機械設計製造及其自動化專業
機械製造及自動化方向
綜合課程設計指導書
王秋林、付巨集鴿主編
機械工程系
2023年11月
第一章概述1
1.1 專業方向綜合課程設計的目的1
1.2 綜合課程設計的任務、內容和要求1
第二章工具機主傳動系統設計步驟4
2.1 運動設計4
2.2 動力設計8
第三章主軸剛度的驗算18
3.1 主軸剛度18
3.2 主軸剛度驗算18
3.3 三支承主軸剛度的驗算22
第四章齒輪齒數的確定23
4.1 齒輪齒數的確定23
4.2 齒輪的合理布置28
第五章工具機主軸及主軸工藝設計29
5.1 工具機主軸設計29
5.2 工具機主軸工藝設計38
參考文獻43
附件1 機械製造及自動化專業方向課程綜合設計報告44
附件2 機械加工工藝規程49
第一章概述
1.1 專業方向綜合課程設計的目的
專業方向綜合課程設計是在機械設計及其自動化專業，機械製造及其自動化方向學生學完專業方向課程以後進行的綜合實踐性教學環節。其目的是，通過工具機主傳動系統的機械變速機構設計、典型零件的工藝設計，使學生鞏固和運用所學得知識，並進行一次較為深入和複雜的綜合訓練，以培養學生結構設計和工藝設計的能力，基本要求如下：
（1）鞏固、深化《機械製造裝備設計》課程和《機械製圖》、《工程力學》、《金屬材料與熱處理》、《互換性與技術測量》、《機械設計》、《機械製造技術》等有關先修課程所學得的知識，並能夠結合設計題目加以綜合運用。
（2）在擬定傳動方案，進行結構分析、結構設計以及計算等能力方面得到進一步訓練，能夠初步掌握工具機主傳動系統設計的方法和步驟。
（3）通過典型零件的工藝設計，對零件的結構和工藝性分析、工藝階段的劃分，工藝路線的擬定、加工基準的確定、尺寸鏈和切削用量的計算等方面得到進一步訓練，能夠初步掌握一般零件工藝設計的方法。
（4）熟悉和運用有關的設計手冊、圖冊、圖表、規範、國家標準等技術資料，以得到工程技術人員在結構設計、工藝設計等方面所必須的基本訓練。
1.2綜合課程設計的任務、內容和要求
1.2.1工具機主傳動系統設計內容
（1）設計題目：中型通用工具機（車/銑）機械有級變速的傳動系統設計。
（2）已知條件：nmax(nmin)、z、φ、p（見表1-1、1-2、1-3）。
（3）設計內容：
1）運動設計：根據已知條件確定所設計工具機的極限轉速、轉速系列等運動引數，繪製轉速圖，確定各傳動副傳動比及齒輪的齒數，並計算轉速誤差，繪製傳動系統圖。
2） 動力設計：選擇電動機型號及轉速，確定各傳動件的計算載荷及其尺寸，並對主要零件進行驗算。
3） 主軸箱部件裝配展開圖（零號圖幅），手工或計算機繪製。
4） 編寫綜合課程設計報告。
注：主傳動系統開停、換向及制動均由電氣系統完成，本設計不考慮。
表1-1臥式車床 d=320mm,z=12,φ=1.41
續表1-1
表1-2工作台面積 200×800mm2,z=12, φ=1.41, 切削p=4kw
表1-3工作台面積250×1000mm2, z=12, φ=1.41, 切削p=5.5kw
1.1.2典型零件工藝設計
根據設計的主傳動系統裝配圖，拆繪主軸零件圖（2號圖幅），比例按1:1，用計算機繪製。工藝設計的主要內容包括：
確定毛坯型別；毛坯選擇與說明；分析零件結構和技術要求；工藝路線的確定（粗、精基準的選擇，各表面的加工方法的確定，工序集中與分散的考慮，工序順序的安排的原則，加工裝置與工裝的選擇，不同方案的分析比較等）；加工餘量、切削用量的確定（只計算3道工序，其餘查表確定）；工序尺寸與公差的確定。
1.2.3編寫設計綜合課程設計報告
設計報告包括目錄、設計任務書、工具機的用途及規格、運動及動力設計計算內容。主軸加工工藝設計中的零件分析、材料及毛坯尺寸的確定、工藝方案的選擇、工藝路線的擬定、切削用量的確定、尺寸鏈的計算等內容。頁數約25～30。
1.2.4幾點要求
（1）學生應認真、獨立地完成課程設計任務，充分學習的主觀能動性和積極性。
（2）在設計中應隨時複習有關課程所學得的知識，正確地運用公式、圖表、資料和資料。
（3）設計中要樹立對所設計的結構應「好用、好造、好修」的設計思想，對零件的工藝設計應盡可能的做到合理、可行。要做到圖紙表達完整、正確，圖面美觀整潔。設計報告格式規範，文字表述清晰，計算準確。
（4）課程設計開始後，每人準備一本草稿，隨時將收集的資料、設計過程、計算結果等內容記錄下來並加以整理，以便順利編寫課程設計報告。
（5）課程設計成果
1）主軸箱部件裝配展開圖（零號圖幅）一張。
2）工具機主軸零件圖（2號圖幅）一張。
3）主軸零件機械加工工藝規程一套。
4）綜合課程設計報告一本。
（6）主軸零件機械加工工藝規程和綜合課程設計報告應按統一要求的格式書寫（見附件1、附件2）。
（7）時間安排。本設計時間為三周，建議時間分配為：消化資料和設計計算2～3天，主軸箱裝配圖設計約一周，繪製主軸零件圖0.
5～1天，主軸零件工藝設計2～3天，編寫課程設計報告1～2天，答辯1天。
（8）考核。應按時完成設計任務，圖樣和說明書有指導老師簽字後，在規定的日期進行答辯（或質疑）。根據設計的圖樣、設計報告和工藝檔案質量、答辯（或質疑）時回答問題的情況，以及平時的工作態度、獨立工作能力等諸多方面的表現，來綜合評定學生的成績。
考核比例：考勤和表現（20%），圖紙質量（30%），設計報告和工藝檔案（20%），答辯（30%）
成績分優、良、中、及格、不及格五級。
（9）參考資料
1）《簡明金屬切削工具機設計手冊》范雲漲編機械工業出版社
2）《專業方向綜合課程設計指導書》 本校編
3）《切削用量簡明手冊》艾興等編機械工業出版社
4）《工具機設計圖冊》
5）機械設計、機械製造技術、機械製造裝備設計、金屬切削工具機等教材
6）《機械製造工藝設計指南》於大國編國防工業出版社
7）《機械製造工藝設計簡明手冊》李益民編機械工業出版社
第二章工具機主傳動系統設計步驟
根據設計題目已知條件d 、z、φ、nmax、p（切削功率），其設計步驟按運動設計和動力設計兩部分進行。
2.1 運動設計
一、確定轉速調速範圍rn
rn=φz-12-1）
二、確定極限轉速
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