畢業(yè)論文=現(xiàn)代機(jī)床和夾具的協(xié)調(diào)發(fā)展_第1頁(yè)
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1、 云南廣播電視大學(xué) 云南國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院機(jī)械電子工程學(xué)院畢業(yè)論文課 題 現(xiàn)代機(jī)床和夾具的協(xié)調(diào)發(fā)展 教 研 室 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造教研室 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 班 級(jí) 10 機(jī)制班 學(xué)生姓名學(xué)號(hào) 導(dǎo)師姓名 職稱 副教授 2012 年 10月 15 日摘 要機(jī)床是工作母機(jī),機(jī)床制造業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要作用。建國(guó)初期,在優(yōu)先發(fā)展重工業(yè)的方針指導(dǎo)下,機(jī)床制造業(yè)迅速發(fā)展,按國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃建立了一批機(jī)床制造廠,專業(yè)分工明確,機(jī)床型號(hào)齊全,形成了完整的通用機(jī)床制造體系。 隨著汽車、航空航天等工業(yè)輕合金材料的廣泛應(yīng)用,高速加工已成為制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)。高速加工具有縮短加工時(shí)間、提高加工精度和表

2、面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn),在模具制造等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。機(jī)床的高速化需要新的數(shù)控系統(tǒng)、高速電主軸和高速伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng),以及機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和輕量化。高速加工不僅是設(shè)備本身,而是機(jī)床、刀具、刀柄、夾具和數(shù)控編程技術(shù),以及人員素質(zhì)的集成。現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展有著: 機(jī)床的高速化、 精密化、 從工序復(fù)合到完整加工、 信息化、 智能化-測(cè)量、 監(jiān)控和補(bǔ)償、 微型化、 新的并聯(lián)機(jī)構(gòu)原理、 新的工藝過程、 新結(jié)構(gòu)和新材料、新的設(shè)計(jì)方法和手段、 直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)、 開放式數(shù)控系統(tǒng)、 可重組制造系統(tǒng)等特點(diǎn)。 在現(xiàn)在社會(huì)里,機(jī)械加工的要求越來越高,加工的產(chǎn)品要求也越來越高。這就需要機(jī)床本身的要求高,現(xiàn)代的機(jī)床加工離不開夾具的配合,機(jī)

3、床和夾具的配合發(fā)展越好加工出來的產(chǎn)品才能越好。機(jī)床和夾具的協(xié)調(diào)發(fā)展創(chuàng)不僅會(huì)帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而且還能創(chuàng)造更多的財(cái)富。關(guān)鍵詞: 協(xié)調(diào); 先進(jìn);配合;發(fā)展目 錄第1章 現(xiàn)代機(jī)床簡(jiǎn)介和發(fā)展方向3 第一節(jié) 機(jī)床概述3 第二節(jié) 現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展方向7第二章 機(jī)床夾具概述11 第一節(jié)機(jī)床夾具的主要功能11 第二節(jié) 機(jī)床夾具的分類15 第三節(jié) 機(jī)床夾具的組成17第三章 工藝 夾具的設(shè)計(jì)18 第一節(jié) 工藝設(shè)計(jì)方案18 第二節(jié) 夾具設(shè)計(jì)方案 18第四章 機(jī)床夾具的現(xiàn)狀及發(fā)展方向19 第一節(jié) 機(jī)床夾具的現(xiàn)狀19 第二節(jié) 機(jī)床夾具的發(fā)展方向 19第5章 經(jīng)濟(jì)發(fā)展與機(jī)床和夾具協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系21參考文獻(xiàn)22致謝23第一章 現(xiàn)

4、代機(jī)床簡(jiǎn)介和發(fā)展方向第一節(jié) 機(jī)床概述機(jī)床是工作母機(jī),機(jī)床制造業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要作用。建國(guó)初期,在優(yōu)先發(fā)展重工業(yè)的方針指導(dǎo)下,機(jī)床制造業(yè)迅速發(fā)展,按國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃建立了一大批機(jī)床制造廠,專業(yè)分工明確,機(jī)床型號(hào)齊全,形成了完整的通用機(jī)床制造體系。向各行各業(yè)提供了大量的工作母機(jī),有力地推動(dòng)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 1.產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)引進(jìn) 應(yīng)用數(shù)字控制等先進(jìn)技術(shù),不斷開發(fā)新產(chǎn)品,滿足高質(zhì)量、高效率和高靈活性的要求是現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展特征,并成為世界各機(jī)床廠家正在為之努力的目標(biāo)。因此,國(guó)內(nèi)很多廠家也在引進(jìn)數(shù)控技術(shù)和產(chǎn)品,生產(chǎn)了各種類型的數(shù)控機(jī)床,從歷屆機(jī)床展覽會(huì)可見一斑,可以說中國(guó)的機(jī)床制造業(yè)的技術(shù)水平

5、有了很大提高。但是,不能不看到,大多數(shù)廠家在日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中,特別是在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中仍顯得能力不足。應(yīng)當(dāng)指出,新產(chǎn)品開發(fā)不是引進(jìn)或仿制其他廠家的機(jī)型。引進(jìn)或仿制的產(chǎn)品對(duì)制造廠家是新產(chǎn)品,對(duì)市場(chǎng)卻不是新產(chǎn)品。引進(jìn)或仿制在一定時(shí)期是必要的,正如在建國(guó)初期我們通過仿制前蘇聯(lián)的產(chǎn)品建立了中國(guó)的機(jī)床制造業(yè)體系一樣,在改革開放初期引進(jìn)技術(shù)可以使我們的機(jī)床制造業(yè)快速跟上世界先進(jìn)水平。但是,這不應(yīng)是我們的唯一發(fā)展方向和最終目標(biāo)。新產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)該是指全新機(jī)型或現(xiàn)有產(chǎn)品的改進(jìn)型。目前,在新產(chǎn)品開發(fā)方面,美國(guó)的機(jī)床公司處在世界前列。為了適市場(chǎng)需求,g&l公司不惜重金開發(fā)出ram系列高速加工中心。采用整體床身,提

6、高機(jī)床的剛性;選用滾動(dòng)導(dǎo)軌,適應(yīng)高速要求。換刀速度(切屑到切屑)為4.55s,運(yùn)行速度達(dá)38m/min,贏得了大量用戶。ingersoll公司開發(fā)的hvm800型加工中心用直線電動(dòng)機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠的傳動(dòng)系統(tǒng),簡(jiǎn)化機(jī)床的結(jié)構(gòu),運(yùn)行速度76m/min,現(xiàn)已投放市場(chǎng)。新產(chǎn)品的開發(fā)往往對(duì)控制系統(tǒng)提出更高的要求,通用控制系統(tǒng)不能滿足要求時(shí),還要進(jìn)行控制系統(tǒng)的開發(fā)。美國(guó)的g&l公司、cincinnati公司和德國(guó)的heller公司等均針對(duì)自己的系列產(chǎn)品,開發(fā)專用控制系統(tǒng),并相繼建立起相當(dāng)規(guī)模的控制系統(tǒng)研制中心,生產(chǎn)專用控制系統(tǒng),為各自的系列產(chǎn)品配套。而不直接采用專業(yè)電氣公司的通用控制系統(tǒng)

7、,避免功能浪費(fèi),彌補(bǔ)功能不足。這些才是新產(chǎn)品開發(fā)。我們應(yīng)當(dāng)在引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)自己的新產(chǎn)品,或開發(fā)某些領(lǐng)先技術(shù)改進(jìn)我們的產(chǎn)品。當(dāng)然,開發(fā)新產(chǎn)品需要大量資金投入,只有將現(xiàn)有產(chǎn)品以高質(zhì)量的品位占領(lǐng)市場(chǎng)才可能積累資金,用于產(chǎn)品開發(fā)工作,即人們常說的“以老養(yǎng)新”。 2. 通用機(jī)床與專用機(jī)床 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,特別是改革開放以來,專用組合機(jī)床的需求量增加,通用機(jī)床的需求量相對(duì)減少。于是,各通用機(jī)床廠紛紛建立專機(jī)車間或?qū)C(jī)分廠,生產(chǎn)組合機(jī)床。由于設(shè)計(jì)、制造、組裝和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)不足,使之在市場(chǎng)特別是國(guó)際市場(chǎng)中缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。組合機(jī)床作為一種現(xiàn)代機(jī)床,它不是通用部件、各種元件、刀夾輔具和控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)單組合,從設(shè)計(jì)制造

8、到組裝調(diào)試都有其專業(yè)特征。通用機(jī)床是成熟產(chǎn)品,即使是改進(jìn)型也是經(jīng)過一輪或幾輪試制后,方能投產(chǎn)。通用機(jī)床的整機(jī)和零部件可以有少量庫(kù)存,生產(chǎn)時(shí)間充裕。而組合機(jī)床一般是單機(jī)一次性生產(chǎn),不可能進(jìn)行試制,而且要求在一定的時(shí)間內(nèi)完成制造。這就要求機(jī)床廠家有一支經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)隊(duì)伍,特別是資深的方案工程師。在訂購(gòu)組合機(jī)床時(shí),用戶往往將技術(shù)方案作為前提之一,因?yàn)橐粋€(gè)好的方案可以為用戶帶來很大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí),也使機(jī)床制造廠家便于組織生產(chǎn)。好的技術(shù)方案是用最簡(jiǎn)捷的形式,滿足工藝要求,并且易于操作、調(diào)整和維修。這就要求通用部件的選擇,刀具的設(shè)計(jì)和選擇,夾具的設(shè)計(jì),控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等都要相對(duì)合理。

9、專用組合機(jī)床一般用于大量生產(chǎn),需要加工精度長(zhǎng)期穩(wěn)定,因此,對(duì)其質(zhì)量的要求與通用機(jī)床有很大不同,通常要求工序能力系數(shù)cpk1.33。國(guó)內(nèi)一知名機(jī)床廠為用戶設(shè)計(jì)制造一條殼體生產(chǎn)線,用戶要求在技術(shù)協(xié)議中將工序能力系數(shù)cpk1.33作為一項(xiàng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),廠家明確表示達(dá)不到這一要求。他們只能同意按被加工零件圖紙給定公差的75%作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),這一驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與工序能力系數(shù)cpk1.33的要求相差甚遠(yuǎn)。有的廠家甚至不了解工序能力系數(shù)這一概念。應(yīng)當(dāng)指出,cpk=1.33是最低要求,有的國(guó)外用戶將cpk4.0作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。提高機(jī)床的質(zhì)量是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,它要求制造廠家建立一套完整的質(zhì)量控制體系。從方案論證到產(chǎn)品設(shè)計(jì)

10、,從原料進(jìn)貨到元件采購(gòu),從工藝編制到加工制造,從安裝調(diào)試到售后服務(wù),都必須嚴(yán)格控制。才能有效保證整機(jī)的產(chǎn)品質(zhì)量,得到市場(chǎng)的認(rèn)可。為了占領(lǐng)市場(chǎng),世界各廠家爭(zhēng)相提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量。美國(guó)的一家機(jī)床公司向用戶承諾,訂購(gòu)該公司設(shè)備時(shí),他們“不是在拿到訂單之后就一走了之,再見面時(shí)設(shè)備已經(jīng)制造完畢并請(qǐng)你付款,這時(shí)你所看到的只是設(shè)備的外表,而看不到內(nèi)在質(zhì)量。例如,你知道主軸的精度和硬度嗎?”他們的做法是:向你報(bào)告從方案設(shè)計(jì)、元件采購(gòu)、加工制造到裝配調(diào)試的全過程并接受你的檢查。他們之所以能夠做到這一點(diǎn)是因?yàn)橄翊蠖鄶?shù)機(jī)床制造廠家一樣,機(jī)床在投入制造后,每個(gè)零件都備有一張卡片,將每道工序檢驗(yàn)結(jié)果填寫在卡片上并輸

11、入計(jì)算機(jī),使制造的全過程處于受控狀態(tài),從而保證了機(jī)床的出廠質(zhì)量。這些都是值得我們借鑒的質(zhì)量管理方法。 通用機(jī)床一般不需要制造廠家到用戶安裝調(diào)試,即使需要也很簡(jiǎn)單。而組合機(jī)床則需要制造廠家到用戶安裝調(diào)試,且過程復(fù)雜,周期較長(zhǎng)。要求廠家培養(yǎng)和建立一支有經(jīng)驗(yàn)的安裝調(diào)試隊(duì)伍。此外,因?yàn)榻M合機(jī)床均用于大量生產(chǎn),如果機(jī)床故障不能及時(shí)排除,其他設(shè)備很難替代,勢(shì)必造成停產(chǎn),將給用戶帶來重大損失。因此,售后服務(wù)也是組合機(jī)床生產(chǎn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。鑒于這種情況,通用機(jī)床廠家應(yīng)當(dāng)揚(yáng)長(zhǎng)避短,利用自己的專業(yè)特點(diǎn)開發(fā)和生產(chǎn)專用機(jī)床。例如,車床廠家可以生產(chǎn)制造曲軸專用車床,磨床廠家可以生產(chǎn)制造曲軸和凸輪軸專用磨床等。 3. 自

12、動(dòng)生產(chǎn)線與加工中心 大家知道,由組合機(jī)床組成的自動(dòng)生產(chǎn)線因?yàn)榫哂懈咝У奶攸c(diǎn)廣泛用于大批量生產(chǎn)。但是,隨著機(jī)床技術(shù)的發(fā)展,目前自動(dòng)生產(chǎn)線有被加工中心取代的趨勢(shì),這是由自動(dòng)生產(chǎn)線和加工中心兩方面原因所致。自動(dòng)線所加工的零件品種單一,若改變加工品種需要對(duì)自動(dòng)線進(jìn)行改造;自動(dòng)線中有一臺(tái)機(jī)床發(fā)生故障時(shí),將造成全線停產(chǎn),這對(duì)企業(yè)的發(fā)展和組織生產(chǎn)都是不利的。近年來,加工中心發(fā)展很快,新型的加工中心已具備了用于大量生產(chǎn)的能力,而且克服了自動(dòng)線的缺點(diǎn)。在加工中心上只需更換夾具和程序,即可改變加工品種;在加工中心上一般采用工序集中的方式加工零件,由多臺(tái)加工中心完成同一工作,某一臺(tái)機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí),對(duì)生產(chǎn)影響不大?,F(xiàn)

13、在,由加工中心組成的柔性生產(chǎn)線集中了自動(dòng)生產(chǎn)線和加工中心的優(yōu)點(diǎn),倍受一些大型用戶青睞。在美國(guó)cincinnati公司為一家用戶設(shè)計(jì)制造的柔性生產(chǎn)線上,同時(shí)生產(chǎn)21種不同的箱體。這條生產(chǎn)線主要由數(shù)臺(tái)加工中心(加工中心的數(shù)量可以根據(jù)需要增減)和一條用于輸送各品種夾具的主輸送道組成。工人只需將某一工件裝夾到該工件的夾具上,輸送道即可自動(dòng)將夾具送入第一臺(tái)加工中心,加工中心根據(jù)夾具的型號(hào),調(diào)出相應(yīng)的程序進(jìn)行加工,加工完成后,夾具自動(dòng)退回輸送道,輸送道將其送至下一臺(tái)加工中心,隨后,下一夾具進(jìn)入第一臺(tái)加工中心,以此類推,加工完成后,由工人卸下工件。全線由中央計(jì)算機(jī)控制,中央計(jì)算機(jī)除與各加工中心和輸送道的控制

14、系統(tǒng)相聯(lián)外,還與刀具測(cè)量間相聯(lián),將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入各加工中心,加工中心則根據(jù)刀具參數(shù)調(diào)整切削參數(shù),以保證加工精度。只要輸送道上有足夠裝有工件的夾具,生產(chǎn)線可在無人看管的情況下工作,直至輸送道上所有工件全部加工完畢,生產(chǎn)線自動(dòng)停止工作,工時(shí)利用率在90%以上。 可以說加工中心和柔性生產(chǎn)線將主導(dǎo)下一世紀(jì)的機(jī)械制造業(yè),我國(guó)機(jī)床廠家應(yīng)根據(jù)這一情況制訂和調(diào)整自己的技術(shù)發(fā)展規(guī)劃。 4. 主機(jī)與元件 現(xiàn)代機(jī)床均裝備大量的元件(包括電器元件、液壓元件和氣動(dòng)元件等),元件的質(zhì)量是決定主機(jī)能否正常工作的重要因素。由于大多數(shù)元件為外購(gòu)件,主機(jī)廠家不能直接控制其質(zhì)量。經(jīng)常出現(xiàn)了機(jī)床制造廠家和用戶同時(shí)抱怨元件質(zhì)量情況。為了

15、降低機(jī)床故障率,有些用戶在向國(guó)內(nèi)廠家訂購(gòu)設(shè)備時(shí),明確提出裝備進(jìn)口元件,而制造廠家也贊同這一作法。造成大量國(guó)外元件涌進(jìn)中國(guó)市場(chǎng)。在改革開放的今天,我們并不反對(duì)進(jìn)口必要的元件,特別是一些我們尚未開發(fā)的品種或型號(hào)。但是,諸如限位開關(guān)和換向閥之類元件也需大量進(jìn)口,不能說是一種正?,F(xiàn)象。 元件作為標(biāo)準(zhǔn)或通用產(chǎn)品,其生產(chǎn)方式與主機(jī)不同,元件屬于大批量生產(chǎn)。只要嚴(yán)格控制原料質(zhì)量,并按成熟的加工工藝和裝配工藝進(jìn)行生產(chǎn),其質(zhì)量不難得到控制。現(xiàn)在,國(guó)內(nèi)元件制造廠家也在引進(jìn)國(guó)外技術(shù)或合資生產(chǎn)各種元件,關(guān)鍵是引進(jìn)質(zhì)量管理方法,全面提高元件質(zhì)量,創(chuàng)立中國(guó)的名牌元件,使元件與主機(jī)的技術(shù)水平同步發(fā)展,才能增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。

16、 5. 夾具與附件 現(xiàn)代機(jī)床特別是組合機(jī)床通常配備專用夾具,有些組合機(jī)床是圍繞專用夾具設(shè)計(jì)的,專用夾具作為組合機(jī)床的重要組成部分,往往是能否滿足使用要求的關(guān)鍵。目前,國(guó)內(nèi)組合機(jī)床的專用夾具基本上由機(jī)床制造廠家一并設(shè)計(jì)制造,有的廠家特別是通用機(jī)床廠家將主要精力放在主機(jī)上,而忽視夾具的設(shè)計(jì)制造。在安裝調(diào)試過程中修改夾具設(shè)計(jì)的現(xiàn)象屢見不鮮。實(shí)際上,有些夾具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度并不亞于主機(jī)。在某種程度上,夾具的設(shè)計(jì)制造與機(jī)床是兩種不同的專業(yè)。組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ),夾具則無此條件,需要有經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)工程師完成全部設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)中要充分考慮定位夾緊合理,裝卸工件方便和易于排屑等方面的問題,并由經(jīng)驗(yàn)豐富的工

17、人完成制造。因此,歐美的機(jī)床制造廠家自己一般不承擔(dān)夾具的設(shè)計(jì)與制造,而是由主機(jī)制造廠商提出技術(shù)要求向?qū)I(yè)夾具公司訂貨,效果很好。國(guó)內(nèi)的機(jī)床附件廠原來主要生產(chǎn)與通用機(jī)床配套的各類卡盤和分度頭等機(jī)床附件,這就是說即使在通用機(jī)床占主導(dǎo)的年代,夾具與主機(jī)也是專業(yè)分工的。隨著通用機(jī)床和專用機(jī)床需求比例的變化,專用夾具的需求量不斷增加,通用機(jī)床附件相對(duì)減少,機(jī)床附件的生產(chǎn)廠家應(yīng)該適應(yīng)市場(chǎng)需要擴(kuò)大經(jīng)營(yíng)范圍,組建夾具公司,承攬專用夾具的設(shè)計(jì)與制造業(yè)務(wù)。這不僅有利于附件廠家自身的發(fā)展,也有利于機(jī)床制造業(yè)的發(fā)展。 第二節(jié) 現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展方向1. 機(jī)床的高速化 隨著汽車、航空航天等工業(yè)輕合金材料的廣泛應(yīng)用,高速加工

18、已成為制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢(shì)。高速加工具有縮短加工時(shí)間、提高加工精度和表面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn),在模具制造等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。機(jī)床的高速化需要新的數(shù)控系統(tǒng)、高速電主軸和高速伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng),以及機(jī)床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和輕量化。高速加工不僅是設(shè)備本身,而是機(jī)床、刀具、刀柄、夾具和數(shù)控編程技術(shù),以及人員素質(zhì)的集成。高速化的最終目的是高效化,機(jī)床僅是實(shí)現(xiàn)高效的關(guān)鍵之一,絕非全部,生產(chǎn)效率和效益在刀尖上。 2. 機(jī)床的精密化 按照加工精度,機(jī)床可分為普通機(jī)床、精密機(jī)床和超精機(jī)床,加工精度大約每8年提高一倍。數(shù)控機(jī)床的定位精度即將告別微米時(shí)代而進(jìn)入亞微米時(shí)代,超精密數(shù)控機(jī)床正在向納米進(jìn)軍。在未來10年,精密化與高速化、智

19、能化和微型化匯合而成新一代機(jī)床。機(jī)床的精密化不僅是汽 車、電子、醫(yī)療器械等工業(yè)的迫切需求,還直接關(guān)系到航空航天、導(dǎo)彈衛(wèi)星、新型武器等國(guó)防工業(yè)的現(xiàn)代化。3. 從工序復(fù)合到完整加工70年代出現(xiàn)的加工中心開多工序集成之先河,現(xiàn)已發(fā)展到完整加工,即在一臺(tái)機(jī)床上完成復(fù)雜零件的全部加工工序。完整加工通過工藝過程集成,一次裝卡就把一個(gè)零件加工過程全部完成。由于減少裝卡次數(shù),提高了加工精度,易于保證過程的高可靠性和實(shí)現(xiàn)零缺陷生產(chǎn)。此外,完整加工縮短了加工過程鏈和輔助時(shí)間,減少了機(jī)床臺(tái)數(shù),簡(jiǎn)化了物料流,提高了生產(chǎn)設(shè)備的柔性,生產(chǎn)總占地面積小,使投資更加有效。4. 機(jī)床的信息化機(jī)床信息化的典型案例是mazak41

20、0h,該機(jī)床配備有信息塔,實(shí)現(xiàn)了工作地的自主管理。信息塔具有語音、文本和視像等通訊功能。與生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),下載工作指令和加工程序。工件試切時(shí),可在屏幕上觀察加工過程。信息塔實(shí)時(shí)反映機(jī)床工作狀態(tài)和加工進(jìn)度,并可以通過手機(jī)查詢。信息塔同時(shí)進(jìn)行工作地?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和刀具壽命管理,以及故障報(bào)警顯示、在線幫助排除。機(jī)床操作權(quán)限需經(jīng)指紋確認(rèn)。5. 機(jī)床的智能化-測(cè)量、監(jiān)控和補(bǔ)償機(jī)床智能化包括在線測(cè)量、監(jiān)控和補(bǔ)償。數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)及其閉環(huán)控制就是簡(jiǎn)單的應(yīng)用案例。為了進(jìn)一步提高加工精度,機(jī)床的圓周運(yùn)動(dòng)精度和刀頭點(diǎn)的空間位置,可以通過球桿儀和激光測(cè)量后,輸入數(shù)控系統(tǒng)加以補(bǔ)償。未來的數(shù)控機(jī)床將會(huì)配備各種微型

21、傳感器,以監(jiān)控切削力、振動(dòng)、熱變形等所產(chǎn)生的誤差,并自動(dòng)加以補(bǔ)償或調(diào)整機(jī)床工作狀態(tài),以提高機(jī)床的工作精度和穩(wěn)定性。6. 機(jī)床的微型化隨著納米技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)的迅速進(jìn)展,開發(fā)加工微型零件的機(jī)床已經(jīng)提到日程上來了。微型機(jī)床同時(shí)具有高速和精密的特點(diǎn),最小的微型機(jī)床可以放在掌心之中,一個(gè)微型工廠可以放在手提箱中。操作者通過手柄和監(jiān)視屏幕控制整個(gè)工廠的運(yùn)作。7. 新的并聯(lián)機(jī)構(gòu)原理傳統(tǒng)機(jī)床是按笛卡爾坐標(biāo)將沿3個(gè)坐標(biāo)軸線的移動(dòng)x、y、z和繞3個(gè)坐標(biāo)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)a、b、c依次串聯(lián)疊加,形成所需的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床是采用各種類型的桿機(jī)構(gòu)在空間移轉(zhuǎn)主軸部件,形成所需的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊

22、、剛度高、動(dòng)態(tài)性能好等一系列優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用前景廣闊。8. 新的工藝過程除了金屬切削和鍛壓成形外,新的加工工藝方法和過程層出不窮,機(jī)床的概念正在變化。激光加工領(lǐng)域日益擴(kuò)大,除激光切割、激光焊接外,激光孔加工、激光三維加工、激光熱處理、激光直接金屬制造等應(yīng)用日益廣泛。電加工、超聲波加工、疊層銑削、快速成型技術(shù)、三維打印技術(shù)各顯神通。9. 新結(jié)構(gòu)和新材料機(jī)床高速化和精密化要求機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和輕量化,以減少機(jī)床部件運(yùn)動(dòng)慣量對(duì)加工精度的負(fù)面影響,大幅度提高機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能。例如,借助有限元分析對(duì)機(jī)床構(gòu)件進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化,設(shè)計(jì)箱中箱結(jié)構(gòu),以及采用空心焊接結(jié)構(gòu)或鉛合金材料已經(jīng)開始從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嵱谩?0. 新的設(shè)計(jì)方法

23、和手段我國(guó)機(jī)床設(shè)計(jì)和開發(fā)手段要盡快從甩圖板的二維cad向三維cad過渡。三維建模和仿真是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),是企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的源泉。在此三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行cad/cam/cae/pdm的集成,加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度,保證新產(chǎn)品的順利投產(chǎn),并逐步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理。11. 直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)在傳統(tǒng)機(jī)床中,電動(dòng)機(jī)和機(jī)床部件是借助耦合元件,如皮帶、齒輪和聯(lián)軸節(jié)等加以連接,實(shí)現(xiàn)部件所需的移動(dòng)或旋轉(zhuǎn),機(jī)和電是分家的。直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)是將電動(dòng)機(jī)與機(jī)械部件集成為一體,成為機(jī)電一體化的功能部件,如直線電動(dòng)機(jī)、電主軸、電滾珠絲桿和力矩電動(dòng)機(jī)等。直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)簡(jiǎn)化了機(jī)床結(jié)構(gòu),提高了機(jī)床的剛度和動(dòng)態(tài)性能,運(yùn)動(dòng)速度和加工精度。12.

24、開放式數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的開放是大勢(shì)所趨。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)有三種形式:1)全開放系統(tǒng),即基于微機(jī)的數(shù)控系統(tǒng),以微機(jī)作為平臺(tái),采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的各種功能,通過伺服卡傳送數(shù)據(jù),控制坐標(biāo)軸電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)。2)嵌入系統(tǒng),即cnc+pc,cnc控制坐標(biāo)軸電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng),pc作為人機(jī)界面和網(wǎng)絡(luò)通信。3)融合系統(tǒng),在cnc的基礎(chǔ)上增加pc主板,提供鍵盤操作,提高人機(jī)界面功能,如siemens840di和fanuc210i。13. 可重組制造系統(tǒng)隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快,專用機(jī)床的可重構(gòu)性和制造系統(tǒng)的可重組性日益重要。通過數(shù)控加工單元和功能部件的模塊化,可以對(duì)制造系統(tǒng)進(jìn)行快速重組和配置,以適應(yīng)變型

25、產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。機(jī)械、電氣和電子、液和氣、以及控制軟件的接口規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化是實(shí)現(xiàn)可重組性的關(guān)鍵。14. 虛擬機(jī)床和虛擬制造為了加快新機(jī)床的開發(fā)速度和質(zhì)量,在設(shè)計(jì)階段借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),可以在機(jī)床還沒有制造出來以前,就能夠評(píng)價(jià)機(jī)床設(shè)計(jì)的正確性和使用性能,在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的各種失誤,減少損失,提高新機(jī)床開發(fā)的質(zhì)量。第二章 機(jī)床夾具概述 機(jī)床夾具是在機(jī)械制造過程中,用來固定加工對(duì)象,使之占有正確位置,以接受加工或檢測(cè)并保證加工要求的機(jī)床附加裝置,簡(jiǎn)稱為夾具。 第一節(jié)機(jī)床夾具的主要功能 在機(jī)床上加工工件時(shí),必須用夾具裝好夾牢工件。將工件裝好,就是在機(jī)床上確定工件相對(duì)于刀具的正確位置,這一過程稱為定位。

26、將工件夾牢,就是對(duì)工件施加作用力,使之在已經(jīng)定好的位置上將工件可靠地夾緊,這一過程稱為夾緊。從定位到夾緊的全過程,稱為裝夾。機(jī)床夾具的主要功能就是完成工件的裝夾工作。工件裝夾情況的好壞,將直接影響工件的加工精度。 工件的裝夾方法有找正裝夾法和夾具裝夾法兩種。 找正裝夾方法是以工件的有關(guān)表面或?qū)iT劃出的線痕作為找正依據(jù),用劃針或指示表進(jìn)行找正,將工件正確定位,然后將工件夾緊,進(jìn)行加工。如圖4-1所示,在銑削連桿狀零件的上下兩平面時(shí),若批量不大,則可在機(jī)用虎鉗中,按側(cè)邊劃出的加工線痕,用劃針找正。 (沿用吳拓主編的機(jī)械制造工業(yè)與機(jī)床夾具北京:機(jī)械工業(yè)出版社2006.8)圖4-1 在機(jī)用臺(tái)虎鉗上找正

27、和裝夾連桿狀零件在機(jī)用虎鉗上找正和裝夾連桿狀零件,這種方法安裝方法簡(jiǎn)單,不需專門設(shè)備,但精度不高,生產(chǎn)率低,因此多用于單件、小批量生產(chǎn)。 夾具裝夾方法是靠夾具將工件定位、夾緊,以保證工件相對(duì)于刀具、機(jī)床的正確位置。圖4-2所示為銑削連桿狀零件的上下兩平面所用的銑床夾具。這是一個(gè)雙位置的專用銑床夾具。毛坯先放在i位置上銑出第一端面(a面),然后將此工件翻過來放入ii位置銑出第二端面(b面)。夾具中可同時(shí)裝夾兩個(gè)工件。 圖4-2 銑連桿狀零件兩面的比位置專用銑床夾具 1對(duì)刀塊(兼擋銷) 2鋸齒頭支承釘 3、4、5擋銷 6壓板 7螺母 8壓板支承釘 9定位鍵。 (沿用吳拓主編的機(jī)械制造工業(yè)與機(jī)床夾具

28、北京:機(jī)械工業(yè)出版社2006.8)圖4-2 銑桿狀零件兩面的比位置專用夾具 圖4-3所示為專供加工軸套零件上6h9徑向孔的鉆床夾具。工件以內(nèi)孔及其端面作為定位基準(zhǔn),通過擰緊螺母將工件牢固地壓在定位元件上。 (沿用吳拓主編的機(jī)械制造工業(yè)與機(jī)床夾具北京:機(jī)械工業(yè)出版社2006.8)圖4-3 鉆軸套零件上6h9徑向孔的專用鉆床夾具 通過以上實(shí)例分析,可知用夾具裝加工件的方法有以下幾個(gè)特點(diǎn): 1)工件在夾具中的正確定位,是通過工件上的定位基準(zhǔn)面與夾具上的定位元件相接觸而實(shí)現(xiàn)的。因此,不再需要找正便可將工件夾緊。 2)由于夾具預(yù)先在機(jī)床上已調(diào)整好位置(也有在加工過程中再進(jìn)行找正的),因此,工件通過夾具對(duì)

29、于機(jī)床也就占有了正確的位置。 3)通過夾具上的對(duì)刀裝置,保證了工件加工表面相對(duì)于刀具的正確位置。 4)裝夾基本上不受工人技術(shù)水平的影響,能比較容易和穩(wěn)定地保證加工精度。 5)裝夾迅速、方便,能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,顯著地減少輔助時(shí)間,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 6)能擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍。如要鏜削圖4-4所示機(jī)體上的階梯孔,若沒有臥式鏜床和專用設(shè)備,可設(shè)計(jì)一夾具在車床上加工。 (沿用吳拓主編的機(jī)械制造工業(yè)與機(jī)床夾具北京:機(jī)械工業(yè)出版社2006.8)圖4-4 機(jī)體零件簡(jiǎn)圖 第二節(jié) 機(jī)床夾具的分類機(jī)床夾具的種類很多,形狀千差萬別。為了設(shè)計(jì)、制造和管理的方便,往往按某一屬性進(jìn)行分類。1按夾具的通用特性分類 按這一分類方

30、法,常用的夾具有通用夾具、專用夾具、可調(diào)夾具、組合夾具和自動(dòng)線夾具等五大類。它反映夾具在不同生產(chǎn)類型中的通用特性,因此是選擇夾具的主要依據(jù)。 (1)通用夾具 通用夾具是指結(jié)構(gòu)、尺寸已規(guī)格化,且具有一定通用性的夾具,如三爪自定心卡盤、四爪單動(dòng)卡盤、臺(tái)虎鉗、萬能分度頭、中心架、電磁吸盤等。其特點(diǎn)是適用性強(qiáng)、不需調(diào)整或稍加調(diào)整即可裝夾一定形狀范圍內(nèi)的各種工件。這類夾具已商品化,且成為機(jī)床附件。采用這類夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,減少夾具品種,從而降低生產(chǎn)成本。其缺點(diǎn)是夾具的加工精度不高,生產(chǎn)率也較低,且較難裝夾形狀復(fù)雜的工件,故適用于單件小批量生產(chǎn)中。 (2)專用夾具 專用夾具是針對(duì)某一工件的某一工序的

31、加工要求而專門設(shè)計(jì)和制造的夾具。其特點(diǎn)是針對(duì)性極強(qiáng),沒有通用性。在產(chǎn)品相對(duì)穩(wěn)定、批量較大的生產(chǎn)中,常用各種專用夾具,可獲得較高的生產(chǎn)率和加工精度。專用夾具的設(shè)計(jì)制造周期較長(zhǎng),隨著現(xiàn)代多品種及中、小批生產(chǎn)的發(fā)展,專用夾具在適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性等方面已產(chǎn)生許多問題。 (3)可調(diào)夾具 可調(diào)夾具是針對(duì)通用夾具和專用夾具的缺陷而發(fā)展起來的一類新型夾具。對(duì)不同類型和尺寸的工件,只需調(diào)整或更換原來夾具上的個(gè)別定位元件和夾緊元件便可使用。它一般又分為通用可調(diào)夾具和成組夾具兩種。通用可調(diào)夾具的通用范圍大,適用性廣,加工對(duì)象不太固定。成組夾具是專門為成組工藝中某組零件設(shè)計(jì)的,調(diào)整范圍僅限于本組內(nèi)的工件??烧{(diào)夾具在多品種

32、、小批量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。 (4)成組夾具 這是在成組加工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類夾具。它是根據(jù)成組加工工藝的原則,針對(duì)一組形狀相近的零件專門設(shè)計(jì)的,也是具有通用基礎(chǔ)件和可更換調(diào)整元件組成的夾具。這類夾具從外形上看,它和可調(diào)夾具不易區(qū)別。但它與可調(diào)夾具相比,具有使用對(duì)象明確、設(shè)計(jì)科學(xué)合理、結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。 (5)組合夾具 組合夾具是一種模塊化的夾具,并已商品化。標(biāo)準(zhǔn)的模塊元件具有較高精度和耐磨性,可組裝成各種夾具,夾具用畢即可拆卸,留待組裝新的夾具。由于使用組合夾具可縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,元件能重復(fù)多次使用,并具有可減少專用夾具數(shù)量等優(yōu)點(diǎn);因此組合夾具在單件、中小批多品種生產(chǎn)和數(shù)控加工

33、中,是一種較經(jīng)濟(jì)的夾具。 (6)自動(dòng)線夾具 自動(dòng)線夾具一般分為兩種:一種為固定式夾具,它與專用夾具相似;另一種為隨行夾具,使用中夾具隨著工件一起運(yùn)動(dòng),并將工件沿著自動(dòng)線從一個(gè)工位移至下一個(gè)工位進(jìn)行加工。 2按夾具使用的機(jī)床分類 這是專用夾具設(shè)計(jì)所用的分類方法。按使用的機(jī)床分類,可把夾具分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、磨床夾具、齒輪機(jī)床夾具、數(shù)控機(jī)床夾具等。 3 按夾具動(dòng)力源來分類 按夾具夾緊動(dòng)力源可將夾具分為手動(dòng)夾具和機(jī)動(dòng)夾具兩大類。為減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和確保安全生產(chǎn),手動(dòng)夾具應(yīng)有擴(kuò)力機(jī)構(gòu)與自鎖性能。常用的機(jī)動(dòng)夾具有氣動(dòng)夾具、液壓夾具、氣液夾具、電動(dòng)夾具、電磁夾具、真空夾具和離心力夾具等

34、。第三節(jié) 機(jī)床夾具的組成 雖然機(jī)床夾具的種類繁多,但它們的工作原理基本上是相同的。將各類夾具中,作用相同的結(jié)構(gòu)或元件加以概括,可得出夾具一般所共有的以下幾個(gè)組成部分,這些組成部分既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。 1 定位支承元件 定位支承元件的作用是確定工件在夾具中的正確位置并支承工件,是夾具的主要功能元件之一。如圖4-2所示的鋸齒頭支承釘2和擋銷3、4、5。定位支承元件的定位精度直接影響工件加工的精度。 2夾緊裝置 夾緊元件的作用是將工件壓緊夾牢,并保證在加工過程中工件的正確位置不變。如圖4-2所示的壓板6。 3連接定向元件 這種元件用于將夾具與機(jī)床連接并確定夾具對(duì)機(jī)床主軸、工作臺(tái)或?qū)к壍南嗷ノ恢谩H?/p>

35、圖4-2所示的定向鍵9。 4對(duì)刀元件或?qū)蛟?這些元件的作用是保證工件加工表面與刀具之間的正確位置。用于確定刀具在加工前正確位置的元件稱為對(duì)刀元件,如圖4-2所示的對(duì)刀塊1。用于確定刀具位置并引導(dǎo)刀具進(jìn)行加工的元件稱為導(dǎo)向元件,如圖4-3所示的快換鉆套1。 5其它裝置或元件 根據(jù)加工需要,有些夾具上還設(shè)有分度裝置、靠模裝置、上下料裝置、工件頂出機(jī)構(gòu)、電動(dòng)扳手和平衡塊等,以及標(biāo)準(zhǔn)化了的其它聯(lián)接元件。 6夾具體 夾具體是夾具的基體骨架,用來配置、安裝各夾具元件使之組成一整體。常用的夾具體為鑄件結(jié)構(gòu)、鍛造結(jié)構(gòu)、焊接結(jié)構(gòu)和裝配結(jié)構(gòu),形狀有回轉(zhuǎn)體形和底座形等形狀上述各組成部分中,定位元件、夾緊裝置、夾

36、具體是夾具的基本組成部分第三章 工藝 夾具的設(shè)計(jì)第一節(jié) 工藝設(shè)計(jì)方案 1、工藝設(shè)計(jì)方案:無論是在傳統(tǒng)制造還是現(xiàn)代制造系統(tǒng)中都離不開工藝與夾具的設(shè)計(jì),并且設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想都是現(xiàn)有的條件下以優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的工藝完成零件的加工。本課題是在企業(yè)的現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備上進(jìn)行零件的加工。本產(chǎn)品要求較高的疲勞強(qiáng)度,連桿兩端面要有高的位置精度誤差,根據(jù)加工順序安排的原則,先銑出兩個(gè)平面為鉆小頭孔作定位基準(zhǔn)等等,工藝設(shè)計(jì)方案初步擬定為:模鍛坯調(diào)質(zhì)處理探傷銑兩平面磨兩平面鉆小頭孔鏜小頭孔銑大頭定位點(diǎn)銑小頭定位點(diǎn)粗銑舌頂面鏜半邊大頭孔銑打標(biāo)記處到尺寸精銑舌頂面銑槽側(cè)分開面擠壓螺紋拉舌槽。第二節(jié) 夾具設(shè)計(jì)方案 鉆床夾具在批量生

37、產(chǎn)中是使用最多的一種機(jī)床夾具。其設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想是:機(jī)床夾具是保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要技術(shù)手段,其結(jié)構(gòu)形式必須與其生產(chǎn)類型和市場(chǎng)變化相適應(yīng),夾具設(shè)計(jì)要注重標(biāo)準(zhǔn)化。本課題是鉆孔夾具設(shè)計(jì),本課題夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案見本說明書第三章專用夾具設(shè)計(jì)。 第四章 機(jī)床夾具的現(xiàn)狀及發(fā)展方向 第一節(jié) 機(jī)床夾具的現(xiàn)狀 夾具最早出現(xiàn)在18世紀(jì)后期。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。國(guó)際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明,目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85左右?,F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代,以適應(yīng)市場(chǎng)的需求與競(jìng)爭(zhēng)。然而,一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專

38、用夾具,一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里,約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具;另一方面,在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中,每隔34年就要更新5080左右專用夾具,而夾具的實(shí)際磨損量?jī)H為1020左右。特別是近年來,數(shù)控機(jī)床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)(fms)等新加工技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)機(jī)床夾具提出了如下新的要求: 1、能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn),以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,降低生產(chǎn)成本; 2、能裝夾一組具有相似性特征的工件; 3、能適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具; 4、能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具; 5、采用以液壓站等為動(dòng)力源的高效夾緊裝置,以進(jìn)一步減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率; 6、提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。第二節(jié) 機(jī)床夾具的發(fā)展方向 一、現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化和柔性化等四個(gè)方面。(1)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個(gè)方面。目前我國(guó)已有夾具零件及部件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):gb/t2148t225991以及各類通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化,有利于夾具的商品化生產(chǎn),有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,降低生產(chǎn)總成本。(2)精密化隨著機(jī)械產(chǎn)品精度的日益提高,勢(shì)必相應(yīng)提高了對(duì)夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多,例如用于精密分度的多齒盤,其分度精度可達(dá)0.

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