数控龙门三枪H型钢自动火焰切割机【16张图/9400字】【优秀机械毕业设计论文】
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数控
龙门
型钢
自动
火焰
切割机
优秀
优良
机械
毕业设计
论文
- 资源描述：
-
文档包括:
说明书一份,22页,9400字左右.
任务书一份.
图纸共16张,如下所示
A0-装配图.dwg
A2-部件图1.dwg
A2-部件图2.dwg
A4-20滚动丝杠.dwg
A4-20滚动丝杠螺母.dwg
A4-20滑动丝杠.dwg
A4-20丝杠螺母.dwg
A4-24滑动丝杠.dwg
A4-24丝杠螺母.dwg
A4-变径联轴器.dwg
A4-过盈轴套联轴器.dwg
A4-滑台1.dwg
A4-滑台2.dwg
A4-立柱.dwg
A4-立柱座.dwg
A4-联轴器.dwg
目 录
目 录 …………………………………………………………………… 1
ABSTRACT ………………………………………………………………… 2
第一章 总体方案与机架的设计 ………………………………………… 2
1．1 总体方案设计 …………………………………………………… 2
1．2 立柱设计 ……………………………………………………… 3
1．3 立柱热处理 …………………………………………………… 4
1．4 机架的主要尺寸 …………………………………………… 5
第二章 传动方案设计 …………………………………………………… 5
2．1 机床传动设计 ………………………………………………… 5
2．2 传动方案的选取 ……………………………………………… 6
第三章 机床零部件设计 ………………………………………………… 7
3．1 丝杠副的选取 ………………………………………………… 7
3．1．1 滑动丝杠的计算与校核 ………………………………… 7
3．1．2 滚动丝杠的计算与校核 ………………………………… 11
3．2 伺服电机的选取与校核 ………………………………………… 12
3．3 导轨的选型及计算 ……………………………………………… 16
3．4 联轴器选取 ……………………………………………………… 18
3．5 轴承选取 ………………………………………………………… 19
第四章 滑块1上的重心计算 ……………………………………………… 20
总 结 ………………………………………………………………………… 22
鸣 谢 ……………………………………………………………………… 22
参考文献 ……………………………………………………………………… 22
数控龙门三枪H型钢自动火焰切割机
摘 要:机械技术和以计算机为代表的微电子技术在相互渗透中获得迅速发展，形成了机电一体化技术，本次设计在沿于机电一体化的思想下进行的，其中应用了不小现代机电一代的常用技术，极大地丰富了本次设计的内涵。设计共分四章，主要内容有：总体方案与机架的设计；传动方案设计；机床零部件设计，其中包括丝杠和电机的计算；重心计算。本次设计简明扼要，重在实用。
ABSTRACT: A s the penetvating of machanical technology and the micro-electronics which is represented by computer ,they improve quickly at the same time. It form a new technology-mechatronics.This design is on the basis of mechatronics. The design apply many common techmologies about mechatronics,it enrich the content of the design deeply.The design contain four chapters.The main content involve the design of the whole project and the frome structare,the design of driving part,the design of the center of grawing,the design of the parts of the machine tool which contain the design of the thread bar,the caculation of the electromotor.This design is concose but very practical.
- 内容简介：
-
湛江海洋大学 毕业设计（论文）任务书 设计题目： 数控龙门三枪 H 型钢 自动火焰切割机 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 九九级一班 学生姓名： 李 建 光 指导教师： 孙明 职称 正教授 设计起讫日期： 2003至 2003 设计地点： 湛江海洋大学 2003 年 6 月 5 日 毕业设计（论文）任务书的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等） 概述：南油合众公司的主要业务是勘探和开采油田，需要在海上搭建海上平台，平台的主要支架是由不同型号的 H 型钢构成。各种型号的 H 型钢的长度是有限的，不 能满足平台的要求，所以必须把 H 型钢焊接起来使用。由于现在南油合众公司只用人手把焊口切割出来，不但效率低，费时间，而且加工的质量差，因此，本次设计的主要内容是设计一套自动切割 H 型钢的装置，来代替人手加工，从而提高工作效率和降低成本。 设计内容和要求：（ 1）完成总体设计； （ 2）完成部份部件设计； （ 3）主要技术参数及要求： H 型 钢 腹 板 尺 寸 高 度 为 ： 300 1500厚度 6 80长度1500 15000翼 板 尺 寸 宽 度 300 1500厚度 6 80长度1500 15000 （ 4）切割速度要满足板厚和火焰所能达到的最大速度，无级调速，且有快慢速， 快速 6m/ 割枪最大外径可初步考虑 60 要求完成的图纸内容及要求 1数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机的装配图 1 张（ 纸） 2部件图 2 张（ 纸） 3零件图 13 张（ 纸） 4编写设计计算说明书 1 份 其他要提交的资料：除提交设计图纸和说明书外，还应提交以上全部的电子资料。 要完成的实习内容及要求： 1 南油西部石油公司合众近海建设公司海工码头现场实习； 2 查阅机械设计有关资料； 3 全面了解现场对切割设备的要求。 设计参考资料 实用机床设计手册，李洪主编，辽宁科学技术出版社； 机械设计手册（第 2， 4 版），机械工业出版社； 机械零件手册（第 4 版），高等教育出版社； 现代机械设计手册， 化学工业出版社； 机电一本化设计基础， 机械工业出版社； 机电综合设计指导，湛江海洋大学； 毕业设计（论文）进度计划 设计起讫时间 工作内容 备注 （ 地点） 第 6 周 第 7 周 第 8， 9 周 第 10 14 周 第 15 16 周 第 17 周 了解课题，熟悉相关资料，仔细阅读有关书籍，到图书馆查阅有关资料； 到南油合众公司参观实习，全面熟悉有关课题的实际内容，并提出初步设计方案； 完成设计方案的确定，初步计算，元件的选取工作； 完成有关计算，进行装置总装配 图，部件图，零件图的绘制； 完成外文翻译，整理资料，编写设计计算说明书； 参加毕业答辩 设计室，图书馆 南油公司 设计室 设计室 设计室 答辩室 湛 江 海 洋 大 学 毕业设计（论文）书 设计题目： 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级 ： 九九级一班 学生姓名： 李 建 光 指导教师： 孙 明 王筱珍 2003 年 6 月 5 日 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 1 目 录 目 录 1 2 第一章 总体方案与机架的设计 2 1 1 总体方案设计 2 1 2 立柱设计 3 1 3 立柱热处理 4 1 4 机架的主要尺寸 5 第二章 传动方案设计 5 2 1 机床传动设计 5 2 2 传动方案的选取 6 第三章 机床零部件设计 7 3 1 丝杠副的选取 7 3 1 1 滑动丝杠的计算与校核 7 3 1 2 滚动丝杠的计算与校核 11 3 2 伺服电机的选取与校核 12 3 3 导轨的选型及计算 16 3 4 联轴器选取 18 3 5 轴承选取 19 第四章 滑块 1上的重心计算 20 总 结 22 鸣 谢 22 参考文献 22 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 2 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 机械设计制造及其自动化， 99121111，李建光 指导教师：孙明，王筱珍 摘 要 :机械技术和以计算机为代表的微电子技术在相互渗透中获得迅速发展，形成了机电一体化技术，本次设计在沿于机电一体化的思想下进行的，其中应用了不小现代机电一代的常用技术，极大地丰富了本次设计的内涵。设计共分四章，主要内容有：总体方案与机架的设计；传动方案设计；机床零部件设计，其中包括丝杠和电机的计算；重心计算。本次设计简明扼要，重在实用。 A s of is by at It a is on of it of of of of of of of of of is 第一章 总体方案与机架的设计 1 1 总体方案的设计 1 功能与技术参数分析 由于加工的 了提高工作效率，所以采取三枪同时工作，来缩短工作时间。枪的支承取用龙门式，这样可以 调整龙门的大小来实现加工不同尺寸的 门式的机床不但有使用寿命长，工作的稳定性高，而且能最大限度地满足加工不同型号 缺点是只能在固定的地点加工，使用起来不够灵活。由于要切割曲线割缝，割枪由十字滑台带动，这样既能简化结构，又能满足运动要求。 2 传动设计 因为切割速度要满足板厚和火焰对其的要求，所以要无级调速。传动方式采用丝杠旋转，丝杠螺母带动工作台直线运动，利用调节丝杠的转速来控制割枪的速度。 而且要求的加工精度为 1 4以丝杠能很好地保证传动精度和平稳性。 3 电气控制 本设计采用 列的 8031 单片机扩展控制系统。 片机的主要特点是集成度高，可靠性好，功能强，速度快，具有很高的性能价格比。控制系统由微机部份，键盘，显示器及 I/微机控制伺服电机的输入频率，来控制电机的输出转速，从而实现割枪的无级调速。 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 3 1 2 立柱设计 机架设计准则：机架的设计主要应保证刚度，强度及稳定性。 机架设计的一般要求： 1 在滿足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻，成本低； 2 抗振性好； 3 噪声小； 4 温度场分布合理，热变形对精度的影响小； 5 结构设计合理，工艺性良好， 便于铸造，焊接和机械加工； 6 结构力求便安装与调整，方便于修理和更换零部件； 7 有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性良好； 8 造型好，使之既适用经济，又美观大方。 机架通常分为铸造机架和焊接机架两类，焊接结构较之铸造结构具有强度和刚度高，重量轻，生产周期短以及施工简便等优点。 下面是铸造机架和焊接机架的对比： 铸造机架 焊接机架 重量 较重 钢板焊件比铸件轻 30% 强度，刚度，抗振性 刚度强度较低，阻尼大 强度刚度大，抗振性差 价格 价廉 价格较高 生产周期 周期长，资金周转慢 生产周期短 设计条件 铸件壁厚不能相差过大，只能用开口结构 设计灵活，壁厚可以相差较大 用途 大批量生产 单件小批 在比较上述参数和结合本次设计的具体事况，选用焊接机架。从可焊性考虑，一般选取碳含量 8h 30 热处理时间（ h） 18h 第一次热处理 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 5 温度 /C 525 25C 保温冷却 250 8h 30 热处理时间（ h） 48h 第二次热处理 初步选定机架的主要尺寸： 两边的立柱高度为： 3130横梁长为： 3100滑台 1 的尺寸为：长 =1100宽 =220高 =30滑台 2 的尺寸为：长 =320 宽 =100高 =30第二章 传动方案设计 1 1 机床传动设计 传动装置类型的选用 机械传支装置的选用是比较复杂的工作，它需要考虑从动力机到工作机多方面的因素，经细致分析对比后才能作出合理的选择。通常，以下几方面是选择机械传动装置类型的基本依据： （ 1） 工作机的工况的性能参数； （ 2） 动力机的性能及与动力机匹配对传动装置机械特性上的要求； （ 3） 综合分析不同类型传动装置的初始费 用，运转费用和维修费用，使所选的传动装置具有良好的经济性； （ 4） 能符合运转安全和环境保护方面的要求； （ 5） 使用的控制方便，可靠。 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 6 在现代的机器设计中，为了优化机器的设计方案，传动方案的确定都是同动力机的选择，工作机构的选定通盘考虑的。也就是考虑动力机，传动装置秘工作机的匹配问题。传动装置的选用，通常并没有一成不变的程序可行，而要根据不同机器的具体条件和复杂程度，经多方案的分析比较才能选定。以下几方面是在选定传动装置类型时要具体分析考虑的： （ 1） 机械特性 （ 2） 功率范围 （ 3） 速度 （ 4） 传动比范围 （ 5） 传动效率 （ 6） 寿命 （ 7） 外廓尺寸 （ 8） 重量 （ 9） 变速 要求 （ 10）价格 本次设计主要解决的问题是变速方式 1 无级变速 无级变速能够选用最合理的运动速度，可在运转中变带，操纵控制方便，简化机械结构等，是目前发展的主要方向。无级变速在数控机床上得到广泛应用。无级变速主要是利用直流和交流调速主轴电动机。利用直流调速电动机进行机床主轴无级变速发展较早，应用较广。但直流调速电动机恒功率调速范围都很少，一般只有 1 2，很少到 3 4。且换向有限制。 80 年代初开始在数控机床主轴驱动中应用交流变频调速驱动系统，克服了直流调速电动机换向的限制和恒功率范围小等，现在国际上新生 产的数控机床已有 85%采用交流变频主轴驱动系统；交流变频调速电动机恒功率调速范围可达 8 30，有的直接驱动主轴。 近年来出现了一种内装主轴电动机，即主轴与电机转子合为一体，其优点是主轴部件结构紧凑，重量轻，惯量小，可提高起动，停止的响应特性，并有利于控制振动和噪声，其缺点是运转中产生的热量容易使主轴产生热变形，因此控制温升和冷却是使用内装主轴电动机的关键。内装主轴电动机转速可达 20000r/设计无级变速系统时，应注意电动机的机械特性应符合传动链的要求。若不满足要求，还应串联有级变速箱，一般变速级数 为 2 4级。 2 有级变速 有级变速装置有下列几种，并经常联合使用： a,滑移齿轮； b,交换齿轮； c,多速交流异步电动机，一般采用双速或三速电动机； d,离合器。 2 2 传动方案选取 由于工作台只作直线运动，以下为直线传动的常用方案： 方案 1. 电机 联轴器 变速箱 齿轮 齿条 方案 2. 伺服电机 一级齿轮 丝杆 丝杆螺母 方案 3. 伺服电机 联轴器 丝杆 丝杆螺母 由于要实现工作台的无级调速，方案 1只能实现有限级调速，所以不能使用，动力机 使用伺服电机就可以实现无级调速，方案 2， 3 都适用，另外工作台要求的运行精度在 1 4度要求不高，如果传动系统用一级齿轮传动会加大传动系统的转动惯量，同时加大电机的负担，如果电机与丝杆用联轴器直接连接就可以使传动系统的转动惯量减小，所以选取方案 3传动系统。 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 7 第三章 机床零部件设计 3 1 丝杠副的选取 一般丝杠副分为滑动丝杠副和滚动丝杠副。 滚动丝杠副的特点： 3 传动效率高； 4 运动具有可逆性； 5 系统刚度好； 6 传动精度高； 7 使用寿命长； 8 不能自锁； 9 制造工艺复杂。滑动丝 杆特点： 滑动丝杆摩擦力较大，传动效率较低，一般为 30%，磨损快，低速和微调传容易出现爬行，容易自锁，定位精度和轴向刚度较差，但结构简单，加工方便定位精度和轴向刚度较差，但结构简单，加工方便。 由于工作台要实现横向及纵向运动，所以需要横向和纵向丝杆传动。横向丝杆没有工作载荷，而且不需要考虑自锁功能，伺服电机取用步进电机就满足自锁要求，所以横向丝杆副取用滚动丝杆副。纵向丝杆要支承工作台的重力，必须要有很好的自锁功能，所以纵向丝杆取用滑动丝杆副。 3 1 1 滑动丝杠的计算与校核 立柱上支承工作台的 纵向滑动丝杆计算： (参考自机械设计手册第 4 版第 3卷 ) 最大轴向力为 g，最大升降行程为 1600用单头梯型开螺纹，螺旋应有自锁性。 （ 1） 选择材料和许用应力 螺杆材料选用 45号钢，调质处理， =360N/ p= /3 5=360/3 5=120 72N/现取 00N/ 母材料选用 =40 60N/ p=30 40N/ 现取 35N/于工作台快进的速度为 6m/ s 许强 10N/ 取 8N/ 2） 按耐磨性计算螺纹中径 滑动丝杠螺母的主要失效形式是磨损，因此应以耐磨性计算来决定丝杠中径 由类比，结构决定中径后，进行耐磨性校核，对于细长且受压的丝杠，还应校核压杆稳定性，强度一般不用校核。 (F/ P) F 轴向载荷 =(1500/8) P 螺纹副许用压强 = 整体式螺母取 现取 = 1986 可选 d=24P=5 1=19梯形螺纹，中等精度，螺旋副标记为 5 7H/7e. 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 8 螺母高度 H= 取 H=38螺纹圈数 n=H/P=38 5=（ 3） 自锁性验算 由于系单头螺纹，导程 S=P=5螺纺升角为 =s/ )= 摩擦因数 f= 取 f=形螺蚊的夾角 =30 =f/ /2)=)= 由于 S=故稳定性条件满足。 (7)效率计算 由于底部用 滚动推力球轴承，其效率为 = + )=(+) =43% (8)运动及其载荷分析 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 9 支承横梁的滑动丝杆计算 最大轴向力为 g，最大升降行程为 600用单头梯型开螺纹，螺旋应有自锁性。 （ 1） 择材料和许用应力 螺杆材料选用 45号钢，调质处理， =360N/ p= /3 5=360/3 5=120 72N/现取 00N/ 母材料选用 =40 60N/ p=30 40N/ 现取 35N/于工作台快进的速度为 6m/ s 许强 10N/ 取 8N/ 2） 按耐磨性计算螺纹中径 滑动丝杠螺母的主要失效形式是磨损，因此应以耐磨性计算来决定丝杠中径 由类比，结构决定中径后，进行耐磨性校核，对于细长且受压的丝杠，还应校核压杆稳定性，强度一般不用校核。 (F/ P) F 轴向载荷 =(2000/8) P 螺纹副许用压强 = 整体式螺母取 现取 = 1986 可选 d=20P=4 8 1=16梯形螺纹，中等精度，螺旋副标记为 4 7H/7e. 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 10 螺母高度 H= 18= 取 H=32螺纹圈数 n=H/P=32 4=8圈 （ 3） 自锁性验算 由于系单头螺纹，导程 S=P=4螺纺升角为 =s/ )= 摩擦因数 f= 取 f=形螺蚊的夾角 =30 =f/ /2)=)= 由于 S=故稳定性条件满足。 (7)效率计算 由于底部用滚动推力球轴承，其效率为 = + )=(+) =42% (8)运动及其载荷分析 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 11 3 1 2 滚动丝杠的计算与校核 横向进给的滚动丝杆的计算（参考于机电一体化设计基础） (1)丝杆所受的最大轴向力计算 滑台 2的重量计算： 面积 =3206000060量 =力 =5N 因为滑台在进给时没有受工作载荷，只受重力的作用，即 Fm= (滚动导轨的摩擦系 f= 丝杆所受的轴向力很少，为了计算方便和其它因素影响， 现取 0N 最大动负载 C=为工作寿命： L=6006 =06 n=1000v/L = = = 冲击取 1 取 =取丝杆 0 L=5 =4 33, 0000N, 2550N , 圈数 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 12 由于丝杆没有受工作载荷，而且要求的行程精度不高，所以不用进行刚性校核，只校核丝杆的稳定性。 滚动丝杆稳定性验算 滚道半径 R=75=心距 e=)=75/2)=杆内径 d1=0+界载荷 2 l)2 4 =4 =3为丝杠材料的弹性模量，对于钢， E=206l 为丝杆工作长度；为长度系数，一端固定一端简支， =2/3 2 l) =2/3)2 =13710N S=m=13710/10=1371S=以 丝杆安全不会失稳。 （ 1） 转动惯量计算： 丝杆： 丝杆的公称直径 L 丝杆的长度 工作台： P/ 丝杆导程 G 工作台的重量 总转动惯量： s+ 2） 最大静转矩计算 1 加速力矩 =2 /(60t) 快进的速度 =6 步距角 =1000r/ 脉冲当量 所以 =2 /(60t) =0 = f 导轨摩擦系数 = G 运动部件的总重力 = 丝杆导程 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 13 )/(2 ) 丝杆预紧力 = = 传动效率 取电机 55最大静转距为 = 所以该电机可选用 启动矩频特性校核 步进电机有三种工况：启动，快速进给运行，工进运行。 前面提出的 =以丝杆安全不会失稳。 驱动该电机的选取： （ 3） 转动惯量计算： 丝杆： 丝杆的公称直径 L 丝杆的长度 工作台： P/ 丝杆导程 G 工作台的重量 总转动惯量： s+ 4） 最大静转矩计算 1 加速力矩 =2 /(60t) 快进的速度 =6 步距角 =1190r/ 脉冲当量 , =控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 16 所以 =2 /(60t) =0 = f 导轨摩擦系数 = G 运动部件的总重力 = 丝杆导程 )/(2 ) 丝杆预紧力 = = 传动效率 + 取电机 75最大静转距为 = 所以该电机可选用 （ 5）启动矩频特性校核 从电机 75 电机在最大静转距时，对应的启动频率为1240 而该电机最高空载启动频率为 1750际启动频率小于允许启动频率，所以能保证电机不丢步。 3 3 导轨的选型及 计算 导轨的设计要求： 1 几何精度就是通常所说的导向精度，即运动的直线度或回转精度； 2 运动精度包括两方面内容：一是运动的平稳性，二是定位精确； 3 具有足够的承载能力和刚度，使用寿命长； 4 结构简单，工艺性好，便于调整和维修； 5 具有良好的润滑和防护装置。 导轨的功用是导向和承载，一般分有滚动导轨和滑动导轨两种。 滚动导轨在两导轨面间装有球，滚子或滚针等滚动元件，具有滚动摩擦性质，广泛地用于进给运动导轨。 滚珠导轨的特点是摩擦阻力小，刚度低，承载能力差，不能承受大的颠覆力矩和数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 17 水平力。 直线滚动导轨副的计算与滚动轴承相 仿，以在一定的载荷下行走一定的距离， 90%的支承不发生点蚀为依据。这个载荷称为滚动导轨的额定动载荷 从产品样本中查到。计算公式如下： 滚动体为球时 L=50( 选滚动导轨型号后，可从样本中查出； 轨面的硬度为 5864 55 50工作温度不超过 100 ； 根导 轨条上装二个滑块时 三个时 冲击振动或 v15m/ 现初选导轨型号为： S，额定动载荷 在计算立柱底座的导轨，底座下每根导轨条安装三个滑块，所以 把数据代入上式，有 L=50( =50X（ 3 =般球导轨的距离期望寿命为 50所以此滚动导轨满足要求。由于其它方向的导轨所受的载荷都很少，且其他参数同底座的都相同，所以为了使用方便，把其它导轨统一选择该型号。 导轨参数（单位 a=20, b=18, 5, 0, 0, H=30, w=滑座参数（单位 : A=63, B=25, 0, 0, M=D=6, 3L=76, 0. 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 18 3 4 联轴 器选取 联轨器一般分为刚性联轴器和弹性联轴器。 刚性联轴器的特点：制造容易，径向尺寸小，装拆时需移动轴，用于要求两轴对中性好，工作平稳，无冲击，经常正反转。 在刚性联轴器中，又有联轴套和变径联轴套等，变径联轴套适用于低速，轻载，小尺寸轴的联接，如机床丝，光杠联接。 现在滑动丝杠 24 与电机 75主要尺寸如下： d=22, D=35, l=15, 6 L=52, 平键 =6于电机的主轴只有 8以在电机轴上再套一个过盈配合套筒联轴器。对过盈 配合联接，应根据联轴器传递转矩的大小和轴套不发生滑动条件，确定配合面的压强 p p= 为配合表面的摩擦系数，可取 =L 为套筒与主动轴伸接触部分长度，L=14;m,所以 p=生压强 =2( E 为套筒材料的弹性模量， =082) E=m =m 外套筒与内套筒相对轴向推进量 e= /2=m 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 19 平键联轴套 3 5 轴承选取 1 深沟球轴承 （ 276 1994） d=25=47=1202mm r= r=10号： 6005 （ 301 1995） d=25 D=47 T=15 8 4 r=a= 轴承代号： 51205 数控龙门三枪 H 型钢自动火焰切割机 20 第四章 滑块 1 上的重心计算 1. 导轨与导轨座的重心： 合面积 350975滑块 1上导轨长 870以体积为： 1975718230力 68N 因为导轨与导轨座是
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