测装置 1数控机床测量装置分类及特点 2.常用测量装置简要介绍 1)旋转变压器
4 本章学习内容对应学习目标 1、2，支撑毕业要求指标点 2.1、3.3。 第四章 主轴组件设计 1.主轴组件的基本技术要求 1） 主轴的构造 2） 主轴材料与热处理 3） 技术要求 2.主轴滚动轴承 1） 类型 2） 选择 3） 配置形式 4） 精度等级 5） 预紧方法 主轴滑动轴承 3.主轴组件的设计计算 4.主轴组件的结构形式 5、高速主轴单元 6、提高主轴组件性能的措施 要求学生：了解主轴组件的基本技术要求、能合理选择主轴滚动轴承、配置形式、组 件的设计计算。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 1、2，支撑毕业要求指标点 2.1、3.3。 第五章 伺服进给传动系统设计 1、 伺服进给传动系统的基本要求 2、 滚珠丝杠螺母机构的特点及安装使用要求 3、 伺服电动机的特点及调速方式 4、 伺服进给传动系统机械传动装置的设计计算 要求学生：了解伺服进给传动系统的基本要求、能完成伺服进给传动系统机械传动装 置的设计计算和设计。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 1、2，支撑毕业要求指标点 2.1、3.3。 第六章 数控机床检测装置 1.数控机床测量装置分类及特点 2.常用测量装置简要介绍 1） 旋转变压器
2)感应同步器 3)光栅尺 4)脉冲编码器 5)磁播尺 要求学生：了解数控机床常用测量装置的特点、工作原理，能在机械产品设计中合理选 用测量装置。 本章学习内容对应学习目标1、2，支撑毕业要求指标点2.1、3.3。 第七章数控机床本体设计 1.数控机床本体设计基本要求 2.支承件设计 3.机床导轨设计 要求学生：了解数控机床本体设计基本要求、支承件和机床导轨的特点，合理选择其结 构。 本章学习内容对应学习目标1、2，支撑毕业要求指标点2.1、3.3. 第八章自动换刀和自动交换工件系统 1.自动换刀装置及刀库工作原理 1)回转刀架换刀 2)更换主轴换刀 3)刀库换刀 2.工件自动交换装置 3.回转工作台 要求学生：了解数控机床自动换刀和自动交换工件系统特点。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标1、2，支撑毕业要求指标点2.1、3.3。 第九章数控装置辅助装置 1.刀具测量装置 2.自动排屑装置 3.安全防护装置 要求学生：了解数控机床刀具测量装置、自动排屑装置、安全防护装置特点。 本章学习内容对应学习目标2，支撑毕业要求指标点33。 课程实验：数控机床拆装实验 1、学习实验指导书 2、接受实验安全教育 3、完成实验
5 2） 感应同步器 3） 光栅尺 4） 脉冲编码器 5） 磁栅尺 要求学生：了解数控机床常用测量装置的特点、工作原理，能在机械产品设计中合理选 用测量装置。 本章学习内容对应学习目标 1、2，支撑毕业要求指标点 2.1、 3.3。 第七章 数控机床本体设计 1.数控机床本体设计基本要求 2.支承件设计 3.机床导轨设计 要求学生：了解数控机床本体设计基本要求、支承件和机床导轨的特点，合理选择其结 构。 本章学习内容对应学习目标 1、2，支撑毕业要求指标点 2.1、 3.3。 第八章 自动换刀和自动交换工件系统 1.自动换刀装置及刀库工作原理 1） 回转刀架换刀 2） 更换主轴换刀 3） 刀库换刀 2.工件自动交换装置 3.回转工作台 要求学生：了解数控机床自动换刀和自动交换工件系统特点。 毕业要求对应关系： 本章学习内容对应学习目标 1、2，支撑毕业要求指标点 2.1、3.3。 第九章 数控装置辅助装置 1.刀具测量装置 2.自动排屑装置 3.安全防护装置 要求学生：了解数控机床刀具测量装置、自动排屑装置、安全防护装置特点。 本章学习内容对应学习目标 2，支撑毕业要求指标点 3.3。 课程实验：数控机床拆装实验 1、学习实验指导书 2、接受实验安全教育 3、完成实验
要求学生：了解数控机床机械组成部分零件及结构组成：掌握数控机床结构设计特点、 各部件之间装配关系、以及精度调整结构等知识：培养沟通、表达、团队合作能力。 毕业要求对应关系： 本实验内容对应学习目标2，支撑毕业要求指标点33 五、建议教学进度 章节名称 学时数 第一章 绪论 第二章 数控机床总体设计 4 第三章 数控机床主传动系统设计 6 第四章主轴组件设计 5 第五章伺服进给传动系统设计 5 第六章 数控机床检测装置 1 第七章数控机床本体设计 3 第八章自动换刀和自动交换工件系统 第九章数控装置辅助装置 课程实验 4 六、教学策略与方法 1、阐述基本原理，理论联系实际，培养学生创新能力。 2、采用多媒体课件、电子备课和传统教学相结合进行教学。 3、通过新型数控机床案例分析，强调数控机床功能需求与先进设计方法的结合。 4、理论教学与实验训练相结合，强化学生工程观点的建立和工程分析能力的培养。 七、考核方式 期末考试，平时作业，实验 八、成绩评定方法 本课程成绩评定方法为： 1期末考试成绩占48% 2.平时作业成绩占32%：（小论文或报告PPT成绩+N次平时作业成绩+考勤成绩）N+2) 3.实验成绩占总成绩20%：其中实验表现占50%，实验报告占50% 6
6 要求学生：了解数控机床机械组成部分零件及结构组成；掌握数控机床结构设计特点、 各部件之间装配关系、以及精度调整结构等知识；培养沟通、表达、团队合作能力。 毕业要求对应关系： 本实验内容对应学习目标 2，支撑毕业要求指标点 3.3。 五、建议教学进度 章节名称 学时数 第一章 绪论 2 第二章 数控机床总体设计 4 第三章 数控机床主传动系统设计 6 第四章 主轴组件设计 5 第五章 伺服进给传动系统设计 5 第六章 数控机床检测装置 1 第七章 数控机床本体设计 3 第八章 自动换刀和自动交换工件系统 1 第九章 数控装置辅助装置 1 课程实验 4 六、教学策略与方法 1、阐述基本原理，理论联系实际，培养学生创新能力。 2、采用多媒体课件、电子备课和传统教学相结合进行教学。 3、通过新型数控机床案例分析，强调数控机床功能需求与先进设计方法的结合。 4、理论教学与实验训练相结合，强化学生工程观点的建立和工程分析能力的培养。 七、考核方式 期末考试，平时作业，实验 八、成绩评定方法 本课程成绩评定方法为： 1.期末考试成绩占 48% 2.平时作业成绩占 32%：(小论文或报告 PPT 成绩+N 次平时作业成绩+考勤成绩)/(N+2) 3. 实验成绩占总成绩 20%：其中实验表现占 50%，实验报告占 50%
九、教学参考书与其他相关教学资源（如网上教学资源等） [山王爱玲主编《现代数控机床结构与设计》.兵器工业出版社2012年第二版 [2严有才主编《机床数控技术》清华大学出版社2012年07月 [3)吴宗泽主编.《机械设计》.中国铁道出版社2016年1月
7 九、教学参考书与其他相关教学资源（如网上教学资源等） [1] 王爱玲主编《现代数控机床结构与设计》.兵器工业出版社 2012 年第二版 [2] 严育才主编《机床数控技术》.清华大学出版社 2012 年 07 月 [3]吴宗泽主编.《机械设计》. 中国铁道出版社 2016 年 1 月