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文檔簡介
1、課程設(shè)計示例及相關(guān)內(nèi)容講解圖2-1、圖2-2分別為某拖拉機用撥叉零件的零件圖和三維圖樣。己知:零 件材料為45鋼,重量為4.5kg,年產(chǎn)量Q=8000臺/年,m=l件/臺。試為該撥義 零件編制工藝規(guī)程。圖2-1撥叉零件圖圖2-2撥叉零件三維圖第一節(jié)零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定一、零件的作用該撥叉應(yīng)用在某拖拉機變速箱的換檔機構(gòu)中。撥叉頭以仍0皿孔套在變速 叉軸上,并用銷釘經(jīng)08山孔與變速叉軸聯(lián)結(jié),撥叉腳則夾在雙聯(lián)變換齒輪的槽 中。當需要變速時,操縱變速桿,變速操縱機構(gòu)就通過撥叉頭部的操縱槽帶動撥 叉與變速義軸一起在變速箱中滑動,撥義腳撥動雙聯(lián)變換齒輪在花鍵軸上滑動以 改換檔位,從而改變拖拉機的
2、行駛速度。該撥義在改換檔位時要承受彎曲應(yīng)力和沖擊載荷的作用,因此該零件應(yīng)具有 足夠的強度、剛度和韌性,以適應(yīng)撥義的工作條件。該零件的主要工作表面為撥 叉腳兩端面、叉軸孔030畀2加加(H7)和鎖銷孔08爲5加7,在設(shè)計工藝規(guī)程時應(yīng) 重點予以保證。二、零件的技術(shù)要求該撥義的全部技術(shù)要求列于表2-1中。表2-1撥義零件技術(shù)要求表加工表面尺寸及偏差mm公差及梢度等級表面粗糙度Rapm形位公羞/mm撥叉頭左熔面80-0.3IT123.2撥叉頭右端面80-8.3IT1212.5撥叉腳內(nèi)表面R48IT1312.5撥叉腳兩端面20 0.0261T93.2|丄|O1Z)|. |/27l0.08030mm 孔0
3、30 務(wù) 021IT71.608mm 孔08霍XIT71.6l-L|O15|D|操縱槽內(nèi)側(cè)面12IT126.3操縱槽底面5ITI312.5該撥義形狀特殊、結(jié)構(gòu)簡單,屬典型的義桿類零件。為實現(xiàn)換檔、變速的功 能,其叉軸孔與變速叉軸有配合要求,因此加工精度要求較高。叉腳兩端面在工 作中需承受沖擊載荷,為增強其耐磨性,該表面要求高頻淬火處理,硬度為 4858HRC;為保證撥叉換檔時叉腳受力均勻,要求叉腳兩端面對叉軸孔 的垂直度要求為0. lmm,其自身的平面度為0.08mm。為保證撥叉在叉 軸上有準確的位置,改換檔位準確,撥叉釆用鎖銷定位。鎖銷孔的尺寸為 08紅*山,且鎖銷孔的中心線與叉軸孔中心線的
4、垂直度要求為0. 15mm。綜上所述,該撥叉件的各項技術(shù)要求制定較合理,符合該零件在變速箱中的 功用。2 相關(guān)內(nèi)容講一析零件的技術(shù)要求對零件的技術(shù)要求進行分析,應(yīng)包括以下內(nèi)容:1) 掌握零件的結(jié)構(gòu)形狀、材料、硬度及熱處理等情況,了解該零件的 主要工藝特點,形成工藝規(guī)程設(shè)計的總體構(gòu)想。2) 分析零件上有哪些表面需要加工,以及各加工表面的尺寸精度、形 狀精度、位置精度、表面粗糙度及熱處理等方面的技術(shù)要求;明確 哪些表面是主要加工表面,以便在選擇表面加工方法和擬定工藝路 線時重點考慮;并將全部技術(shù)要求歸納整理成表2-1所示形式,以 防止在擬定工藝路線時漏掉某個表面。三、審查零件的工藝性1 示例分析由
5、零件圖可知,撥義頭兩端面和叉腳兩端面均要求切削加工,并在軸向方向 上均高于相鄰表面,這樣既減少了加工面積,乂提高了換檔時義腳端面的接觸剛 度;030孔和08皿孔的端面均為平面,可以防止加工過程中鉆頭鉆偏,以保 證孔的加工精度;另外,該零件除主要工作表面(叉腳兩端面、變速叉軸孔 03O:w77和鎖銷孔08爲5如)夕卜,其余表面加工精度均較低,不需要高精度 機床加工,通過銃削、鉆床的粗加工就可以達到加工要求;而主要工作表面雖然 加工精度相對較高,但也可以在正常生產(chǎn)條件下,采用經(jīng)濟加工方法加工出合格 產(chǎn)品。由此可見,該零件的工藝性較好。2 相關(guān)內(nèi)容講解一審查零件的工藝性1) 審查零件圖樣上的視圖、尺
6、寸公差和技術(shù)要求是否齊全和正確。2) 審查零件的結(jié)構(gòu)工藝性,是否能以較高的生產(chǎn)率加工、刀具是否能正常 工作、加工時工件是否有足夠的剛性以及是否有利于裝配等。詳細內(nèi)容 參見配套教材機械制造技術(shù)基礎(chǔ)第五章第六節(jié)。如發(fā)現(xiàn)明顯問題,應(yīng)和指導老師商量,提出合理的改進方案。四、確定零件的生產(chǎn)類型1 示例結(jié)合生產(chǎn)實際,備品率a%和廢品率b%分別取3%和0.5%,則年產(chǎn)綱領(lǐng)川=8000臺/年 xl件 / 臺 x (1+3% )x (1+0.5%)二8281.2件/年撥叉重量為4. 5kg,查表2-2知,撥叉屬輕型零件;由表2-3知,該撥叉的產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)。2 相關(guān)內(nèi)容講解一 定零件的生產(chǎn)類型零件的年產(chǎn)綱領(lǐng)可
7、按下式計算N = 0?(l+a%) (1+b%)(2-1)式中N一零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)(件/年)Q產(chǎn)品的年產(chǎn)量(臺、輛/年)M一一每臺(輛)產(chǎn)品中該零件的數(shù)量(件/臺、輛)a%備品率,一般取2%4%b%廢品率,一般取0.3%0.7%機械產(chǎn)品類別表2-2不同機械產(chǎn)品的零件砂變觀表匝型冬件中別零件輕熨零件電子工業(yè)機械304-305015-502000100-2000100表2-3機械加工零件生產(chǎn)類型的劃分年生產(chǎn)妣/件、產(chǎn)品類型重型零件中型零件輕型零件社件生產(chǎn)5以下20以下100以下成小批5-1020 200100500批中批100-300200-500500-5000產(chǎn)大批300 1000500 500
8、05000-50000大量生產(chǎn)1000以上5000以上50000以上第二節(jié) 選擇毛坯、確定毛坯尺寸、繪制毛坯簡圖一、選擇毛坯1 示例由于該撥叉在工作過程中要承受沖擊載荷,為增強撥義的強度和沖擊韌度, 獲得纖維組織,毛坯選用鍛件。該撥叉的輪廓尺寸不大,且生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn), 為提高生產(chǎn)率和鍛件精度,宜采用模鍛法制造毛坯。毛坯的拔模斜度為5度。2 相關(guān)內(nèi)容講解毛坯種類及其制造方法機械加工中常見毛坯種類有:鑄件、鍛件、型材、擠壓件、沖壓件及焊接組 合件等,其中最常用的是鑄件和鍛件。鑄件:一般適用于形狀較復雜、生產(chǎn)批量較大的零件,如床身、立柱等。目 前,多數(shù)鑄件采用砂型鑄造,少數(shù)優(yōu)質(zhì)鑄件采用特種鑄造。
9、砂型鑄造中,木模手 中鑄造生產(chǎn)率低、鑄件精度低、加工余量大,適于單件小批生產(chǎn);金屬模機器造 型生產(chǎn)率較高、鑄件精度高、表面質(zhì)量與機械性能均較好,適于大批大量生產(chǎn)。鍛件:當零件承受重載荷、沖擊載荷或交變載荷時,宜選鍛件毛坯,因為鍛 件的強度與沖擊韌度較高。所以鍛件適于強度要求較高、形狀比較簡單的零件。 鍛造方法有自由鍛、模鍛、胎膜鍛和精密鍛造等。其中,自由鍛生產(chǎn)率低、鍛造 精度低、表面質(zhì)量差、加工余量大,但成本較低,適于單件小批生產(chǎn)或大批鍛件 的生產(chǎn);模鍛生產(chǎn)率高、鍛件精度高、表面質(zhì)量好、加工余量小、可鍛造較復雜 的件,但成本較高,適于成批大量生產(chǎn)中小型鍛件;胎膜鍛介于自由鍛和模鍛之 間,適于中
10、小批生產(chǎn)小型鍛件。沖壓件:適于中小尺寸的板料零件,一般可不再經(jīng)過切削加工,用于成批大 量生產(chǎn)。型材:熱軋型材的尺寸較大,精度低,用于做一般零件的毛坯。拉制型材的 尺寸較小,精度較高,適于制造中小型零件。組合件:把鑄件、鍛件、型材或經(jīng)過局部機械加工的半成品組合在一起作為 零件的毛坯,如焊接的床身、箱體等。二、確定毛坯的尺寸公差和機械加工余量1相關(guān)內(nèi)容講解鋼質(zhì)模鍛件公差及機械加工余量(摘自GB/T 12362-1990)要確定鍛件毛坯的尺寸公差及機械加工余量,應(yīng)先確定如下因素,然后再查 相關(guān)表格:公差等級鍛件重量鍛件形狀復雜系數(shù)一鍛件材質(zhì)系數(shù) 鍛住分模線形狀 零件君面粗糙度1)適用范圍:本標準適用
11、于此標準的鍛件重量應(yīng)小于或等于250kg, 長度(最大尺寸)應(yīng)小于或等于2500nmio2)公差及機械加工余量等級:國標中規(guī)定鋼質(zhì)模鍛件的公差分為兩級, 即普通級和精密級。精密級公差適用于有較高技術(shù)要求,但需要釆 取附加制造工藝才能達到的鍛件,一般不宜采用。精密級公差可用 于某一鍛件的全部尺寸,也可用于局部尺寸。平鍛件只采用普通級。 機械加工余量只采用一級。3) 鍛件重量f :鍛件重量的估算按下列程序進行:零件圖基本尺寸一 一估計機械加工余量一一繪制鍛件圖一一估算鍛件重量(本示例中 根據(jù)己知重量,估計了一個比它稍大的合適值)一一按此重量查表 確定公差和機械加工余量。4) 鍛件形狀復雜系數(shù)S:是
12、鍛件重量耳與相應(yīng)的鍛件外廓包容體重量5 之比,S = mt!mN(2-2)圖 2-3 和圖 2-4 分別為圓形鍛件和非圓形鍛件的外廓包容體示意圖。鍛件外廓包容體 重量加“以包容鍛件最大輪廓的圓柱體或長方體作為實體計算重量,其中圓形鍛件按公式(2-3)計算,非圓形鍛件按公式(2-4) 計算。fN=d2hp(2-3)叫=Ibhp(2-4)式中p為鍛件材料密度。根據(jù)S值的大小,鍛件形狀復雜系數(shù)分為4級:級(簡單):O.63S152 級(一般):0.32S 0.6353 級(較復雜):0.165 0.320特殊情況: 當鍛件形狀為薄形圓盤或法蘭件(如圖2-5所示),且圓盤厚度和直徑之比t/dWO. 2
13、時,釆用S4級; 當平鍛件y 0.2或存 4 (如圖2-6所示),釆用級;5)鍛件材質(zhì)系數(shù)鍛件材質(zhì)系數(shù)分為兩級:和M?。級:碳的質(zhì)量分數(shù)小于0. 65%的碳素鋼或合金元素總質(zhì)量分數(shù)小于 3. 0%的合金鋼;級:碳的質(zhì)量分數(shù)大于或等于0, 65%的碳素鋼或合金元素總質(zhì)量分 數(shù)大于或等于3, 0%的合金鋼。6)鍛件分模線形狀分為兩類: 平直分模線或?qū)ΨQ彎曲分模線(如圖2 7a、b所示); 不對稱彎曲分模線(如圖2-7c所示)。7)零件表面粗糙度:按Ra數(shù)值大小分為兩類: RaNl, 6pm: RaWl. 6 jLJm o8)鍛件公差表24至表2-6為鍛件公差表。公差表使用方法:當確定鍛件長度、寬
14、度或高度尺寸公差時,在相應(yīng)表中,應(yīng)根據(jù)鍛件重量選定相應(yīng)范圍,然后沿水平 線向右移動。若材質(zhì)系數(shù)為M,則沿同一水平線繼續(xù)向右移動,若材質(zhì)系數(shù)為 嘰,則沿傾斜線向右下移動到與耐2垂線的交點。對于形狀復雜系數(shù)S,用同 樣方法,沿水平或傾斜線移動到S或$2、S3、Sq格的位置,并繼續(xù)向右移動, 直到所需尺寸的垂直欄中,即可查得所需的公差值。每個表格下都有例題,相應(yīng) 的查表路線在表格中用粗線表示,供大家參考。I. 長度、寬度和高度尺寸公差長度、寬度和高度尺寸公差是指在分模線一側(cè)同一塊模具上沿長度、寬度、 高度方向上的尺寸公差(如圖2-8所示)。圖中,1 一長度方向尺寸;b寬度方 向尺寸;h-高度方向尺寸
15、;f落差尺寸;t-跨越分模線的厚度尺寸。此類公差根據(jù)鍛件基本尺寸、重量、形狀復雜系數(shù)以及材質(zhì)系數(shù)查表24 確定??讖匠叽绻睿喊纯讖匠叽缬杀?4確定公差值,其上下偏差按+1/4, -3/4比例分配。 落差尺寸公差:是高度尺寸公差的一種形式(如圖2-8中的f),其數(shù)值 比相應(yīng)高度尺寸公差放寬一檔,上下偏差值按1/2比例分配。II. 厚度尺寸公差厚度尺寸公差指跨越分模線的厚度尺寸的公差(如圖2-8中的t)o鍛件所有厚度尺寸取同一公差,其數(shù)值按鍛件最大厚度尺寸由表2-5確定。III. 中心距公差對于平面直線分模,且位于同一塊模具內(nèi)的中心距公差由表2-6確定;彎 曲軸線及其他類型鍛件的中心距公差由供需
16、雙方商定。圖2- 8長度、寬度和髙度尺寸公差示意圖表2/鍛件的長度.寬度、高度公差(單位:mm)例:鍛件宣量為6煌,材質(zhì)系數(shù)為形狀復雜系數(shù)為去,尺寸為】60mm時徐類公左査法。注:鍛件的高度或臺階尺寸及中心到邊緣尺寸公差.按士 1/2的比例分配。內(nèi)表面尺寸極限値蕪.正負符號與表中相反表乙5 鍛件的厚度公差(單位:mm)例:毀件巫St為3kg,坊質(zhì)系數(shù)為形狀復雜系數(shù)為S,最大厚度尺寸為45nun時各類公涇查法A 注:上、下傭差也可按+ 2/3、-1/3的比例分配。例:中心距尺寸為300mm, 一逍壓卬工序.其中心距的極限偏差:普通級為土 l.Onun.苗密級為 0.8mm.表27 鍛件內(nèi)外表面加
17、工余量例:卅鍛件重址為3燉零件表陽相糙度屜=3.2卩叫 形狀復雜系數(shù)為S“長度480mm時査出該鍛件余fit是: P?度方向為1.7-2.2mm,水平方向為2.0-2.7mm。表28 鍛件內(nèi)孔直徑的單面機械加工余量(單位:mm)孔徑孔深大于至大于063100140200至63100140200280252.025402.02.640632.02.63.0631002.53.03.04.01001602.63.03.44.04.61602503.03.03.44.04.69)機械加工余量:根據(jù)估算鍛件重量、零件表面粗糙度及形狀復雜系數(shù)由 表2-7和2-8來確定。對于扁薄截面或鍛件相鄰部位截面變化
18、較大的部分應(yīng)適當 增大局部余量。2相關(guān)內(nèi)容講解鑄件尺寸公差與機械加工余(摘自GB/T6414-1999)1)基本概念 鑄件基本尺寸 機械加工前的毛坯鑄件的尺寸,包括必要的機械加工余量(圖 2-9)oEB 2-9 K寸公差與極限尺寸忸2-10單禮作機械加工RMA示克圖只-傳件毛坯的朋本尺寸)F-&終機械加工JS的尺CT詩件公壟 尺寸公差允許尺寸的變動量。公差等于最大極限尺寸與最小極限尺寸之代數(shù)差的絕對值;也等于上偏差與下偏差之代數(shù)差的絕對值。 要求的機械加工余量(RMA)在毛坯鑄件上為了隨后可用機械加工方法 去除鑄造對金屬表面的影響,并使之達到所要求的表面特征和必要的尺寸精度而 留出的金屬余量。
19、單側(cè)作機械加工時,如圖2-10所示,RMA與鑄件其他尺寸之間的關(guān)系由公式1=尸+RMA+CT/2表示。對圓柱形的鑄件部分或在雙側(cè)機械加工 的情況下,RMA應(yīng)加借。例如,圖2-11所示外圓面作機械加工時,RMA與鑄 件其他尺寸之間的關(guān)系可由公式R=F+2RMA+CT/2表示;而與圖2-12所示內(nèi)腔作機械加工相對應(yīng)的表達式為式R=F-2RMA-CT/212-11 pm面作肌欖加丄RMA示慰圖012-12腔作機施加工RMA示童圖K 5$件毛坯的基本尺寸F員變機誡也工R Vr件毛壞的基4尺寸;F-M終仇悵加工信的尺寸.cr馬件公建 表28 (1)脳的尺寸、CT- %件公歴人批量生產(chǎn)的毛坯鑄件的公差等級
20、方 法公攤等級CT訪件材料鋼灰鑄鐵球歴鑄鐵町鍛鑄帙制介金鋅令金砂璧鑄造 手工造型11-1411 - 1411-1411-1410- 1310-13砂型鑄造機器造型和殼型8-128-128-128- 128- 108- 10金局世鑄造8-108-108 108-1079壓力鑄造684-6熔模 鑄造水玻璃7-97-9795-8硅洛膠4 -* 64*64-64-6注:表中所列的公痙等級是揺在大批址生產(chǎn)下、L影響鑄件尺寸帝度的生產(chǎn)因索已得到充分改進時停件適常能夠達 到的公差等級。表2-8 (2)小批量生產(chǎn)或單件生產(chǎn)的毛坯鑄件的公差等級方法造型材料公差等級CT侑件材料鋼灰鑄鐵球來鑄鐵可鍛詩鐵銅合金輕金屈
21、合金砂取鑄逍手工造型粘土砂13-1513-1513-1513-1513-1511 - 13化學粘結(jié)劑砂12 1411 1311-1311 - 1310- 1210- 12注:表中的數(shù)值一般適用于大于25mm的菇本尺寸。對于較小的尺寸,通常能經(jīng)濟實用地保證下列較細的公茲:1 呈本尺寸wlOmm:材三級。2. 10mm基本尺寸w 16mm:宿二級3. 16mm 衣2-7W3.2*2-52-2.5 (網(wǎng)帛hfti分別取2機2.S)2-7202-2 (:!:?)2-52-2.3 (fti.S)衣2-7302.2護衣2-4一一+locrrrj0拔模斜度為520外瞬包容體圖2J6撥叉鍛造毛坯簡圖%5黑 (
22、80)(一 0E一一) -ro+llsnl=(20)一先確定精基準,再確定粗基準。1精基準的選擇根據(jù)該撥義零件的技術(shù)要求和裝配要求,選擇撥義頭左端面和叉軸孔作為精基準,零件上的很多表面都可以采用它們作基準進行加工,即 遵循了 “基準統(tǒng)一”原則。撥叉軸孔030;。3川”的軸線是設(shè)計基準,選用其作精 基準定位加工撥義腳兩端面和鎖銷孔08爲,實現(xiàn)了設(shè)計基準和工藝基準的 重合,保證了被加工表面的垂直度要求。選用撥叉頭左端面作為精基準同樣是遵 循了“基準重合”的原則,因為該撥叉在軸向方向上的尺寸多以該端面作設(shè)計基 準:另外,由于撥義件剛性較差,受力易產(chǎn)生彎曲變形,為了避免在機械加工中 產(chǎn)生夾緊變形,根據(jù)
23、夾緊力應(yīng)垂直于主要定位基面,并應(yīng)作用在剛度較大部位的 原則,夾緊力作用點不能作用在叉桿上。選用撥叉頭左端面作精基準,夾緊可作 用在撥叉頭的右端面上,夾緊穩(wěn)定可靠。2 粗基準的選擇作為粗基準的表面應(yīng)平整,沒有飛邊、毛刺或其他表面缺欠。本例選擇撥叉 頭右端面作粗基準。采用撥叉頭右端面作粗基準加工左端面,可以為后續(xù)工序準 備好精基準;再采用加工過的撥叉頭左端面作為精基準加工030和插軸孔,這 樣遵循了粗基準不重復使用的原則,同時能保證撥義頭左端面與030和插軸孔 的垂直度。二、表面加工方法的選擇根據(jù)撥義零件圖上各加工表面的尺寸精度和表面粗糙度,確定加工件各表面 的加工方法,如表2-10所示。表2 1
24、0抜叉#件各表面加工方案加工浪rti尺巾箭度零級衣面粗糙麼Ka/ptrn加T方案備注撥叉頭&期面17123.2相桃一半梆鐵表 3-67披艾頭右站面IT1212.5H 3-671TI312.5表 3-67撥叉腳対站曲(粹硬)IT93.2祖銃一楷銃一瞎沏族 3-6730mm -fLIT71.6粗擴一旃擴一炊心一 GG08mm ftLT71.6襄 3-66操縱楷內(nèi)側(cè)面17126.3ffltt農(nóng) 3-67慄縱槽底臨1T1312.5flltt灰 3-67三、加工階段的劃分該撥義加工質(zhì)量要求較高,可將加工階段劃分成粗加工、半精加工和精加工 幾個階段。在粗加工階段,首先將精基準(撥義頭左端面和義軸孔)準備好
25、,使后續(xù)工 序都可采用精基準定位加工,保證其他加工表面的精度要求;然后粗銃撥叉頭右 端面、撥叉腳內(nèi)表面、撥叉腳兩端面的粗銃、操縱槽內(nèi)側(cè)面和底面。在半精加工 階段,完成撥叉腳兩端面的精銃加工和銷軸孔處皿的鉆、狡加工;在精加工階 段,進行撥叉腳兩端面的磨削加工。本例選用工序集中原則安排撥叉的加工工序。該撥叉的生產(chǎn)類型為大批生 產(chǎn),可以釆用萬能型機床配以專用工、夾具,以提高生產(chǎn)率;而且運用工序集中 原則使工件的裝夾次數(shù)少,不但可縮短輔助時間,而且由于在一次裝夾中加工了許多表面,有利于保證各加工表面之間的相對位置精度要求。五、工序順序的安排1 機械加工工序(1)遵循“先基準后其他”原則,首先加工精基準
26、一撥叉頭左端面和叉軸 孔 30; 021777777 o(2)遵循“先粗后精”原則,先安排粗加工工序,后安排精加工工序。(3)遵循“先主后次”原則,先加工主要表面一一撥叉頭左端面和叉軸孔以及撥義腳兩端面,后加工次要表面一一操縱槽底面和內(nèi)側(cè)面。(4)遵循“先面后孔”原則,先加工撥叉頭端面,再加工叉軸孔030;加 孔;先銃操縱槽,再鉆銷軸孔08和。2. 熱處理工序模鍛成型后切邊,進行調(diào)質(zhì),調(diào)質(zhì)硬度為241285HBS,并進行酸洗、噴 丸處理。噴丸可以提高表面硬度,增加耐磨性,消除毛坯表面因脫碳而對機械加 工帶來的不利影響。叉腳兩端面在精加工之前進行局部高頻淬火,提高其耐磨性 和在工作中承受沖擊載荷的能力。3. 輔助工序粗加工撥叉腳兩端面和熱處理后,安排校直工序;在半精加工后,安排去毛 刺和中間檢驗工序;精加工后,安排去毛刺、清洗和終檢工序。綜上所述,該撥叉工序的安排順序為:基準加工一一主要表面粗加工及一些 余量大的表面粗加工一一主要表面半精加工和次要表面加工一一熱處理一一主 要表面精加工。六、確定工藝路線在綜合考慮上述工序順序安排原則的基礎(chǔ)上,表2-11列出了撥叉的工藝路 線。表2J1撥義工藝路線及設(shè)備、工裝的選用工序工序名稱機床
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