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左支座体零件工艺规程及专用夹具设计

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支座 零件 工艺 规程 专用 夹具 设计
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左支座体零件工艺规程及专用夹具设计,支座,零件,工艺,规程,专用,夹具,设计
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本科毕业设计说明书(论文) 第 33 页 共 33 页毕业设计说明书(论文)中文摘要支座体是某企业产品中的关键零件之一,本课题要求根据企业生产需要和支座体零件的加工要求,首先完成零件的加工工艺规程设计,在此基础之上,选择其关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计,并完成必要的设计计算。本机床所用夹具的通用性强,工件采用液压定位夹紧,快速方便。定位采用一面一心轴的定位方式,夹紧采用液压加紧,采用这种方式完全能够满足精度要求。而且简易方便,制造成本低,通用性好。由于支座体的生产量比较大,为了保证产品质量,提高加工效率,需要对其加工工艺进行优化设计,并在关键工序使用组合机床或专用机床进行加工。关键词 支座体 零件分析 工艺路线 夹具设计 组合机床毕业设计说明书(论文)外文摘要Title Support Body Processing Craft and Critical Process Workclothes Design AbstractThe support body is one in some enterprise product crucial elements, this topic request produces according to the enterprise needs with the support body components processing request, first completes the components the processing technological process design, above this foundation, chooses one of its critical processes to carry on the unit clamp and the processing with the aggregate machine-tool design, and completes the essential design calculation. This engine bed uses jigs versatile, the work piece to use the hydraulic pressure localization clamp, fast convenient. The localization uses a spindles locate mode, the clamp uses the hydraulic pressure to step up at the same time, to select this method definitely to be able to satisfy the accuracy requirement. Moreover simple convenient, the production cost is low, the versatility is good. Because the support bodys productivity is quite big, for the quality assurance, raises the processing efficiency, needs to carry on the optimization design to its processing craft, and carries on the processing in the critical process use aggregate machine-tool or the special purpose machine.Keywords Support body Components analysis Craft route Jig design Aggregate machine-tool目 录1 绪论11.1 毕业设计目的11.2 毕业设计要求11.3 解决方案和技术路线12 工艺设计22.1 主要技术依据22.2 零件工艺分析22.3 工艺路线选择32.4 工序设计52.5 确定切削用量及基本工时93 夹具设计163.1 夹具的概述163.2 定位元件的选择183.3 夹紧元件的选择184 组合机床总体设计204.1 加工需求分析204.2 组合机床总体方案214.3 机床联系尺寸总图23结束语26致 谢27参 考 文 献281 绪论1.1 毕业设计目的支座体是某企业产品中的关键零件之一,生产量比较大。为了保证产品质量,提高加工效率,需要对其加工工艺进行优化设计,并在关键工序使用组合机床或专用机床进行加工。本课题即以此为背景,要求学生根据企业生产需要和支座体零件的加工要求,首先完成零件的加工工艺规程设计,在此基础之上,选择其关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计,并完成必要的设计计算1。通过这样一个典型环节综合训练,达到综合训练学生运用所学知识,解决工程实际问题的能力。1.2 毕业设计要求本课题要求根据企业生产需要和支座体零件的加工要求,首先完成零件的加工工艺规程设计,在此基础之上,选择其关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计,并完成必要的设计计算。1.3 解决方案和技术路线本课题是支座体加工工艺及关键工序工装设计,并在此基础上,选择关键工序之一进行专用夹具及加工用组合机床设计。因此需要研究和解决的问题如下:支座体加工工艺及关键工序工装设计;关键工序之一的专用夹具设计;关键工序之一的加工用组合机床设计。针对第一个问题拟采用的研究手段如下:熟悉工件的零件图,依据“先加工基准面,后加工其他表面”,“先加工平面,后加工孔”,“先加工主要平面,后加工次要平面”,“先安排粗加工,后精加工”,再结合工件的实际情况,来安排工序。工艺装包含:刀具、量具、夹具、辅具。工艺装备的设计得依据工序来设计。针对第二个问题拟采用的研究手段如下:熟悉本工序的内容及要求及零件尺寸、表面粗糙度的要求和形位公差的要求,了解夹具设计的原则、夹具的构成,依据工件的实际情况设计本工序的夹具。针对第三个问题拟采用的研究手段如下:了解机床的构成,依据机床设计的原则,工件、夹具的具体情况,本工序的加工要求,查阅相关资料来设计机床,并完成“三图一卡的制作” 2。2 工艺设计2.1 主要技术依据支座零件材料为:HT200在机床工作过程中起支撑作用,所受的动载荷和交变载荷较小。由于零件的生产类型是成批或大批生产(每月担负的工序数不低于3050),而且零件的轮廓尺寸不大,故可以采取金属型铸造成型有助于提高生产率,保证加工质量3。生产纲领:50000件/年。这属于大批量生产。大批量生产中生产准备时间和终结时间较短,机动时间较长,靠提高切削速度来提高生产率效果比较明显。于是需要设计关键工序的专用夹具及加工用组合机床,而且夹具采用液压驱动,组合机床采用液压滑台。工艺设计以保证质量稳定、生产可靠为原则。对工件进行加工时,为了保证加工要求,首先要使工件相对于刀具及机床有正确的位置,并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动4。2.2 零件工艺分析 支座体共有两组加工表面,它们互相之间有一定的位置要求,现分别叙述如下:若以80H9()mm内孔为中心的加工表面。这一组加工表面包括:80H9()mm孔的大端面以及大端的内圆倒角,四个13mm的底座通孔和四个20mm的沉头螺栓孔,以及两个10mm的锥销孔,螺纹M10-7H的底孔和尺寸为5()mm的纵槽。主要加工表面为80H9()mm,其中80H9()mm的大端端面对80H9()mm孔的轴心线有垂直度要求为:0.03mm;若以25H7()mm的孔加工中心的表面。这一组加工表面包括21mm的通孔和38mm的沉头螺栓孔以及43mm的沉头孔,螺纹M10-7H的底孔和尺寸为5()mm的横槽。主要加工表面为25H7()mm。由上述分析可知,对于以上两组加工表面,可以先加工其中一组,然后再借助于专用夹具加工另一组加工表面,并且保证其位置精度。支座体的主要作用是利用横、纵两个方向上的5()mm的槽。使尺寸为80mm的耳孔部有一定的弹性,并利用耳部的21mm的孔穿过M20mm的螺栓一端与25H7()mm配合的杆件通过旋紧其上的螺母夹紧,使装在80H9()mm的心轴定位并夹紧。2.3 工艺路线选择2.3.1 基准的选择 粗基准的选择原则:按照有关粗基准的选择原则,当零件有不加工表面的时候,应该选取这些不加工的表面为粗基准;若零件有若干个不加工表面时,则应该选择加工表面要求相对位置精度较高的不加工表面作为粗基准。现取R55mm的外圆柱表面作为定位基准,易消除X,Y的转动和X,Y的移动四个自由度,再用80H9()mm的小端端面可以消除Z周的移动5。 精基准的选择原则:精基准的选择主要应该考虑基准重合的问题,当设计基准与工序基准不重合的时候,应该进行尺寸换算。由于生产类型为成批生产或大批生产,故应该采用万能机床配以专用夹具,并尽量使工序集中来提高生产率,除此之外还应降低生产成本。2.3.2 方案(1)方案一工序I:毛坯锻造,退火。工序II:粗镗、精镗孔80H9()mm孔的内圆。工序III:粗铣、精铣80H9()mm的大端端面。工序IV:镗80H9()mm大端处的245倒角。工序V:钻4-13mm的通孔,锪21mm的沉头螺栓孔。工序VI:钻2-10mm的锥销底孔,粗铰、精铰2-10mm的锥销孔。工序VII:铣削尺寸为5mm的纵槽。工序VIII:钻削通孔20mm,扩、铰孔25H7()mm,锪沉头螺栓孔38mm和43mm。工序IX:钻削M10-H7和M8-H7的螺纹底孔。工序X:铣削尺寸为5mm的横槽。工序XI:攻螺纹M10-H7和M8-H7。工序XII:终检。(2)方案二工序I:毛坯锻造,退火。工序II:粗铣、精铣削80H9()mm孔的大端端面。工序III:粗镗、精镗80H9()mm内孔,以及倒245的倒角。工序IV:钻削底版上的4-13mm的通孔,锪4-20mm的沉头螺栓孔。工序V:钻削锥销孔2-10mm底孔,铰削锥销孔10mm。工序VI:钻削21mm的通孔,扩、铰孔25H7()mm,锪沉头螺栓孔38mm和43mm。工序VII:铣削尺寸为5mm的纵槽。工序VIII:钻削M10-H7和M8-H7的螺纹底孔。工序IX:铣削尺寸为5mm的横槽。工序X:攻螺纹M10-H7和M8-H7。工序XI:终检。 工艺方案路线一:本路线是先加工孔后加工平面,再以加工后的平面来加工孔。这样减少了工件因为多次装夹而带来的误差。有利于提高零件的加工尺寸精度,但是在工序中如果因铸造原因引起的圆柱R55mm的底端不平整,则容易引起80H9()mm的孔在加工过程中引偏。使80H9()mm的内孔与R55mm的圆柱的同心度受到影响,造成圆筒的局部强度不够而引起废品。工艺路线方案二则是先加工平面再加工孔。本工艺路线可以减小80H9()mm的孔与底座垂直度误差,以及80H9()mm与R55mm圆柱的同心度,使圆筒的壁厚均匀外,还可以避免工艺路线一所留下的部分缺陷(即:工艺路线一中的工序六加工后再加工下面的工序的话,会由于工序六降低了工件的刚度,使后面的加工不能保证加工质量和加工要求)7。由上述分析,工艺路线二优于工艺路线一,可以选择工艺路线二进行加工,在工艺路线二中也存在问题,粗加工和精加工放在一起也不能保证加工质量和加工要求。(3)方案三工序I:毛坯锻造,退火。工序II:粗铣、精铣80H9()mm的大端端面。粗镗、精镗孔80H9()mm孔的内圆,镗80H9()mm大端处245倒角。工序III:粗铣80H9()mm的小端端面。 工序IV:钻削80H9()mm大端的4-13mm的通孔,锪沉头螺栓孔4-20mm,锥销孔2-10mm的底孔。工序V:钻削通孔21mm,锪沉头孔24.7mm,锪沉头孔38mm。工序VI:锪削43mm的沉头螺栓孔。工序VII:钻削M8-H7的螺纹底孔。工序VIII:铣削尺寸为5mm的纵向槽。工序IX:精铰孔24.7mm到25H7()mm。工序X:钻削M10-H7螺纹底孔。工序XI:铣削尺寸为5mm的横向槽。工序XII:攻螺纹M8-H7和M10-H7。工序XIII:终检。 看上去此工艺路线已经没有什么问题了,也可以用了,但是这条工艺路线也存在缺陷,比如说工序四处的加工其基准的选择和定位都成问题,因为80H9()mm的小端没有经过加工不能作为基准,而且用芯轴定位的话限制的自由度也不够,会造成不完全定位或欠定位,会影响加工精度。以及80H9()mm的表面质量要求较高可以留较小的余量给最后的珩磨,以保证表面加工质量。2.4 工序设计2.4.1 粗加工时切削用量的选择原则 粗加工时加工精度与表面粗糙度要求不高,毛坯切削余量较大。因此,选择粗加工的切削用量时,要尽可能保证较高的单位时间金属切削量(金属切除率)及必要的刀具耐用度,以提高生产效率和降低加工成本6。金属切除率可以用下式计算:Zw 1000Vfap式中:Zw单位时间内的金属切除量(mm3/s),V切削速度(m/s),f 进给量(mm/r),ap切削深度(mm)。 提高切削速度、增大进给量和切削深度,都能提高金属切除率。但是,在这三个因素中,影响刀具耐用度最大的是切削速度,其次是进给量,影响最小的是切削深度。所以粗加工切削用量的选择原则是:首先考虑选择一个尽可能大的切削深度(ap),其次选择一个较大的进给量度f,最后确定一个合适的切削速度V。 选用较大的ap和f以后,刀具耐用度显然也会下降,但要比V对刀具耐用度的影响小得多,因此使V、f、ap的乘积尽可能大,从而保证较高的金属切除率。此外,增大ap可使走刀次数减少,增大f又有利于断屑。因此,根据以上原则选择粗加工切削用量对提高生产效率,减少刀具消耗,降低加工成本是比较有利的7。(1)切削深度的选择 粗加工时切削深度应根据工件的加工余量和由机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚性来确定。在保留半精加工、精加工必要余量的前提下,应当尽量将粗加工余量一次切除。只有当总加工余量很大,一次不能切完时,应考虑分多次走刀。(2)进给量的选择 粗加工时限制进给量提高的因素主要是切削力。因此,进给量应根据工艺系统的刚性和强度来确定。选择进给量时应考虑到机床进给机构的强度、刀杆尺寸、刀片厚度、工件的直径和长度等。在工艺系统的刚性和强度好的情况下,可选用大一些的进给量;在刚性和强度较差的情况下,应适当减小进给量。(3)切削速度的选择 粗加工时,切削速度主要受刀具耐用度和机床功率的限制。切削深度、进给量和切削速度三者决定了切削功率,在确定切削速度时必须考虑到机床的许用功率。如超过了机床的许用功率,则应适当降低切削速度。2.4.2 粗加工时切削用量的选择原则 精加工时加工精度和表面质量要求较粗加工高,加工余量小且均匀。因此,选择精加工的切削用量时应先考虑如何保证加工质量,并在此基础上尽量提高生产效率。(1)切削深度的选择 精加工时的切削深度应根据粗加工留下的余量确定。通常希望精加工余量不要留得太大,否则,当背吃刀量较大时,切削力显著增加,影响加工质量8。(2)进给量的选择 精加工时限制进给量提高的主要因素是表面粗糙度。进给量增大时,虽有利于断屑,但残留面积高度增大,切削力增大,表面质量下降12。(3)切削速度的选择 切削速度提高时,切削变形减小,切削力有所下降,而且不会产生积屑瘤和鳞刺。一般选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数,尽可能提高切削速度。只有当切削速度受到工艺条件限制而不能提高时,才选用低速,以避开积屑瘤产生的范围13。 由此可见,精加工时选用较小的背吃刀量ap和进给量f,并在保证合理刀具耐用度的前提下,选取尽可能高的切削速度V,以保证加工精度和表面质量,同时满足生产率的要求。2.4.3 机械加工余量、工序尺寸以及毛坯余量的确定 支座体零件的材料是HT200,抗拉强度为195Mpa200Mpa,零件的毛坯质量为6.5kg。零件的生产类型是成批或大批生产;参考机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P411表2.1-6毛坯的制造方法及其工艺特点,选择支座体零件的毛坯制造类型选择为金属型铸造成型。由上述原始资料及加工工艺分别确定各加工表面的机械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下:80H9()mm大端其加工尺寸为140mm140mm的平面。保证高度尺寸100mm。此尺寸是自由尺寸表面粗糙度值Ra=3.2m,需要精加工。根据机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P468表2.3-36成批大量生产铸件机械加工余量等级,可得:金属型铸造成型的灰铸铁加工余量等级可取79级我们取8级,加工余量MA取F级。则可以得到80H9()mm孔的大端端面其加工尺寸为140mm140mm平面的加工余量,可以查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P467表2.3-35铸件机械加工余量,可得2.5mm的加工余量。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P472表2.3-9铸件尺寸公差可得1.8mm的铸造尺寸公差。80H9()mm孔的小端端面本来不用加工,但是由上面的加工工序来看在镗孔80H9()mm的内孔时要用到这个小端端面,而且还要考虑拔模斜度所以我们还是要对这个端面进行加工,这里我们就考虑3的拔模斜度就有2.9mm的加工余量。我们取3mm的加工余量。80H9()mm孔内表面,其加工长度为100mm,表面粗糙度值Ra=1.6m,需要精铰和珩磨。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P472表2.3-9铸件尺寸公差可得1.6mm的铸造尺寸公差。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P467表2.3-5铸件机械加工余量,可得2.0mm的加工余量。4个80H9()mm孔大端端面螺栓孔。只需要钻底孔和锪沉头孔即可。则加工余量为:钻削13mm的通孔,双边加工余量2Z13mm;锪沉头孔20mm,双边加工余量2Z7mm。内表面21mm、25H7()mm、38mm和43mm的加工余量,这些内表面中有些需要多次加工才才能完成。加工余量分别为:钻削21mm的通孔,双边加工余量2Z21mm;25H7()mm内表面,21mm扩孔到24.7mm,双边加工余量2Z13mm;24.7mm铰孔到24.9mm,双边加工余量2Z0.2mm;24.9mm珩磨到25H7()mm,双边加工余量2Z0.1mm;38mm的沉头孔,可以一次性锪成型,则双边加工余量2Z13mm;43mm的沉头孔,也可以一次性加工出来,则双边加工余量2Z22mm。尺寸为5mm的横、纵两条槽,每一条槽都可以一次性铣削成型,则双边加工余量2Z5mm。M10-H7和M8-H72个螺纹孔,机加工车间只需要加工螺纹的底孔,攻螺纹的工作可以放在钳工室。则M10-H7的底孔加工的直径为8.5mm,双边加工余量2Z8.5mm;M8-H7的底孔加工直径为6.8mm,双边加工余量2Z6.8mm。 内孔80H9()mm为9级加工精度,铸件的毛坯重量约为6.5kg。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P467表2.3-5铸件机械加工余量可以得到内圆的单边加工余量为Z2.5mm。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P472表2.3-9铸件公差,可得:IT1.8mm。 珩磨加工余量:查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P496表2.3-51珩磨的加工余量,可得:珩磨的单边加工余量Z0.05mm。 精镗加工余量:查机械加工工艺手册李洪主编,P495表2.3-48扩孔、镗孔、铰孔的加工余量Z1.5mm2.0mm。查机械加工工艺手册孟少农主编,第2卷P11-45表11.4-2卧式镗床的加工公差,可得:IT0.02mm0.05mm。这里取0.02mm。 粗镗加工余量:除珩磨的加工余量和精镗的加工余量剩下的余量都给粗镗。查机械加工工艺手册孟少农主编,第2卷P11-45表11.4-2卧式镗床的加工公差,可得IT0.1mm0.3mm,我们这里取0.1mm(入体方向)。 由于毛坯及以后各道工序(或工步)的加工都有加工公差,因此规定都有加工公差,所以规定的加工余量其实只是名义上的加工余量。实际上的加工余量有最大及最小之分。 由于本次设计规定的零件为大批大量生产,应该采用调整法加工。因此在计算最大、最小加工余量时应该按照调整法加工方式予确定。 80H9()mm孔的加工余量和工序间余量及公差分布。毛坯的名义尺寸:80-2.5275mm;毛坯的最大尺寸:75-0.874.2mm;毛坯的最小尺寸:750.875.8mm;粗镗后最小尺寸:80-1.5277mm;粗镗后最大尺寸:77+0.177.1mm;精镗后最小尺寸:80-0.05279.9mm;精镗后最大尺寸:79.90.0279.92mm;珩磨后尺寸与零件图纸尺寸相同,即80H9()mm。 2.5 确定切削用量及基本工时2.5.1 粗铣80H9()mm孔大端端面(1)加工条件(a)加工材料:HT200。(b)加工要求:粗铣孔80H9()的大端端面。(c)机床和夹具:X52K立式升降台铣床专用夹具(类式于长三抓卡盘),用R55mm的外圆柱面为基准。(d)刀具:材料YG6,D =160mm,L =45mm,d =50mm,Z =16,10,15,12。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P1067表4.4-2常用铣刀参考几何角度和表4.4-4镶齿套式面铣刀,可得以上的参数。刀具耐用度T10800S。(2)计算切削用量确定80H9mm大端端面最大加工余量,已知毛坯长度方向的加工余量Z2.50.9mm,考虑3的拔模斜度,则毛坯长度方向的加工余量Z7.1mm。但是实际上此平面还要进行精铣所以不用全部加工,留1.5mm的加工余量给后面的精加工。因此实际大端端面的加工余量可以按照Z=5.6mm计算。可以分两次加工则每次加工的加工余量Z2.8mm。铣削的宽度为140mm,则可以分两次加工,80H9孔的小端端面在铸造时也由留了3的拔模斜度,所以也留了加工余量Z3mm。长度方向的加工按照IT12级计算,则取0.4mm的加工偏差(入体方向)。确定进给量f:查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P580表2.4-73端铣刀(面铣刀)的进给量,由刀具材料为YG6和铣床功率为7.5KW,可取:f=0.14 mm/z0.24 mm/z,这里取0.2mm/z。计算切削速度:查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P621表2.4-96各种铣削速度及功率的计算公式:v (2.1)其中:KKKKKKKKK,查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P612表2.4-94工件材料强度、硬度改变时切削速度、切削力和切削功率修正系数,可得:K1.0,K1.0,K1.0,K1.05,K1.0,K0.86,K1.0,K0.8,则:KKKKKKKKK1.01.01.01.051.00.861.00.80.7224。则切削速度为:v59.64m/min。计算主轴转速:n118.65r/min。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P905表3.1-74铣床(立式、卧式、万能)主轴转速,与118.65r/min相近的转速有118r/min和150r/min,取118r/min,若取150r/min则速度太大。则实际切削速度:v59.31m/min。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P698表2.5-10铣削机动时间的计算,可得:t (2.2)其中当0.6时,l+(13),这里0.4375,则l+(13)82mm,l2mm5mm取4mm。l140mm。f0.216118377.6 mm/min查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P905表3.1-75铣床(立式、卧式、万能)工作台进给量,可取375 mm/min。t2.411min。计算机床切削力:查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P624表2.4-97圆周分力的计算公式,可得: (2.3)查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版)P612表2.4-94工件材料强度、硬度改变时切削速度、切削力、切削功率修正系数,可得1.0,则2873.2N。2.5.2 粗铣80H9()孔小端端面 铣削机床和铣削刀具都不变、专用夹具。以80H9的大端端面为定位基准。铣削深度即一次铣削的加工余量(深度Z)3.0mm,可以一次性加工完成。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版)P580表2.4-73端面铣刀(面铣刀)的进给量,由刀具的材料为YG6和铣床的功率为7.5KW,可以得进给量f0.14 mm/z0.24mm/z,这里取0.15mm/z。 查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P521表2.4-96各种铣削速度及功率计算公式,可得:v (2.4)其中:KKKKKKKKK,查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P612表2.4-94工件材料强度、硬度改变时切削速度、切削力和切削功率修正系数和本书的P615表2.4-95其他使用条件改变时切削速度、切削力及切削功率修正系数,可得:K1.0,K1.0,K=1.0,K1.0,K0.4,K0.86,K1.0,K0.8。则:KKKKKKKKK0.2752;v22.8 m/min;n45.36r/min。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P905表3.1-74铣床(立式、卧式、万能)主轴转速,与45.36r/min相近的转速有37.5r/min和47.5r/min,取47.5r/min,若取37.5r/min,则速度损失太大。则实际切削速度为:v23.7879m/min。计算铣削用时:t,其中:l25mm,l1mm3mm取2mm,f0.151647.5114mm/min。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P905表3.1-75铣床(立式、卧式、万能)工作台进给量,取:f118mm/min,t1.27min。铣削小端端面的切削力:查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P624表2.4-97圆周分力的计算公式,可得 (2.5) 查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版)P612表2.4-94工件材料强度、硬度改变时切削速度、切削力、切削功率修正系数,可得1.0,则3883.1N。切削时消耗的功率:查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P621表2.4-96各种铣削切削速度及功率计算公式,可得: (2.6)其中:KKKKKK,查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P612表2.4-94工件材料强度、硬度改变时切削速度、切削力、切削功率修正系数和表2.4-95其他使用条件改变时切削速度、切削力及切削功率修正系数,可得K1.0,K1.0,K1.14,K0.79,K1.0,KKKKKKK1.01.01.140.791.00.9006,则机床切削功率为1.39KW。 查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P903表3.14-73铣床(立式、卧式、万能)参数,可得X52K铣床的电机总功率为9.125KW,主电机总功率为7.5KW,所以机床的功率足够可以正常加工。 机床进给机构的强度校核:已知主切削力3883.1N。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P626表2.4-98各种铣刀水平分力、垂直分力、轴向力与圆周分力的比值,可得:a0.4mm0.8mm,a0.1mm/z0.2mm/z,对称铣刀铣削顺铣,水平分力F/(0.30.4),F/(0.850.95),F/(0.50.55)。则取F0.30.33883.11436.75N,F0.920.923883.13572.452N,F0.530.533883.12058.043N。 查取机床工作台的摩擦系数0.1可得切削刀具在纵向进给方向对进给机构的作用力FF+(+ F+)1436.75+0.1(3883.1+3572.452+2058.043)1436.75951.35952388.1095N。2.5.3 粗镗80H9内孔选用T611卧式镗床核专用夹具。刀具:材料为W18Cr4V,B16mm,H16mm,L200mm,l80mm,d16mm,K60。参考机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P1064表4.3-63镗刀可以得刀以上数据。确定80H9的最大加工余量,已知毛坯厚度方向的加工余量为Z2.5mm0.8mm,考虑3的拔模斜度,则厚度方向上的最大加工余量是Z8.54mm,由于后面要精镗核珩磨则加工余量不必全部加工,留给后面的精镗的加工余量Z1.5mm,珩磨的加工余量留Z0.05mm。则加工余量可以按照Z6.94mm,加工时分两次加工,每次加工的镗削余量为Z3.5mm。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P573表2.4-66镗刀时的进给量及切削速度,可得进给量f0.35 mm/r0.7mm/r,切削速度v0.2 m/s0.4m/s。参考机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P884表3.1-42卧式镗床主轴进给量,取进给量f0.4mm/r,切削速度v0.3 m/s18m/min,则主轴的转速n 71.4r/min。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P884表3.1-41卧式镗床的主轴转速,可得与76.4r/min相近的转速有80 r/min64r/min,取80r/min,若取64r/min则速度损失太大。实际切削速度:v18.85m/min,计算镗削加工工时:t,其中:,3mm5mm,则镗削时间为:t7.432min。2.5.4 精铣80H9大端端面 机床和夹具:X52K立式升降台铣床专用夹具(类式于长三抓卡盘),以80H9的内孔面为基准。刀具:材料YG6,D =160mm,L =45mm,d =50mm,Z =16,10,15,12。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P1067表4.4-2常用铣刀参考几何角度和表4.4-4镶齿套式面铣刀,可得以上的参数。刀具耐用度T10800S。铣削深度mm,铣削宽度为:140mm可以分两次切削。去定进给量f:查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P580表2.4-73端铣刀(面铣刀)的进给量,有刀具的材料为YG6和铣床的功率为7.5KW,可得:进给量分f0.2 mm/z0.3mm/z,此处取0.15 mm/z。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P588表2.4-81硬质合金端铣刀(面铣刀)铣削用量可得:v2.47m/s148.2m/min。则主轴转速为:n 295r/min。 查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P905表3.14-74铣床(立式、卧式、万能)主轴转速,与295 r/min相近的转速有235 r/min和300 r/min。取300r/min,若取235r/min。则速度损失太大。则实际切削速度为v150.8m/min,实际进给量为:f163000.2960mm/min。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P905表3.1-75铣床工作台进给量,可取:f950mm/min,0.198mm/z。 查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P698表2.5-10铣削机动时间的计算,可得:t,其中当0.6时,l+(13),这里0.4375,则l140mm,82mm,2mm5mm,取5mm,则t0.476min。2.5.5 精镗80H9内孔选用T611卧式镗床和专用夹具(弹簧心轴),以孔80H9的大端端面为基准。刀具:参考机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P1064表4.3-63镗刀,可以选择B =12mm,H =16mm,L =80,d =12mm,45,刀具材料为YG8。确定进给量, 查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P573表2.4-66镗刀及切削速度,可得:进给量f0.15mm/r0.25mm/r,切削速度v2.04 m/s。参考机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P884表3.1-42卧式镗床主轴进给量,取进给量f0.19 mm/r。切削速度:v2.04 m/s122.4 m/min。计算主轴转速:v497r/min。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P884表3.1-41卧式镗床主轴转速,可得与497 r/min相近的转速有400 r/min和500 r/min,取500 r/min。若取400r/min则速度损失太大。则实际切削速度:v=123.2 m/min。查机械加工工艺手册李洪主编(北京出版社出版),P674表2.5-3车削和镗削的机动时间计算,可得:t,其中:l100mm,3mm,3mm5mm,mm,则镗削时间为:t1.14min。3 夹具设计 支座体材料为HT200,年产量5万件。为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。本夹具用于支座体小端面的铣削加工。机床夹具是一种在金属切削机床上实现装夹任务的工艺装备,是机械加工工艺系统的一个重要组成部分9。3.1 夹具的概述3.1.1 机床夹具的基本组成部分(1)定位元件及定位装置 它与工件的定位基准相接处,用于确定工件在夹具中的正确位置,从而保证加工时工件相对于刀具和机床加工运动之间的相对正确位置。(2)对刀及引导元件 这些元件的作用是保证工件与刀具之间的正确位置,用于确定刀具在加工前正确位置的元件,称为对刀元件。用于确定刀具位置并引导刀具进行加工的元件,称为引导元件10。(3)夹紧装置用于加紧工作,在切削时使使工件在夹具中保持既定位置。(4)联接元件用以确定夹具在机床上的位置并于机床相连接。(5)夹具体用以联接夹具各元件或装置,使之成为一个整体,并通过它将夹具安装在机床上。(6)其他联接或装置除上述元件或装置以外的元件或装置。如某些夹具上的分度装置、防错装置、安全保护装置、为便于拆下工件而设置的顶出器等。3.1.2 机床夹具的作用(1)保障加工质量使用机床夹具的首要任务是保证加工精度,特别是保证被加工工件加工面与定位面之间以及被加工表面互相之间的位置精度。使用机床夹具后,这种精度主要是靠夹具和机床来保证,不再依赖于工人的技术水平11。(2)提高生产效率,降低生产成本使用夹具后可以减少划线、找正等辅助时间,而且易实现多件、多工位加工。现代机床夹具中广泛采用气动、液压等机动夹紧装置,可使辅助时间进一步减少。(3)扩大机床工艺范围在机床上使用可使加工变得方便,并可扩大机床的工艺范围。例如,在车床或钻床上使用镗膜,可以代替镗床镗孔。又如,使用靠模夹具,可在车床或铣床上进行仿形加工。(4)减轻工人劳动强度,保证安全生产。3.1.3 机床夹具的分类按机床夹具的使用范围,可划分为5种类型:(1)通用夹具:如车床上常用的三爪自定心卡盘、顶尖,铣床上常用的平口钳、分度头、回转工作台等均属此类夹具。该类夹具由于具有较大的通用性,故得其名。通用夹具一般以标准化,并有专门的专业工厂生产,常作为机床的标准附件提供给用户12。(2)专用夹具:这类夹具是针对某一工件的某一工序而专门设计的,因其用途专一而得名,专用夹具广泛用于批量生产中。(3)可调整夹具和成组夹具:这类夹具的特点是夹具的部分元件可以更换,部分装置可以调整,以适应不同的零件的加工。用于相似零件成组加工的夹具,通常称为成组夹具。与成组夹具相比,可调整夹具的加工对象不很明显,适用范围更广一些。(4)组合夹具:这类家具有一套标准化的元件,根据零件的加工要求拼装而成,不同元件的不同组合和联接可构成不同结构和用途的夹具。夹具用完以后,元件可以拆卸重复使用。这类夹具特别适合于新产品试制和小批生产。(5)随行夹具:这是一种在自动线或柔线制造系统中使用的夹具。工件安装在随行夹具上,除完成对工件的定位和夹紧外,还装载着工件随输送装置送往各机床,并在机床上被定位夹紧。为提高生产效率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用的夹具。根据我们所需加工的零件,由于其结构较为特殊,一般机床的通用夹具较难以定位及夹紧,因此每道工序都运用专用夹具来加工,加工本零件所需的专用夹具为四个13。3.1.4 夹具设计的基本要求一台优良的机床必须满足下列基本要求:(1)保证工件的加工精度保证加工精度的关键,首先在于正确的选定定位基准,定位方法和定位元件,必要时还需要进行定位误差分析,还要注意夹具中其他零件的结构对加工精度的影响,确保夹具能满足工件的加工精度要求。(2)提高生产效率专用夹具的复杂程度应与生产纲领相对应,应尽量采用各种快速高效的装夹机构,保证操作方便,缩短辅助时间,提高生产效率。(3)工艺性能好专用夹具的结构应力求简单、合理,便于操作、装配、调整、检验、维修等。(4)使用性能好专用夹具的操作应简便,省力,安全可靠。在客观条件允许且又经济适用的前提下,应尽可能采用气动、液压等机械化夹具装置,以减轻操作者的劳动强度14。3.1.5 夹具设计规范化的意义研究夹具设计规范化程序的主要目的在于:(1)保证设计质量,提高生产效率,夹具设计质量主要表现在:(a)设计方案与生产纲领的适应性;(b)高位设计与定位副设置的相容性;(c)夹具设计技术经济指标的先进性;(d)精度控制项目的完备性以及各种控制项目公差数值规定的合理性;(e)夹具结构设计的工艺性;(f)家具制造成本低经济型。有了规范的设计程序,可以指导设计人员有步骤、有计划、有条理的进行工作,提高设计效率,缩短设计周期。(2)有利于计算机辅助设计,有了规范化的设计程序,就可以利用计算机进行辅助设计,实现优化设计,减轻设计人员的负担。有利于计算机进行辅助设计,除了进行精度设计之外,还可以寻找最佳夹紧状态,利用有限对零件的强度、刚度进行设计计算,实现包括绘图在内的设计过程的全部计算机控制。(3)有利于初学者尽快掌握夹具设计的方法。近年来,关于夹具设计的理论、研究和实践经验总结已日渐完备,在此基础上总结出来的夹具规范化设计程序,使初级夹具设计人员的设计工作提高到了一个新的科学化水平15。3.2 定位元件的选择 在设计夹具的过程中要考虑到工件是否正确定位,保证加工精度,缩短安装时间,提高劳动生产率,扩大机床工艺范围,实现一机多能,操作方便,可降低对工人的技术要求,还可减轻工人的劳动强度。夹具包括定位元件装置,夹紧装置,对刀导向元件,连接元件以及其他夹紧装置和夹具体16。 常见的定位元件有支撑钉、支撑板、定位销、锥面定位销、V形块、定位套、锥度心轴等等。3.3 夹紧元件的选择工件在夹具中定位后一般应夹紧,使工件在加工过程中保持以获得的定位不被破坏。由于工件在加工过程中受切削力,惯性力、夹紧力等的作用,会形成变形或位移,从而影响工件的加工质量。所以工件的夹紧也是保证加工精度的一个十分重要的问题。为了获得良好的加工效果,一定要把工件在加工过程中的位移、变形等控制在加工精度所允许的范围之内。夹紧时间的处理有时会比定位的设计更为困难,从设计难度上讲,夹紧机构往往花费设计人员较多的心血。3.3.1 夹紧机构设计主要原则(1)夹紧时不能破坏工件在定位元件上所获得的位置。(2)夹紧力应保证工件位置在整个加工过程中不变或不产生不允许的振动。(3)使工件不产生过大的变形表面损伤。(4)夹紧机构必须可靠。夹紧机构各元件要有足够的刚度和强度,手动夹紧机构必须保证自锁,机动夹紧机构应有联锁保护装置,夹紧行程必须足够。(5)夹紧机构必须安全、省力、方便、符合工人操作习惯。(6)夹紧机构的复杂程度、自动化程度必须与生产纲领和工厂的条件相适应。夹紧元件是用以夹紧工件的,用于固定工件以获得的正确的元件,本设计所选用的主要定位元件是心轴、V型块、对刀块,它的优点是:在夹紧过程中能保持拨叉安装定位时获得正确位置;操作方便、省力、安全;结构简单,是标准化元件。3.3.2 切削力及夹紧力的计算 本道工序主要的切削力是铣削过程中带来的横向的进给力。YG6镶齿套式面铣刀参数:;ap =3mm;fz= 0.15mm/s;ae=110mm;d0=160mm;KFc=(HB/198)0.55;3883.1N。夹具夹紧力至少为3883.1N。由于支座体零件属大批量生产类型,为了提高加工效率,缩短辅助时间,采用液压缸提供夹紧力,通过动V型块施加夹紧力,装卸工件方便、迅速。通过查阅相关资料选择YG系列液压缸。4 组合机床总体设计组合机床是根据工件加工需要,以大量系列化、标准化的通用部件为基础,配以少量专用部件,对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。组合机床能对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工。组合机床可分为具有固定夹具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类17。4.1 加工需求分析绘制组合机床“三图一卡”,就是针对具体,在选定的工艺和结构方案的基础上,进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括:绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸总图和编制生产率计算卡等18。4.1.1 被加工零件工序图的作用及内容 被加工零件工序图是根据制订的工艺方案,表示所设计的组合机床(或自动线)上完成的工艺内容,加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求,加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样。除了设计研究合同外,它是组合机床设计的具体依据,也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件。被加工零件工序图是在被加工零件工序图基础上,突出本机床或自动线的加工内容,并作必要的说明而绘制的。其主要内容包括:(1)被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本工序机床设计有关部位结构形状和尺寸。本工序加工部位用粗实线表示,其余部位用细实线表示。当需要设置中间导向时,则应把设置中间导向临近的工件内部肋、壁布置及有关结构形状和尺寸表示清楚,以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。(2)本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹紧方向。以便据此进行夹具的支撑、定位、夹紧和导向等机构设计。(3)本工序所选用加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求。本工序加工部位的位置尺寸应与定位基地直接发生关系。当本工序定位基准与设计基准不符时,必须对加工部位的位置精度进行分析和换算,并把不对称公差换算为对称公差。对工件毛坯应有要求,对孔的加工余量要认真分析。当本工序有特殊要求时必须注明。(4)注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。4.1.2 生产率计算生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程、动作时间、切削用量、生产率、负荷率等的技术文件。通过其可以分析所拟定的方案是否满足要求。(1)理想生产率=50000/2300= 21(件/h)。式中A为年生产纲领取50000件,单班制取2300h。(2)实际生产率min。件/h。实际生产率大于理想生产率。因此本设计满足要求。(3)机床负荷率。 机床负荷率不大于0.860.90。4.2 组合机床总体方案4.2.1 加工示意图的作用和内容加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的,是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图;是设计刀具,辅具,夹具,多轴箱和液压、电气系统以及选择动力件,绘制机床总联系尺寸图的主要依据是对机床总体布局和性能的原始要求,也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。加工示意图应表达和标注的内容有:机床的加工方法,切削用量,工作循环和工作行程,工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸,主轴结构类型、尺寸及外伸长度19。4.2.2 绘制加工示意图的注意事项加工示意图应绘制成展开图,按比例用细实线画出工件外形、加工部位,加工表面画粗实线,必须使工件和加工方位与机床布局相吻合。为简化设计,同一多轴箱上结构尺寸完全相同的主轴(即指加工表面,所用刀具及导向,主轴及接杆等规格尺寸,精度完全相同时,只画一根,但必须在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号)。一般主轴的布置不受真实距离的限制,当主细彼此间很近或需设置结构尺寸较大的导向装置时,必须以实际中心距严格按比例画,以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向装置等是否相互干涉。4.2.2 各部件的选择(1)刀具的选择选择刀具应考虑工件材质、加工精度、表面粗糙度、排屑及生产率等要求。只要条件允许,应尽量选用标准刀具。本工序是粗铣,选用硬质合金镶齿套式面铣刀配合通用面铣刀杆,刀具尺寸应满足加工要求。(2)导向结构的选择导向装置的作用:保证刀具相对工作的正确位置,保证刀具间正确的位置,提高刀具系统的支撑刚性。本工序的切削速度最大不过V =50m/min。(3)确定切削转矩、轴向力和切削功率确定切削转矩、轴向力和切削功率是为了分别确定主轴及其他传动件尺寸、选择滑台、主电动机提供依据。铣削转矩、轴向力和切削功率根据机械加工工艺手册第二版第1卷(王先逵主编 机械工业出版社)P1-61 表1.6-10可得:粗铣周向力为3883.1N功率为1.476kw,铣削转矩为310Nmm。(4)确定主轴类型及相关尺寸主轴类型主要依据工艺方法和刀杆与主轴的联结结构进行确定。主轴轴颈及轴端尺寸主要取决于进给力和主轴、刀具系统结构。主轴轴颈尺寸规格应根据切削转矩T来确定。强度条件下45钢质主轴的直径为=13mm刚度条件下45钢质主轴的直径为=9mm因此粗铣时主轴直径至少为13mm。查组合机床设计简明手册表5-16可确定使用的铣削头为1TX25型顶置式齿轮传动铣削头。该铣削头纵向总尺寸为130mm。(5)铣刀刀杆尺寸的确定铣刀刀杆直径至少为65mm,但不能过大,否则强度不够。铣刀刀杆伸出长度至少为53mm,但也不能过长否则影响加工精度。这里铣刀刀杆直径取48mm,铣刀刀杆伸出长度取100mm。(6)确定联系尺寸其中最重要的联系尺寸是工件端面到轴箱端面之间的距离,它等于刀具悬伸长度、主轴外伸长度之和,再减去加工端面的厚度。为了使机床结构紧凑,应尽量使工件端面至轴箱距离最小。因此首先从所有刀具中找出影响联系尺寸的关键刀具,使其接杆最短,以获得加工终了时轴箱前端面到工件端面之间所需的最小距离,并据此确定全部刀具、接杆(或卡头)、导向托架及工件之间的联系尺寸。主轴端部须标注外径和孔径(D/d)、外伸长度L;刀具结构尺寸须标注直径和长度;导向结构尺寸应标注直径、长度、配合;工件至夹具之间的尺寸须标注工件离导套端面的距离;还须标注托架与夹具之间的尺寸。本设计中工件端面到铣削头端面之间的距离定为125mm。(7)标注切削用量粗铣小端面:n =45.36 r/min,=23.7879m/min,=0.15mm/r。(8)动力部件工作循环及行程的确定动力部件的工作循环是指加工时,动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置,又返回到原位的动作过程。一般包括快速引进、工作进给和快速退回等动作。有时还有中间停止,多次往复进绐,跳跃进给,挡铁停留等特殊要求。工作进给长度,应等于加工部位长度与刀具切入长度和切出长度之和。即120+10+10=140mm。快速进给是指动力部件把刀具送到工作进给位置,其长度按具体情况确定。工件离铣削头端面最大距离为:125mm,快速进给长度定为50mm。快速退回长度等于快速进给和工作进给长度之和。快退长度l=50mm。动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程外,还要考虑因刀具磨损或补偿制造、安装误差,动力部件能够向前调节的距离(即前备量)和刀具装卸以及刀杆同刀具一起从主轴孔中取出时,动力部件需后退的距离(即后备量)。因此,动力部件的总行程为快退行程与前后备量之和。前备量取100mm,后备量取170mm,总行程为410mm。4.3 机床联系尺寸总图4.3.1 机床联系尺寸总图的作用与内容(1)机床联系尺寸总图的作用机床联系尺寸总图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据,并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的,是用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图,用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求和通用部件选择是否合适;它为多轴箱、夹具等专用部件设计提供主要依据;它可以看成是机床总体外观简图,由其轮廓尺寸,占地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境。(2)机床联系尺寸总图的内容表明机床的配置型式和总布局。以适当数量的视图(般至少两个视图,主视图应选择机床实际加工状态),用同一比例画出各主要部件的外廓形状和相对位置。表明机床基本型式(卧式、立式或复合式、单面或多面加上、单工位或多工位)及操作者位置等。完整齐全地反各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后行程备量尺寸。标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速,并标出机床分组编号及组件名称,全部组件应包括机床全部通用及专用零部件,不得遗漏20。4.3.2 绘制机床联系尺寸总图之前应确定的主要内容(1)选择动力部件动力部件的选择主要是确定动力箱(或各种工艺切削头)和动力滑台。下图中是根据已定的工艺方案和机床配置型式并结合使用及修理等因素,确定机床为卧式单面单工位液压传动组和机床,液压滑台实现工作进给运动,选用配套的动力箱驱动多轴箱铣面主轴。动力滑台的选择,
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本文标题:左支座体零件工艺规程及专用夹具设计
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