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編號(hào)：
采用遺傳算法優(yōu)化加工夾具定位和加緊位置
Necmettin Kaya*
Department of Mechanical Engineering, Uludag University, Go¨ru¨kle, Bursa 16059, Turkey Received 8 July 2004; accepted 26 May 2005
Available online 6 September 2005
摘 要
工件變形的問(wèn)題可能導(dǎo)致機(jī)械加工中的空間問(wèn)題。支撐和定位器是用于減少工件彈性變形引起的誤差。支撐、定位器的優(yōu)化和夾具定位是最大限度的減少幾何在工件加工中的誤差的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。本文應(yīng)用夾具布局優(yōu)化遺傳算法（GAs）來(lái)處理夾具布局優(yōu)化問(wèn)題。遺傳算法的方法是基于一種通過(guò)整合有限的運(yùn)行于批處理模式的每一代的目標(biāo)函數(shù)值的元素代碼的方法，用于來(lái)優(yōu)化夾具布局。給出的個(gè)案研究說(shuō)明已開(kāi)發(fā)的方法的應(yīng)用。采用染色體文庫(kù)方法減少整體解決問(wèn)題的時(shí)間。已開(kāi)發(fā)的遺傳算法保持跟蹤先前的分析設(shè)計(jì)，因此先前的分析功能評(píng)價(jià)的數(shù)量降低大約93%。結(jié)果表明，該方法的夾具布局優(yōu)化問(wèn)題是多模式的問(wèn)題。優(yōu)化設(shè)計(jì)之間沒(méi)有任何明顯的相似之處，雖然它們提供非常相似的表現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：夾具設(shè)計(jì)；遺傳算法；優(yōu)化
1. 引言
夾具用來(lái)定位和束縛機(jī)械操作中的工件，減少由于對(duì)確保機(jī)械操作準(zhǔn)確性的夾緊方案和切削力造成的工件和夾具的變形。傳統(tǒng)上，加工夾具是通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)法來(lái)設(shè)計(jì)和制造的，這是一個(gè)既造價(jià)高又耗時(shí)的制造過(guò)程。為確保工件按規(guī)定尺寸和公差來(lái)制造，工件必須給予適當(dāng)?shù)亩ㄎ缓蛫A緊以確保有必要開(kāi)發(fā)工具來(lái)消除高造價(jià)和耗時(shí)的反復(fù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。適當(dāng)?shù)墓ぜㄎ缓蛫A具設(shè)計(jì)對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的精密度、準(zhǔn)確度和機(jī)制件的完飾是至關(guān)重要的。
從理論上說(shuō)，3-2-1定位原則對(duì)于定位所有的棱柱形零件是很令人滿(mǎn)意的。該方法具有最大的剛性與最少量的夾具元件。從動(dòng)力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看定位零件意味著限制了自由移動(dòng)物體的六自由度（三個(gè)平動(dòng)自由度和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度）。在零件下部設(shè)置三個(gè)支撐來(lái)建立工件在垂直軸方向的定位。在兩個(gè)外圍邊緣放置定位器旨在建立工件在水平x軸和y軸的定位。正確定位夾具的工件對(duì)于制造過(guò)程的全面準(zhǔn)確性和重復(fù)性是至關(guān)重要的。定位器應(yīng)該盡可能的遠(yuǎn)距離的分開(kāi)放置并且應(yīng)該放在任何可能的加工面上。放置的支撐器通常用來(lái)包圍工件的重力中心并且盡可能的將其分開(kāi)放置以維持其穩(wěn)定性。夾具夾子的首要任務(wù)是固定夾具以抵抗定位器和支撐器。不應(yīng)該要求夾子反抗加工操作中的切削力。
對(duì)于給定數(shù)量的夾具元件，加工夾具合成的問(wèn)題是尋找?jiàn)A具優(yōu)化布局或工件周?chē)鷬A具元件的位置。本篇文章提出一種優(yōu)化夾具布局遺傳算法。優(yōu)化目標(biāo)是研究一個(gè)二維夾具布局使工件不同位置上最大的彈性變形最小化。ANSYS程序以用于計(jì)算工件變形情況下夾緊力和切削力。本文給出兩個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明給出的方法。
2. 回顧相關(guān)工程結(jié)構(gòu)
最近幾年夾具設(shè)計(jì)問(wèn)題受到越來(lái)越多的重視。然而，很少有注意力集中于優(yōu)化夾具布局設(shè)計(jì)。Menassa和Devries用FEA計(jì)算變形量使設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求的位點(diǎn)的工件變形最小化。設(shè)計(jì)問(wèn)題是確定支撐器位置。Meyer和Liou提出一個(gè)方法就是使用線性編程技術(shù)合成動(dòng)態(tài)編程條件中的夾具。給出了使夾緊力和定位力最小化的解決方案。Li和Melkote用非線性規(guī)劃方法解決布局優(yōu)化問(wèn)題。這個(gè)方法使工件位置誤差最小化歸于工件的局部彈性變形。Roy和Liao開(kāi)發(fā)出一種啟發(fā)式方法來(lái)計(jì)劃最好的支撐和夾緊位置。Tao等人提出一個(gè)幾何推理的方法來(lái)確定最優(yōu)夾緊點(diǎn)和任意形狀工件的夾緊順序。Liao和Hu提出一種夾具結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)這個(gè)系統(tǒng)基于動(dòng)態(tài)模型分析受限于時(shí)變加工負(fù)載的夾具—工件系統(tǒng)。本文也調(diào)查了夾緊位置的影響。Li和Melkote提出夾具布局和夾緊力最優(yōu)合成方法幫我們解釋加工過(guò)程中的工件動(dòng)力學(xué)。本文提出一個(gè)夾具布局和夾緊力優(yōu)化結(jié)合的程序。他們用接觸彈性建模方法解釋工件剛體動(dòng)力學(xué)在加工期間的影響。Amaral等人用ANSYS驗(yàn)證夾具設(shè)計(jì)的完整性。他們用3-2-1方法。ANSYS提出優(yōu)化分析。Tan等人通過(guò)力鎖合、優(yōu)化與有限建模方法描述了建模、優(yōu)化夾具的分析與驗(yàn)證。
以上大部分的研究使用線性和非線性編程方式這通常不會(huì)給出全局最優(yōu)解決方案。所有的夾具布局優(yōu)化程序開(kāi)始于一個(gè)初始可行布局。這些方法給出的解決方案在很大程度上取決于初始夾具布局。他們沒(méi)有考慮到工件夾具布局優(yōu)化對(duì)整體的變形。
GAs已被證明在解決工程中優(yōu)化問(wèn)題是有用的。夾具設(shè)計(jì)具有巨大的解決空間并需要搜索工具找到最好的設(shè)計(jì)。一些研究人員曾使用GAs解決夾具設(shè)計(jì)及夾具布局問(wèn)題。Kumar等人用GAs和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)夾具。Marcelin已經(jīng)將GAs用于支撐位置的優(yōu)化。Vallapuzha等人提出基于優(yōu)化方法的GA，它采用空間坐標(biāo)來(lái)表示夾具元件的位置。夾具布局優(yōu)化程序設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)是使用MATLAB和遺傳算法工具箱。HYPERMESH和MSC / NASTRAN用于FE模型。Vallapuzha等人提出一些結(jié)果關(guān)于一個(gè)廣泛調(diào)查不同優(yōu)化方法的相對(duì)有效性。他們的研究表明連續(xù)遺傳算法提出了最優(yōu)質(zhì)的解決方案。Li和Shiu使用遺傳算法確定了夾具設(shè)計(jì)最優(yōu)配置的金屬片。MSC/NASTRAN已經(jīng)用于適應(yīng)度值評(píng)價(jià)。Liao提出自動(dòng)選擇最佳夾子和夾鉗的數(shù)目以及它們?cè)诮饘倨系膴A具中的最優(yōu)位置。Krishnakumar和Melkote開(kāi)發(fā)了一種夾具布局優(yōu)化技術(shù)，它是利用遺傳算法找到了夾具布局，由于整個(gè)刀具路徑中的夾緊力和加工力使加工表面變形量最小化。通過(guò)節(jié)點(diǎn)編號(hào)使定位器和夾具位置特殊化。一個(gè)內(nèi)置的有限元求解器研制成功。
一些研究沒(méi)考慮到整個(gè)刀具路徑的優(yōu)化布局以及磨屑清除。一些研究采用節(jié)點(diǎn)編號(hào)作為設(shè)計(jì)參數(shù)。
在本研究中，開(kāi)發(fā)GA工具用于尋找在二維工件中的最優(yōu)定位器和夾緊位置。使用參考邊緣的距離作為設(shè)計(jì)參數(shù)而不是用FEA節(jié)點(diǎn)編號(hào)。真正編碼遺傳算法的染色體的健康指數(shù)是從FEA結(jié)果中獲得的。ANSSYS用于FEA計(jì)算。用染色體文庫(kù)的方法是為了減少解決問(wèn)題的時(shí)間。用兩個(gè)問(wèn)題測(cè)試已開(kāi)發(fā)的遺傳算法工具。給出的兩個(gè)實(shí)例說(shuō)明了這個(gè)開(kāi)發(fā)的方法。本論文的主要貢獻(xiàn)可以概括為以下幾個(gè)方面：
(1)開(kāi)發(fā)了遺傳算法編碼結(jié)合商業(yè)有限元素求解；
(2)遺傳算法采用染色體文庫(kù)以降低計(jì)算時(shí)間；
(3)使用真正的設(shè)計(jì)參數(shù)，而不是有限元節(jié)點(diǎn)數(shù)字；
(4)當(dāng)工具在工件中移動(dòng)時(shí)考慮磨屑清除工具。
3. 遺傳算法概念
遺傳算法最初由John Holland開(kāi)發(fā)。Goldberg出版了一本書(shū)，解釋了這個(gè)理論和遺傳算法應(yīng)用實(shí)例的詳細(xì)說(shuō)明。遺傳算法是一種隨機(jī)搜索方法，它模擬一些自然演化的機(jī)制。該算法用于種群設(shè)計(jì)。種群從一代到另一代演化，通過(guò)自然選擇逐漸提高了適應(yīng)環(huán)境的能力，更健康的個(gè)體有更好的機(jī)會(huì)，將他們的特征傳給后代。
該算法中，要基于為每個(gè)設(shè)計(jì)計(jì)算適合性，所以人工選擇取代自然環(huán)境選擇。適應(yīng)度值這個(gè)詞用來(lái)指明染色體生存幾率，它在本質(zhì)上是該優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)。生物定義的特征染色體用代表設(shè)計(jì)變量的字符串中的數(shù)值代替。
被公認(rèn)的遺傳算法與傳統(tǒng)的梯度基礎(chǔ)優(yōu)化技術(shù)的不同主要有如下四種方式：
(1)遺傳算法和問(wèn)題中的一種編碼的設(shè)計(jì)變量和參數(shù)一起工作而不是實(shí)際參數(shù)本身。
(2)遺傳算法使用種群—類(lèi)型研究。評(píng)價(jià)在每個(gè)重復(fù)中的許多不同的設(shè)計(jì)要點(diǎn)而不是一個(gè)點(diǎn)順序移動(dòng)到下一個(gè)。
(3)遺傳算法僅僅需要一個(gè)適當(dāng)?shù)幕蚰繕?biāo)函數(shù)值。沒(méi)有衍生品或梯度是必要的。
(4)遺傳算法以用概率轉(zhuǎn)換規(guī)則來(lái)發(fā)現(xiàn)新設(shè)計(jì)為探索點(diǎn)而不是利用基于梯度信息的確定性規(guī)則來(lái)找到這些新觀點(diǎn)。
4. 方法
4.1 夾具定位原則
加工過(guò)程中，用夾具來(lái)保持工件處于一個(gè)穩(wěn)定的操作位置。對(duì)于夾具最重要的標(biāo)準(zhǔn)是工件位置精確度和工件變形。一個(gè)良好的夾具設(shè)計(jì)使工件幾何和加工精度誤差最小化。另一個(gè)夾具設(shè)計(jì)的要求是夾具必須限制工件的變形。考慮切削力以及夾緊力是很重要的。沒(méi)有足夠的夾具支撐，加工操作就不符合設(shè)計(jì)公差。有限元分析在解決這其中的一些問(wèn)題時(shí)是一種很有力的工具。
棱柱形零件常見(jiàn)的定位方法是3-2-1方法。該方法具有最大剛體度以及最小夾具元件數(shù)。在三維中一個(gè)工件可能會(huì)通過(guò)六自由度定位方法快速定位為了限制工件的九個(gè)自由度。其他的三個(gè)自由度通過(guò)夾具元件消除了。基于3-2-1定位原理的二位工件布局的例子如圖4。
圖4 3-2-1對(duì)二維棱柱工件定位布局
定位面得數(shù)量不得超過(guò)兩個(gè)避免冗余的位置?；?-2-1的夾具設(shè)計(jì)原則有兩種精確的定位平面包含于兩個(gè)或一個(gè)定位器。因此，在兩邊有最大的夾緊力抵抗每個(gè)定位平面。夾緊力總是指向定位器為了推動(dòng)工件接觸到所有的定位器。定位點(diǎn)對(duì)面應(yīng)定位夾緊點(diǎn)防止工件由于夾緊力而扭曲。因?yàn)榧庸ちρ刂庸っ?，所以有必要確保定位器的反應(yīng)力在所有時(shí)間內(nèi)是正的。任何負(fù)面的反應(yīng)力表示工件從夾具元件中脫離。換句話(huà)說(shuō)，當(dāng)反應(yīng)力是負(fù)的時(shí)候，工件和夾具元件之間接觸或分離的損失可能發(fā)生。定位器內(nèi)正的反應(yīng)力確保工件從切削開(kāi)始到結(jié)束都能接觸到所有的定位器。夾緊力應(yīng)該充分束縛和定位工件且不導(dǎo)致工件的變形或損壞。本文不考慮夾緊力的優(yōu)化。
4.2 基于夾具布局優(yōu)化方法的遺傳算法
在實(shí)際設(shè)計(jì)問(wèn)題中，設(shè)計(jì)參數(shù)的數(shù)量可能很大并且它們對(duì)目標(biāo)函數(shù)的影響會(huì)是非常復(fù)雜的。目標(biāo)函數(shù)曲線必須是光滑的并且需要一個(gè)程序計(jì)算梯度。遺傳算法在理念上遠(yuǎn)不同于其他的探究方法，它們包括傳統(tǒng)的優(yōu)化方法和其他隨機(jī)方法。通過(guò)運(yùn)用遺傳算法來(lái)對(duì)夾具優(yōu)化布局，可以獲得一個(gè)或一組最優(yōu)的解決方案。
本項(xiàng)研究中，最優(yōu)定位器和夾具定位使用遺傳算法確定。它們是理想的適合夾具布局優(yōu)化問(wèn)題的方法因?yàn)闆](méi)有直接分析的關(guān)系存在于加工誤差和夾具布局中。因?yàn)檫z傳算法僅僅為一個(gè)特別的夾具布局處理設(shè)計(jì)變量和目標(biāo)函數(shù)值，所以不需要梯度或輔助信息。
建議方案流程圖如圖5。
使用開(kāi)發(fā)的命名為GenFix的Delphi語(yǔ)言軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)夾具布局優(yōu)化。位移量用ANSYS軟件計(jì)算。通過(guò)WinExec功能在GenFix中運(yùn)行ANSYS很簡(jiǎn)單。GenFix和ANSYS之間相互作用通過(guò)四部實(shí)現(xiàn)：
(1)定位器和夾具位置從二進(jìn)制代碼字符串中提取作為真正的參數(shù)。
(2)這些參數(shù)和ANSYS輸入批處理文件（建模、解決方案和后置處理）用WinExec功能傳給ANSYS。
(3)解決后將位移值寫(xiě)成一個(gè)文本文件。
(4)GenFix讀這個(gè)文件并為當(dāng)前定位器和夾緊位置計(jì)算適應(yīng)度值。
為了減少計(jì)算量，染色體與適應(yīng)度值儲(chǔ)存在一個(gè)文庫(kù)里以備進(jìn)一步評(píng)估。GenFix首先檢查是否當(dāng)前的染色體的適應(yīng)度值已經(jīng)在之前被計(jì)算過(guò)。如果沒(méi)有，定位器位置被送到ANSYS，否則從文庫(kù)中取走適應(yīng)度值。在初始種群產(chǎn)生過(guò)程中，檢查每一個(gè)染色體可行與否。如果違反了這個(gè)原則，它就會(huì)出局然后新的染色體就產(chǎn)生了。這個(gè)程序創(chuàng)造了可行的初始種群。這保證了初始種群的每個(gè)染色體在夾緊力和切削力作用下工件的穩(wěn)定性。用兩個(gè)測(cè)試用例來(lái)驗(yàn)證提到的遺傳算法計(jì)劃。第一個(gè)實(shí)例是使用Himmelblau功能。在第二個(gè)測(cè)試用例中，遺傳算法計(jì)劃用來(lái)優(yōu)化均布載荷作用下梁的支撐位置。
圖5 設(shè)計(jì)方法的流程與ANSYS相配合流程
5. 夾具布局優(yōu)化的個(gè)案研究
該夾具布局優(yōu)化問(wèn)題的定義是：找到定位器和夾子的位置以使在特定區(qū)工件變形降到最小程度。那么多的定位器和夾子并不是設(shè)計(jì)參數(shù)因?yàn)樗鼈冊(cè)?-2-1方案中是已知的和固定的。因此，設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇如同定位器和夾子的位置。本研究中不考慮摩擦力。兩個(gè)實(shí)例研究來(lái)說(shuō)明以提出的方法。
6. 結(jié)論
本文提出了一個(gè)夾具布局優(yōu)化的評(píng)價(jià)優(yōu)化技術(shù)。ANSYS用于FE計(jì)算適應(yīng)度值?？梢钥吹剑z傳算法和FE方法的結(jié)合對(duì)當(dāng)今此類(lèi)問(wèn)題似乎是一種強(qiáng)大的方法。遺傳算法特別適合應(yīng)用于解決那些在目標(biāo)函數(shù)和設(shè)計(jì)變量之間不存在一個(gè)定義明確的數(shù)學(xué)關(guān)系的問(wèn)題。結(jié)果證明遺傳算法在夾具布局優(yōu)化問(wèn)題方面的成功應(yīng)用。本項(xiàng)研究中，遺傳算法在夾具布局優(yōu)化應(yīng)用中的主要困難是較高的計(jì)算成本。種群中每個(gè)染色體需要工件的重嚙合。但是，染色體庫(kù)的使用，F(xiàn)E評(píng)價(jià)的數(shù)量從6000下降到415。這就導(dǎo)致了巨大的增益計(jì)算效益。其他減少處理時(shí)間的方法是在局域網(wǎng)內(nèi)使用分布式計(jì)算。
該方法結(jié)果表明，夾具布局優(yōu)化問(wèn)題是多模態(tài)問(wèn)題。優(yōu)化設(shè)計(jì)之間沒(méi)有任何明顯的相似之處盡管他們提供非常相似的表現(xiàn)。結(jié)果表明夾具布局問(wèn)題是多模態(tài)問(wèn)題然而用于夾具設(shè)計(jì)的啟發(fā)式規(guī)則應(yīng)該用于遺傳算法來(lái)選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)。
XX學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品代號(hào)
零件圖號(hào)
共8頁(yè)
產(chǎn)品名稱(chēng)
變速器
零件名稱(chēng)
操縱蓋
第1頁(yè)
車(chē)間
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
材料牌號(hào)
20
銑
ADC12
毛坯種類(lèi)
毛坯外形尺寸
每臺(tái)毛坯可制件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
97X61X71
1
1
設(shè)備名稱(chēng)
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
普通銑床
X5032
1
夾具名稱(chēng)
夾具編號(hào)
切削液
銑面夾具
柴油
工步
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速（r／min）
切削速度（m／min）
進(jìn)給量(mm／r)
切削深度(mm)
走刀次數(shù)
1
粗銑、精銑97，高74底部大端面
游標(biāo)卡尺，面銑刀
500
1.8
20
1.00
2
設(shè)計(jì)（日期）
校對(duì)（日期）
審核（日期）
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
張國(guó)東
XX學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品代號(hào)
零件圖號(hào)
共8頁(yè)
產(chǎn)品名稱(chēng)
變速器
零件名稱(chēng)
操縱蓋
第2頁(yè)
車(chē)間
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
材料牌號(hào)
30
銑
ADC12
毛坯種類(lèi)
毛坯外形尺寸
每臺(tái)毛坯可制件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
97X61X71
1
1
設(shè)備名稱(chēng)
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
銑床
X5032
1
夾具名稱(chēng)
夾具編號(hào)
切削液
銑面夾具
柴油
工步
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速（r／min）
切削速度（m／min）
進(jìn)給量(mm／r)
切削深度(mm)
走刀次數(shù)
1
粗銑、精銑∮32頂部端面
游標(biāo)卡尺，面銑刀
550
62.17
0.3
1.0
2
設(shè)計(jì)（日期）
校對(duì)（日期）
審核（日期）
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
張國(guó)東
XX學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品代號(hào)
零件圖號(hào)
共8頁(yè)
產(chǎn)品名稱(chēng)
變速器
零件名稱(chēng)
操縱蓋
第3頁(yè)
車(chē)間
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
材料牌號(hào)
40
鉆、絞
ADC12
毛坯種類(lèi)
毛坯外形尺寸
每臺(tái)毛坯可制件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
97X61X71
1
1
設(shè)備名稱(chēng)
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
鉆床
Z3050
1
夾具名稱(chēng)
夾具編號(hào)
切削液
專(zhuān)用夾具
工步
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速（r／min）
切削速度（m／min）
進(jìn)給量(mm／r)
切削深度(mm)
走刀次數(shù)
1
鉆∮底孔∮13，絞∮13孔至尺寸
∮13鉆頭，∮14機(jī)用鉸刀
550
257.48
0.33
1.0
1
設(shè)計(jì)（日期）
校對(duì)（日期）
審核（日期）
處數(shù)
更改文件號(hào)
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日期
張國(guó)東
XX學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品代號(hào)
零件圖號(hào)
共8頁(yè)
產(chǎn)品名稱(chēng)
變速器
零件名稱(chēng)
操縱蓋
第4頁(yè)
車(chē)間
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
材料牌號(hào)
50
鉆直孔
ADC12
毛坯種類(lèi)
毛坯外形尺寸
每臺(tái)毛坯可制件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
97X61X71
1
1
設(shè)備名稱(chēng)
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
鉆床
Z3050
1
夾具名稱(chēng)
夾具編號(hào)
切削液
鉆孔夾具
柴油
工步
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速（r／min）
切削速度（m／min）
進(jìn)給量(mm／r)
切削深度(mm)
走刀次數(shù)
1
鉆∮8底孔
∮8鉆頭
300
63.30
0.27
2.9
1
2
絞直孔
∮9機(jī)用鉸刀
400
66.47
0.25
0.1
2
設(shè)計(jì)（日期）
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XX學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品代號(hào)
零件圖號(hào)
共8頁(yè)
產(chǎn)品名稱(chēng)
變速器
零件名稱(chēng)
操縱蓋
第5頁(yè)
車(chē)間
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
材料牌號(hào)
60
鉆、絞
ADC12
毛坯種類(lèi)
毛坯外形尺寸
每臺(tái)毛坯可制件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
97X61X71
1
1
設(shè)備名稱(chēng)
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
鉆床
Z3050
1
夾具名稱(chēng)
夾具編號(hào)
切削液
鉆孔夾具
柴油
工步
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速（r／min）
切削速度（m／min）
進(jìn)給量(mm／r)
切削深度(mm)
走刀次數(shù)
1
鉆2－φ5深7.5直孔
Φ5麻花鉆
300
60.29
0.4
4.5
1
2
絞直孔
∮6機(jī)用鉸刀
400
70
0.6
4.9
2
設(shè)計(jì)（日期）
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日期
張國(guó)東
XX學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品代號(hào)
零件圖號(hào)
共8頁(yè)
產(chǎn)品名稱(chēng)
變速器
零件名稱(chēng)
操縱蓋
第6頁(yè)
車(chē)間
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
材料牌號(hào)
70
锪∮20凸臺(tái)至尺寸
ADC12
毛坯種類(lèi)
毛坯外形尺寸
每臺(tái)毛坯可制件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
97X61X71
1
1
設(shè)備名稱(chēng)
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
鉆床
Z3050
1
夾具名稱(chēng)
夾具編號(hào)
切削液
鉆孔夾具
柴油
工步
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速（r／min）
切削速度（m／min）
進(jìn)給量(mm／r)
切削深度(mm)
走刀次數(shù)
1
锪平∮20凸臺(tái)至尺寸
Φ20锪鉆
600
9
8
5
1
設(shè)計(jì)（日期）
校對(duì)（日期）
審核（日期）
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
張國(guó)東
XX學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品代號(hào)
零件圖號(hào)
共8頁(yè)
產(chǎn)品名稱(chēng)
變速器
零件名稱(chēng)
操縱蓋
第7頁(yè)
車(chē)間
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
材料牌號(hào)
80
鉆、攻M8X1.25-6H螺紋孔底孔∮7，攻M8牙
ADC12
毛坯種類(lèi)
毛坯外形尺寸
每臺(tái)毛坯可制件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
97X61X71
1
1
設(shè)備名稱(chēng)
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
鉆床
Z3050
1
夾具名稱(chēng)
夾具編號(hào)
切削液
鉆孔夾具
柴油
工步
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速（r／min）
切削速度（m／min）
進(jìn)給量(mm／r)
切削深度(mm)
走刀次數(shù)
1
鉆M8X1.25-6H螺紋底孔∮7
∮7鉆頭，M8絲攻
550
62.17
0.3
1.0
1
2
攻M8X1.25-6H M8牙
600
75
0.2
0.5
2
設(shè)計(jì)（日期）
校對(duì)（日期）
審核（日期）
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
張國(guó)東
XX學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品代號(hào)
零件圖號(hào)
共8頁(yè)
產(chǎn)品名稱(chēng)
變速器
零件名稱(chēng)
操縱蓋
第8頁(yè)
車(chē)間
工序號(hào)
工序名稱(chēng)
材料牌號(hào)
90
粗鏜、半精鏜∮25H8深8孔至尺寸
ADC12
毛坯種類(lèi)
毛坯外形尺寸
每臺(tái)毛坯可制件數(shù)
每臺(tái)件數(shù)
鑄件
97X61X71
1
1
設(shè)備名稱(chēng)
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
鏜床
C6113
1
夾具名稱(chēng)
夾具編號(hào)
切削液
鏜孔夾具
柴油
工步
工步內(nèi)容
工藝裝備
主軸轉(zhuǎn)速（r／min）
切削速度（m／min）
進(jìn)給量(mm／r)
切削深度(mm)
走刀次數(shù)
1
粗鏜∮25H8深8孔
鏜夾具
粗鏜刀
精鏜刀
550
257.48
0.33
1.0
1
2
精鏜∮25H8深8孔
600
32.66
0.45
0.25
2
設(shè)計(jì)（日期）
校對(duì)（日期）
審核（日期）
處數(shù)
更改文件號(hào)
簽字
日期
張國(guó)東
XX學(xué)院
機(jī)械加工過(guò)程卡
產(chǎn)品名稱(chēng)
變速器
零件名稱(chēng)
操縱蓋
共 1 頁(yè)
第 1 頁(yè)
產(chǎn)品型號(hào)
零件編號(hào)
No
材料名稱(chēng)及牌號(hào)
ADC12
機(jī)械性能
HB190
零件毛重
1.56Kg
每臺(tái)零件數(shù)
毛坯外形尺寸
97X61X71
毛坯類(lèi)型
壓鑄
零件凈重
1.2Kg
每批數(shù)量
車(chē) 間
工
序
號(hào)
工 序 名 稱(chēng)
設(shè) 備
工 具 名 稱(chēng) 及 編 號(hào)
工件
等級(jí)
單件工時(shí)
（分）
備 注
型 號(hào) 與 名 稱(chēng)
夾 具
刀 具
量 具
輔 具
鑄造
00
壓鑄、清理
熱處理
10
退火處理
機(jī)加
20
粗銑、精銑97，高74底部大端面
X5032
銑面夾具
面銑刀
游標(biāo)卡尺、銑刀盤(pán)
機(jī)加
30
粗銑、精銑∮32頂部端面
X5032
銑面夾具
面銑刀
游標(biāo)卡尺、銑刀盤(pán)
機(jī)加
40
鉆∮底孔∮13，絞∮13孔至尺寸
Z3050
專(zhuān)用夾具
∮13鉆頭，∮14機(jī)用鉸刀
游標(biāo)卡尺
機(jī)加
50
鉆、絞直孔
Z3050
鉆孔夾具
∮8鉆頭，∮9機(jī)用鉸刀
游標(biāo)卡尺
機(jī)加
60
鉆、絞
Z3050
鉆孔夾具
∮5鉆頭，∮6機(jī)用鉸刀
游標(biāo)卡尺
機(jī)加
70
锪平∮20凸臺(tái)至尺寸
Z3050
鉆孔夾具
Φ20锪鉆
游標(biāo)卡尺
80
鉆、攻M8X1.25-6H螺紋孔底孔∮7，攻M8牙
Z3050
鉆孔夾具
∮7鉆頭，M8絲攻
游標(biāo)卡尺
機(jī)加
90
粗鏜、半精鏜∮25H8深8孔至尺寸
T6113
鏜孔夾具
內(nèi)孔鏜刀
內(nèi)徑千分尺
鉗工
100
倒棱，去毛刺
鉗工臺(tái)
平板銼
質(zhì)檢
110
檢驗(yàn)
檢驗(yàn)臺(tái)上
過(guò) 更
程 改
卡 欄
通知書(shū)寫(xiě)
修改代號(hào)
數(shù)量
簽 字
日期
通知書(shū)寫(xiě)
修改代號(hào)
數(shù)量
簽 字
日期
產(chǎn) 更
品 改
圖 欄
更 改 代 號(hào)
制 定
張國(guó)東
校對(duì)
審核
會(huì) 簽
批 準(zhǔn)
學(xué) 科 類(lèi)：工科 學(xué) 號(hào)：
學(xué)校代碼： 密 級(jí)：
2015屆本科生畢業(yè)論文
汽車(chē)變速器操縱蓋工藝及工裝夾具設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
院 系： 機(jī)電工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
姓 名：
指導(dǎo)教師：
答辯日期： 二〇一五年三月
摘 要
本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是操縱蓋加工工藝規(guī)程及孔鉆孔夾具的設(shè)計(jì)。操縱蓋主要是用在汽車(chē)變速器上面，其主要加工表面及控制位置為長(zhǎng)度為97的底部大端面和以及。由零件要求分析可知，保證孔的精度尺寸的同時(shí)應(yīng)該盡量保證其與底部大端面的垂直度，這對(duì)于后工序裝配和總成使用上來(lái)說(shuō)都有重要影響。所以，工序安排時(shí)，采取以97的底部大端面粗定位夾緊加工后，對(duì)孔進(jìn)行鉆削加工同時(shí)成型。因其粗糙度為Ra12.5，可通過(guò)鉆、絞孔來(lái)滿(mǎn)足。對(duì)于鉆孔時(shí)，主要以操縱蓋的97的底部大端面定位，控制其自由度，以達(dá)到加工出來(lái)的產(chǎn)品滿(mǎn)足要求并且一致性好的目的。本文的研究重點(diǎn)在于通過(guò)對(duì)操縱蓋的工藝性和力學(xué)性能分析，對(duì)加工工藝進(jìn)行合理分析，選擇確定合理的毛坯、加工方式、設(shè)計(jì)高效、省力的夾具，通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證，最終加工出合格的操縱蓋零件。
【關(guān)鍵詞】操縱蓋 加工工藝 夾具設(shè)計(jì) 夾具
Abstract
The connecting rod is one of the main driving medium of diesel engine, this text expounds mainly the machining technology and the design of clamping device of the connecting rod. The precision of size, the precision of profile and the precision of position , of the connecting rod is demanded highly , and the rigidity of the connecting rod is not enough, easy to deform, so arranging the craft course, need to separate the each main and superficial thick finish machining process. Reduce the function of processing the surplus , cutting force and internal stress progressively , revise the deformation after processing, can reach the specification requirement for the part finally .
【Keyword】Connecting rod Deformination Processing technology Design of clamping device
目 錄
摘要 3
Abstract 4
第一章 緒 論 4
第二章 零件的分析 5
2.1、零件的作用 5
2.2、零件的工藝分析 5
第三章 毛坯的確定以及毛坯圖和零件圖的繪出 8
3.1、分析毛坯的制作以及其組成 8
3.2、加工余量和工序、毛坯尺寸的確定 8
第四章 操縱蓋的工藝規(guī)程的設(shè)計(jì) 10
4.1、確定定位基準(zhǔn) 10
4.2、工藝路線的確定 10
4.3、選擇加工設(shè)備及刀、夾、量具 14
4.4 確定切削用量及基本工時(shí) 16
4.4.1粗銑、精銑97，高74底部大端面 17
4.4.2 粗銑、精銑∮32頂部端面 18
4.4.3鉆∮底孔∮13，絞∮13孔至尺寸 18
4.4.4鉆、絞直孔 19
4.4.5鉆、絞 20
4.4.6锪平∮20凸臺(tái)至尺寸 23
4.4.7鉆、攻M8X1.25-6H螺紋孔底孔∮7，攻M8牙 24
4.4.8粗鏜、半精鏜∮25H8深8孔至尺寸 25
第五章 鉆孔夾具的設(shè)計(jì) 27
5.1選擇定位基準(zhǔn) 28
5.2分析誤差 29
5.3夾具的夾緊力和切削力的計(jì)算 30
5.4夾緊元件及動(dòng)力裝置確定 33
5.5夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明 35
小結(jié) 36
參考文獻(xiàn) 37
致 謝 38
第一章 緒 論
本文首先對(duì)操縱蓋的零件進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)操縱蓋進(jìn)行的研究和分析，描述了操縱蓋零件的加工工藝的制定，各工序的加工工藝的分析以及切削用量和工時(shí)的計(jì)算等相關(guān)內(nèi)容。為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保證加工質(zhì)量，與指導(dǎo)老協(xié)商后，覺(jué)得用夾具比較合適。
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，根據(jù)課題所給的零件圖、技術(shù)要求，通過(guò)查閱相關(guān)資料和書(shū)籍，了解和掌握了的機(jī)械加工工藝和編程的一般方法和步驟，并運(yùn)用這些方法和步驟進(jìn)行了操縱蓋的機(jī)械加工工藝及夾具設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想“簡(jiǎn)便、高效、經(jīng)濟(jì)”。力求生產(chǎn)處符合要求的產(chǎn)品。
第二章 零件的分析
2.1 零件的作用
題目所給的零件是操縱蓋，而操縱蓋一般是壓鑄機(jī)壓鑄而成，上面鉆或銑有直孔或者是螺紋孔，其作用是用來(lái)與其它部件進(jìn)行連接的。同時(shí)操縱蓋零件一般都是用在汽車(chē)變速器上面，而本課題的任務(wù)就是”汽車(chē)變速器操縱蓋工藝及工裝夾具設(shè)計(jì)“。
2.2 零件的工藝分析
（1）以零件圖里正視于我們的面作為加工面。
操縱蓋的加工，中間孔的加工，底部大端面的加工，其中孔的表面粗糙度要求為，孔的表面粗糙度要求同樣為，底部大端面的表面粗糙度為；
（2）以剖視圖中心軸線為中心的主要加工表面的加工面。
這一組加工表面包括：
內(nèi)孔的鏜削加工以及孔的鉆、絞削加工。
（3）以左視圖視圖方向的主要加工表面的加工面。
這一組加工表面包括：
內(nèi)孔的鉆、絞削加工，以及M8X1.25-6H螺孔的加工。
以下是該操縱蓋零件的零件圖。
圖1-1 操縱蓋零件圖主視圖
圖1-2 操縱蓋圖左視圖
圖1-3 操縱蓋圖剖視圖
第三章 確毛坯的確定以及毛坯圖和零件圖的繪出
3.1、分析毛坯的制作以及其組成
“操縱蓋”零件材料采用壓鑄而成。材料為ADC12，需要退火處理，生產(chǎn)類(lèi)型為大批量生產(chǎn)，采用鑄造毛坯。
由于零件尺寸不大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此我們采用壓鑄的形式，從而提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低成本。
3.2、加工余量和工序、毛坯尺寸的確定
3.2.1、長(zhǎng)度97，高74底部大端面的加工余量
通過(guò)分析操縱蓋的各個(gè)工序，我們可以得知，加工長(zhǎng)度97，高74底部大端面的時(shí)是需要經(jīng)過(guò)銑削加工得到，所以各個(gè)工序的加工余量具體分配如下：
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)材料為壓鑄件，且為ADC12時(shí)，粗銑的加工余量為2.1-6.5mm,根據(jù)實(shí)際情況，在這里，我們?nèi)?.5mm.其厚度偏差我們?nèi)?0.28mm。
同樣地，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)材料為壓鑄件，且為ADC12鋼時(shí)，精銑的加工余量為0.8-1.0mm,根據(jù)實(shí)際情況，在這里，我們?nèi)?mm.其厚度偏差我們?nèi)?0.28mm。
所以通過(guò)計(jì)算可知：毛坯尺寸為：74+2.5+2.5=79mm。
經(jīng)查表《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，由于工件為ADC12鋼，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，壓鑄件的尺寸公差為CT6級(jí)，于是就有操縱蓋毛坯的尺寸公差為1.5mm。
根據(jù)以上分析可知：操縱蓋毛坯件的理論尺寸經(jīng)計(jì)算得：74+2.5+2.5=79mm
操縱蓋毛坯件的理論最小尺寸經(jīng)計(jì)算得：79-0.8=78.2mm
操縱蓋毛坯件的理論最大尺寸經(jīng)計(jì)算得：79+0.8=79.8mm
操縱蓋毛坯件的理論經(jīng)過(guò)粗銑后的最大尺寸經(jīng)計(jì)算得：79.8-1-1=77.8mm
操縱蓋毛坯件的理論經(jīng)過(guò)粗銑后的最小尺寸經(jīng)計(jì)算得：78.2-1-1=76.2mm
操縱蓋經(jīng)過(guò)精銑后，尺寸與圖示相符。
3.2.2、鉆、絞直孔內(nèi)孔的加工余量
通過(guò)分析操縱蓋的各個(gè)工序，我們可以得知，加工的時(shí)候是需要經(jīng)過(guò)鉆、絞兩個(gè)工序得到，所以各個(gè)工序的加工余量具體分配如下：
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)材料為鑄件，且為ADC12鋼時(shí)，鉆孔的加工余量為2.0mm。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)材料為鑄件，且為ADC12鋼時(shí)，絞孔的加工余量為0.3mm。
根據(jù)以上分析可知：操縱蓋毛坯件的理論尺寸經(jīng)計(jì)算得：φ9-2-2=φ5；
經(jīng)查表《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，由于工件為ADC12鋼，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，鑄件的尺寸公差為CT6級(jí)，于是就有操縱蓋毛坯的尺寸公差為1.1mm。
根據(jù)以上分析可知：操縱蓋毛坯件的理論尺寸經(jīng)計(jì)算得：φ9-2-2=φ5；
操縱蓋毛坯件的理論最大尺寸經(jīng)計(jì)算得：φ5+0.55=φ5.55；
操縱蓋毛坯件的理論最小尺寸經(jīng)計(jì)算得：φ5-0.55=φ4.45；
根據(jù)以上分析確定鉆孔工序尺寸為φ5；
操縱蓋經(jīng)過(guò)鉸孔后，尺寸與圖示相符。
3.2.3、∮25H8深8孔的加工余量
通過(guò)分析操縱蓋的各個(gè)工序，我們可以得知，加工∮25H8孔的時(shí)候是需要經(jīng)過(guò)粗鏜、精鏜兩個(gè)工序得到的，所以各個(gè)工序的加工余量具體分配如下：
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)材料為鑄件，且為ADC12鋼時(shí)，粗鏜的加工余量為2.0mm。
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)材料為鑄件，且為ADC12鋼時(shí)，精鏜的加工余量為0.3mm。
根據(jù)以上分析可知：操縱蓋毛坯件的理論尺寸經(jīng)計(jì)算得：φ25-2-1-0.3=φ21.7；
經(jīng)查表《實(shí)用機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得，由于工件為ADC12鋼，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，鑄件的尺寸公差為CT6級(jí)，于是就有操縱蓋毛坯的尺寸公差為1.1mm。
根據(jù)以上分析可知：操縱蓋毛坯件的理論尺寸經(jīng)計(jì)算得：φ25-2-1.3-0.3=φ21.7mm；
毛坯最大尺寸為φ21.7mm+0.55=φ22.25mm；
操縱蓋毛坯件的理論最大尺寸經(jīng)計(jì)算得：φ22.25.mm-0.55=φ21.7mm；
根據(jù)以上分析確定粗鏜工序尺寸為φ21.7mm；
操縱蓋經(jīng)過(guò)精鏜后，尺寸與圖示相符。
第四章 操縱蓋工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)
4.1、確定定位基準(zhǔn)
4.1.1、確定粗基準(zhǔn)
粗基準(zhǔn)是開(kāi)始加工工件的時(shí)候要用到的基準(zhǔn)，其選擇需要滿(mǎn)足一下幾點(diǎn)的需要：
1、一定要確保各個(gè)重要支撐孔的加工余量均勻分布。
2、在選擇一個(gè)面作為粗基準(zhǔn)時(shí)，需要確保工件的內(nèi)壁留有一定的余量。
4.1.2、確定精基準(zhǔn)
精基準(zhǔn)的確定關(guān)系到整個(gè)零件的加工精度，是加工一個(gè)零件最重要的因素，所以在加工工件之前，一定要準(zhǔn)確無(wú)誤地確定工件的精基準(zhǔn)的確定。從操縱蓋零件圖可知，操縱蓋的兩組外圓端面最先就經(jīng)過(guò)了粗銑工序?qū)崿F(xiàn)，為了車(chē)操縱蓋中間的那個(gè)的內(nèi)孔，必須選擇操縱蓋的上面和已經(jīng)車(chē)削出來(lái)的內(nèi)孔面作為精基準(zhǔn)，因?yàn)檫@幾個(gè)工序都已經(jīng)加工出來(lái)了，并且有一定的精度，我們選擇兩面一孔，正好滿(mǎn)足了基準(zhǔn)的選定原則，符合操縱蓋零件的加工工藝要求，只有這樣，才能加工出滿(mǎn)足圖紙尺寸的零件來(lái)。
4.2、工藝路線的確定
工藝路線的確定的合適與否直接關(guān)系到工件的加工的生產(chǎn)效率以及質(zhì)量，是機(jī)械加工中的第一要素，必要重點(diǎn)對(duì)待，在操縱蓋這個(gè)零件中，我們必須遵循零件加工工藝的基本原則，即為先面后孔，先粗鏜后精鏜，在這里，我們先對(duì)操縱蓋的上下兩個(gè)端面進(jìn)行銑削加工然后就是操縱蓋零件的孔的鉆削、絞削加工，最后就是粗、精鏜內(nèi)孔。
根據(jù)操縱蓋零件的特點(diǎn)，確定操縱蓋的加工工藝路線如下： 方案一：
鑄造出毛坯外形
退火處理去除表面應(yīng)力
工序1：粗銑、精銑97，高74底部大端面,
工序2：粗銑、精銑∮32頂部端面。
工序3：鉆、絞直孔。
工序4：鉆、絞。
工序5：锪平∮20凸臺(tái)至尺寸。
工序6：鉆、攻M8X1.25-6H螺紋孔底孔∮7，攻M8牙。
工序7：粗鏜、半精鏜∮25H8深8孔至尺寸。
工序8：倒棱，去毛刺。
工序9：檢驗(yàn)。
方案二：
壓鑄出毛坯外形
退火處理去除表面應(yīng)力
工序1：粗銑、精銑97，高74底部大端面,
工序2：粗銑、精銑∮32頂部端面。
工序3：鉆、絞直孔。
工序4：鉆、絞。
工序5：锪平∮20凸臺(tái)至尺寸。
工序6：粗鏜、半精鏜∮25H8深8孔至尺寸。
工序7：鉆、攻M8X1.25-6H螺紋孔底孔∮7，攻M8牙。
工序8：倒棱，去毛刺。
工序9：檢驗(yàn)。
方案三：
鑄造出毛坯外形
退火處理去除表面應(yīng)力
工序1：粗銑、精銑97，高74底部大端面,
工序2：粗銑、精銑∮32頂部端面。
工序3：锪平∮20凸臺(tái)至尺寸。
工序4：粗鏜、半精鏜∮25H8深8孔至尺寸。
工序5：鉆、攻M8X1.25-6H螺紋孔底孔∮7，攻M8牙。
工序6：鉆、絞直孔。
工序7：鉆、絞。
工序8：倒棱，去毛刺。
工序9：檢驗(yàn)。
其中，方案二的工藝路線雖能方便工人安裝加工，但在裝夾加工過(guò)程中會(huì)對(duì)零件已加工好表面造成破壞，造成零件損失；方案三，能加工出所要的零件，但加工時(shí)對(duì)零件的裝夾和拆卸較頻繁，時(shí)間耽擱較長(zhǎng)，生產(chǎn)率下降；所以，綜合選定，方案一可用。
4.3、選擇加工設(shè)備及刀、夾、量具
由圖樣分析，該圖樣需要銑削上下兩端面的輪廓，在這里我們?cè)阢娸喞獣r(shí)選用φ20mm立銑刀。而鉆削加工時(shí)我們可以選擇直柄麻花鉆頭，量具可選用0--150mm為75-100mm的測(cè)量游標(biāo)卡尺，外徑千分尺，游標(biāo)深度卡尺等。
4.4 確定切削用量及基本工時(shí)
4.4.1粗銑、精銑97，高74底部大端面
本工序?yàn)榇帚姟⒕?7，高74底部大端面的工序，所選刀具為硬質(zhì)合金端銑刀。銑刀直徑d=20mm,寬度L=40mm，齒數(shù)z=10。根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.2選擇銑刀的幾何形狀。由于加工材料為ADC12，=145MPa，硬度為160—180HBS，鑄件，有外皮。故選擇=8°，=+5°。
已知銑削寬度=61mm，銑削深度mm。機(jī)床為XA5032型立式銑床，工件裝在虎口鉗中。
（Ⅰ）確定每齒進(jìn)給量
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.5，當(dāng)使用YG6，銑床功率為7.5Kw（《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.30）
，采用對(duì)稱(chēng)銑，故取
（Ⅱ）選擇銑刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)以及刀具壽命
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.7和表3.8，銑刀后刀面最大磨損量取為1.5mm，由于銑刀的直徑d=20mm，故銑刀的壽命T=180min。
（Ⅲ）確定銑削速度和每分鐘進(jìn)給量
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.27中公式計(jì)算：
公式中 =245 ,=0.2，=0.35，=0.15，=0.2，=0，=0.32，=80,=50,=2.3,=1.0。
=91.16m/min
=
=326.90r/min
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.30，XA5032立式銑床主軸轉(zhuǎn)速表，選擇n=300r/min，縱向進(jìn)給量=235mm/min。
實(shí)際切削速度和每齒進(jìn)給量分別為
=
=75.36m/min
=
=0.08mm/z
(Ⅳ)檢驗(yàn)機(jī)床功率
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.24，當(dāng)，，，z=10,，近似。
根據(jù)XA5032型立式銑床說(shuō)明書(shū)機(jī)床主軸允許的功率為，，
故，因此選擇切削用量采用，即
，，n=300r/min，m/min，。
2）基本工時(shí)計(jì)算
公式中，l=140mm，根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.26，對(duì)稱(chēng)安裝銑刀入切量及超切量，則L=152mm。
4.4.2 粗銑、精銑∮32頂部端面
本工序?yàn)榇帚?、精銑操縱蓋∮32頂部端面的工序我們選擇機(jī)床：數(shù)控銑床 XK7132，功率P=13kw；
刀具：選用高速鋼圓鑲齒三面刃銑刀 查 《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》3.1—39，刀具數(shù)據(jù)如下：d=16
1)銑削進(jìn)寬度的選擇
根據(jù)實(shí)際工況，我們通過(guò)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》3.1—27可知
1—2 這里取1.5
2)選擇進(jìn)給量
經(jīng)過(guò)查表可知：0.23
3)選擇銑削的速度
經(jīng)查表可知
所以：
4)計(jì)算切削時(shí)間
查《機(jī)械制造工藝、金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表1.4—15 可知：
所以，
5)計(jì)算銑削力
根據(jù)實(shí)際工況，我們通過(guò)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》有 ：
式中：
所以，
6)校核機(jī)床功率
查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表3.28有
所以，機(jī)床的功率足夠；
4.4.3 鉆∮底孔∮13，絞∮13孔至尺寸
本工序?yàn)殂@、絞孔，根據(jù)實(shí)際工況，我們選擇機(jī)床：Z3050組合鉆床，刀具我們選擇麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀；
（1）鉆定位孔
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表，我們知道，
切削深度：；
進(jìn)給量：根據(jù)《實(shí)用機(jī)械工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)中》表2.4-39，??；
切削速度：參照《實(shí)用機(jī)械工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)中》表2.4-41，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：
走刀次數(shù)為1
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》可知，有一下公式：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
（2）擴(kuò)∮26孔
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表，我們知道，
切削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)《實(shí)用機(jī)械工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)中》表2.4-52，擴(kuò)通孔取
切削速度：參照《實(shí)用機(jī)械工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)中》表2.4-53，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：
走刀次數(shù)為1
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》可知，有一下公式：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—42有
所以
1計(jì)算切削深度
4)鉆削扭矩的計(jì)算
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
式中
所以
5)計(jì)算軸向力
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
軸向力
式中
所以，
因零件材料為HB=150，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
所以，實(shí)際的切削扭矩和軸向力分別為：
6)計(jì)算切削功率
因?yàn)?
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
所以，機(jī)床功率足夠;
4.4.4鉆、絞直孔
本工序?yàn)殂@、絞孔通孔，根據(jù)實(shí)際工況，我們選擇機(jī)床：Z3050組合鉆床，刀具我們選擇麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀；
（1）鉆定位孔
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表，我們知道，
切削深度：；
進(jìn)給量：根據(jù)《實(shí)用機(jī)械工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)中》表2.4-39，?。?
切削速度：參照《實(shí)用機(jī)械工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)中》表2.4-41，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：
走刀次數(shù)為1
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》可知，有一下公式：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
（2）絞孔
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表，我們知道，
切削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)《實(shí)用機(jī)械工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)中》表2.4-52，擴(kuò)通孔取
切削速度：參照《實(shí)用機(jī)械工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)中》表2.4-53，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：
走刀次數(shù)為1
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》可知，有一下公式：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—42有
所以
1計(jì)算切削深度
4)鉆削扭矩的計(jì)算
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
式中
所以
5)計(jì)算軸向力
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
軸向力
式中
所以，
因零件材料為HB=150，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
所以，實(shí)際的切削扭矩和軸向力分別為：
6)計(jì)算切削功率
因?yàn)?
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
所以，機(jī)床功率足夠;
4.4.5鉆、絞
本工序?yàn)殂@、絞孔通孔，根據(jù)實(shí)際工況，我們選擇機(jī)床：Z3050組合鉆床，刀具我們選擇麻花鉆、擴(kuò)孔鉆、鉸刀；
（1）鉆定位孔
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表，我們知道，
切削深度：；
進(jìn)給量：根據(jù)《實(shí)用機(jī)械工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)中》表2.4-39，??；
切削速度：參照《實(shí)用機(jī)械工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)中》表2.4-41，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：，取
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：
走刀次數(shù)為1
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》可知，有一下公式：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
（2）絞孔
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表，我們知道，
切削深度：
進(jìn)給量：根據(jù)《實(shí)用機(jī)械工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)中》表2.4-52，擴(kuò)通孔取
切削速度：參照《實(shí)用機(jī)械工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)中》表2.4-53，取
機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速：
實(shí)際切削速度：
被切削層長(zhǎng)度：
刀具切入長(zhǎng)度：
刀具切出長(zhǎng)度：
走刀次數(shù)為1
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》可知，有一下公式：
機(jī)動(dòng)時(shí)間：
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—42有
所以
1計(jì)算切削深度
4)鉆削扭矩的計(jì)算
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
式中
所以
5)計(jì)算軸向力
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
軸向力
式中
所以，
因零件材料為HB=150，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
所以，實(shí)際的切削扭矩和軸向力分別為：
6)計(jì)算切削功率
因?yàn)?
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
所以，機(jī)床功率足夠;
4.4.6 锪平∮20凸臺(tái)至尺寸
本工序?yàn)轱疗健?0凸臺(tái)，已知工件材料ADC12，鑄件在這里，機(jī)床的選用: 選用搖臂鉆床Z35，功率P=1.5kw；
鉆頭的選擇: 選用20锪鉆 材料為高速鋼鉆頭基本參數(shù)為：；；
1)鉆削進(jìn)給量的選擇
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—42有
2)鉆削速度的選擇
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—42有
所以
3)計(jì)算切削深度
4)鉆削扭矩的計(jì)算
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
式中：
所以，
5)計(jì)算軸向力
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
軸向力
式中
所以
因零件材料為HB=150，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
所以，實(shí)際的切削扭矩和軸向力分別為：
6)計(jì)算切削功率
因?yàn)?
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
所以，機(jī)床功率足夠;
4.4.7 鉆、攻M8X1.25-6H螺紋孔底孔∮7，攻M8牙
本工序?yàn)殂@、攻M8X1.25-6H螺孔，已知工件材料ADC12，鑄件
在這里，機(jī)床的選用: 選用搖臂鉆床Z35，功率P=1.5kw；
鉆頭的選擇: 選用7麻花鉆，M8絲攻 材料為高速鋼
鉆頭基本參數(shù)為：；；
1)鉆削進(jìn)給量的選擇
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—42有
2)鉆削速度的選擇
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—42有
所以
3)計(jì)算切削深度
4)鉆削扭矩的計(jì)算
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
式中：
所以，
5)計(jì)算軸向力
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
軸向力
式中
所以
因零件材料為HB=150，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
所以，實(shí)際的切削扭矩和軸向力分別為：
6)計(jì)算切削功率
因?yàn)?
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
所以，機(jī)床功率足夠;
4.4.8粗鏜、半精鏜∮25H8深8孔至尺寸
本工序?yàn)榇昼M、半精鏜∮25H8深8孔，已知工件材料ADC12，鑄件
在這里，機(jī)床的選用: 選用鏜床T6113，功率P=1.5kw；
鏜刀的選擇: 選用20內(nèi)孔鏜刀 材料為高速鋼
鏜刀基本參數(shù)為：；；
1)鏜削進(jìn)給量的選擇
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—42有
2)鏜削速度的選擇
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—42有
所以
3)計(jì)算切削深度
4)鏜削扭矩的計(jì)算
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
式中：
所以，
5)計(jì)算軸向力
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
軸向力
式中
所以
因零件材料為HB=150，查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
所以，實(shí)際的切削扭矩和軸向力分別為：
6)計(jì)算切削功率
因?yàn)?
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》表3—36有
所以，機(jī)床功率足夠;
第五章 鉆孔夾具的設(shè)計(jì)
本夾具主要用來(lái)鉆、絞的內(nèi)孔。其中孔表面粗糙度要為Ra。并作為左右端面垂直度的基準(zhǔn)，其質(zhì)量直接影響左右端面的精度。所以對(duì)特定的工序做專(zhuān)用的夾具，在某些方面來(lái)說(shuō)，能夠大大提高生產(chǎn)率，和勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠減少加工時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
5.1選擇定位基準(zhǔn)
參照操縱蓋的零件圖，我們可以看出內(nèi)孔有一定的粗糙度要求，由于在鉆孔之前上平面已經(jīng)進(jìn)行了銑削加工，所以選擇左右兩個(gè)側(cè)面作為定位基準(zhǔn)面，并且以尺寸為74的底部大端面同樣作為定位基準(zhǔn)來(lái)對(duì)工件進(jìn)行定位，限制工件的自由度，這樣工件就別限制了自由度，從而達(dá)到了定位的目的。
5.2分析誤差
工件的工序基準(zhǔn)為兩個(gè)外圓端面的定位，通過(guò)對(duì)沿著中心軸線車(chē)削加工的內(nèi)孔進(jìn)行車(chē)削加工，此時(shí)可求出孔心在接觸點(diǎn)與壓板中心連線方向上的最大變動(dòng)量為孔徑公差多一半。工件的定位基準(zhǔn)為孔心。工序尺寸方向與固定接觸點(diǎn)和銷(xiāo)中心連線方向相同，則其定位誤差為:Td=Dmax-Dmin ；
本夾具采用操縱蓋的高度74的上下經(jīng)過(guò)銑削后的大端面作為定位基準(zhǔn)，利用光面壓板和六角頭調(diào)節(jié)支撐件對(duì)稱(chēng)壓著操縱蓋零件來(lái)進(jìn)行操縱蓋多個(gè)自由度的限制，并且限位狀態(tài)良好，能夠滿(mǎn)足工序要求，這樣就很好地對(duì)工件進(jìn)行了定位，從而很方便地對(duì)操縱蓋零件進(jìn)行車(chē)削加工。
由相關(guān)機(jī)械加工手冊(cè)可知：
1 、分析定位誤差：在的前提下；夾具體距離定位孔距離為，高度為；有：
2 、分析夾緊誤差 ，由以上公式，我們知道：
于是就是接觸誤差的位移值為：
⑶、根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知：通常不超過(guò)
⑷、相對(duì)誤差的分析：有
分析誤差的總數(shù)累加之和：
從以上的分析可見(jiàn)，所設(shè)計(jì)的夾具能滿(mǎn)足零件的加工精度要求。
5.3夾具的夾緊力和切削力的計(jì)算
由于孔切削力各不相同，因此選擇通用孔的切削力為標(biāo)準(zhǔn)。在這里我們采用硬質(zhì)合金車(chē)刀。其具體參數(shù)為：
由相關(guān)手冊(cè)和規(guī)范可得：
計(jì)算圓周切削分力： 式（3.1）
式中
通過(guò)查找相關(guān)圖表： 可得
因此有：
有：
同樣地，計(jì)算徑向切削分力的公式位 ： 其中：
有：
計(jì)算軸向切削分力的公式為：
其中：
即：
因此有：
通過(guò)以下公式來(lái)計(jì)算安全系數(shù)：
式中：
因此，有：
5.4夾緊元件及動(dòng)力裝置的確定
根據(jù)設(shè)計(jì)要求保證夾具一定的先進(jìn)性且?jiàn)A緊力并不是很大，所以采取螺旋夾緊裝置。工件在夾具體上安裝后，通過(guò)推動(dòng)移動(dòng)壓板將工件夾緊。
整個(gè)壓緊裝置大致圖如下：
圖4-4 操縱蓋鉆孔夾具夾緊裝置
5.5夾具設(shè)計(jì)及操作的簡(jiǎn)要說(shuō)明
車(chē)孔的夾具，裝卸工件時(shí)，通過(guò)定位軸將工件的工藝孔放入定位銷(xiāo)中，保證工件的定位，然后將移動(dòng)壓板轉(zhuǎn)移到工件上方，通過(guò)壓板，將工件夾緊，然后車(chē)桿引導(dǎo)可以對(duì)工件進(jìn)行加工，加工完成后仍然通過(guò)將工件取走。
圖4-5 鉆孔夾具裝配圖
小 結(jié)
在最近的一段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們充分把握的設(shè)計(jì)方法和步驟，不僅復(fù)習(xí)所學(xué)的知識(shí)，而且還獲得新的經(jīng)驗(yàn)與啟示，在各種軟件的使用找到的資料或圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，會(huì)遇到不清楚的作業(yè)，老師和學(xué)生都能給予及時(shí)的指導(dǎo)，確保設(shè)計(jì)進(jìn)度，本文所設(shè)計(jì)的是汽車(chē)變速器工藝及工裝夾具的設(shè)計(jì)，通過(guò)初期的定稿，查資料和開(kāi)始正式做畢設(shè)，讓我系統(tǒng)地了解到了所學(xué)知識(shí)的重要性，從而讓我更加深刻地體會(huì)到做一門(mén)學(xué)問(wèn)不易，需要不斷鉆研，不斷進(jìn)取才可要做的好，總之，本設(shè)計(jì)完成了老師和同學(xué)的幫助下，在大學(xué)研究的最感謝幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，是大家的幫助才使我的論文得以通過(guò)。
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致 謝
至此在論文完成之際，向我的導(dǎo)師表示由衷的感謝！真心的感謝我的導(dǎo)師這幾年來(lái)對(duì)我的諄諄教導(dǎo)，感謝我敬愛(ài)的老師，您不僅在學(xué)習(xí)學(xué)業(yè)上給我以精心的指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無(wú)微不至的關(guān)懷支持和理解，給予我人生的啟迪，使我在順利地完成大學(xué)階段的學(xué)業(yè)同時(shí)，也學(xué)到了很多有用的做人的道理，明確了人生目標(biāo)。知道自己想要什么了，不再是從前那個(gè)愛(ài)貪玩的我了。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，銳意創(chuàng)新的學(xué)術(shù)作風(fēng)，認(rèn)真加負(fù)責(zé)，公而忘私的敬業(yè)精神，豁達(dá)開(kāi)朗的寬廣胸懷，平易近人。經(jīng)過(guò)近半年努力的設(shè)計(jì)與計(jì)算，查找了各類(lèi)的鍵槽加工設(shè)備的設(shè)計(jì)資料，論文終于可以完成了，我的心里無(wú)比的激動(dòng)和開(kāi)心。雖然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因?yàn)槲易约阂呀?jīng)盡力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大學(xué)四年來(lái)對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用和體現(xiàn)。四年的學(xué)習(xí)和生活，不僅豐富了我的知識(shí)，而且鍛煉了我的個(gè)人能力，更重要的是從周?chē)睦蠋熀屯瑢W(xué)們身上潛移默化的學(xué)到了許多有用的知識(shí)，在此對(duì)所有關(guān)心我?guī)椭业谋磉_(dá)我由衷敬意，謝謝各位同學(xué)老師。
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