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基于UG环境杠杆零件的钻床组合夹具设计【含CAD图纸三维UG模型】,含CAD图纸三维UG模型,基于,UG,环境,杠杆,零件,钻床,组合,夹具,设计,CAD,图纸,三维,模型

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摘 要本次毕业设计的题目是基于UG环境钻床组合夹具设计。我主要需要完成的包括加工工艺的安排以及专用机床夹具设计。为了保证加工零件的精度同时节约成本和缩短加工周期以及提高加工效率，那么一个良好的工艺安排以及专用夹具的设计就是必不可少的了。在工艺的安排上不但要考虑合理的加工要求还要考虑到操作者以及加工机械的安全。同时夹具的设计上也要考虑到使用的安全性和经济性以及安装和拆卸上的方便性。设计一个良好的工艺工装安排路线那么必须要经过对加工件的详细分析以及周密的考虑后才能得出。所以分析问题是解决问题的关键，同时还要反复的调整，来寻求最好的一个路线。这样才能让工艺路线更加的完美，才能保证工件的加工精度和加工效率以及节约材料。关键词 转向节；加工工艺；专用夹具；加工精度；工艺路线AbstractThe topic of this graduation design is modular fixture design based on UG drilling machine. I need to complete including process arrangement and special fixture design. In order to guarantee the processing precision of parts at the same time, save cost and shorten the processing cycle and improve the processing efficiency, so the design of a good process arrangement and special fixture is essential. In the process of arrangement should not only reasonable processing requirements but also take into account the operator and processing machinery safety. At the same time the fixture design also want to consider the safety and economy and the convenience of installation and disassembly. The design of a good tooling arrangement route so must have to process a detailed analysis and careful consideration can reach. So the analysis of the problem is the key to solve the problem, but also repeated adjustment, to find a route to the best. So the process is more perfect, can guarantee the workpiece machining accuracy and machining efficiency and material saving.Keywords steering knuckle; processing technology; fixture; machining accuracy; process route目 录1左摆动杠杆的工艺分析1.1左摆动杠杆的用途11.2左摆动杠杆的技术要求11.3左摆动杠杆的工艺分析21.4确定生产类型32确定毛坯、绘制毛坯简图32.1选择毛坯32.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量33拟定左摆动杠杆工艺路线53.1定位基准的选择53.2表面加工方法的确定53.3加工阶段的划分63.4工序的集中与分散63.5工序顺序的安排63.6确定工艺路线75.1切削用量的计算95.2时间定额的计算106机床的夹具设计126.1定位方案设计126.2导向装置设计126.3夹紧装置设计136.4夹具体设计137方案综合评价与分析138体会与展望13第1章 绪论1.1 机械加工工艺概述机械加工工艺是指用机械加工的方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和性质使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的一个依据。机械加工工艺流程是工件或者零件制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。比如一个普通零件的加工工艺流程是粗加工-精加工-装配-检验-包装，就是个加工的笼统的流程。 机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品 或半成品，是每个步骤，每个流程的详细说明，比如，上面说的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分为车，钳工，铣床，等等，每个步骤就要有详 细的数据了，比如粗糙度要达到多少，公差要达到多少。 技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。这个就比较有针对性了。每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。 总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。1.2机械加工工艺流程机械加工工艺规程是规定零件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件之一，它是在具体的生产条件下，把较为合理的工艺过程和操作方法，按照规定的形式书写 成工艺文件，经审批后用来指导生产。机械加工工艺规程一般包括以下内容：工件加工的工艺路线、各工序的具体内容及所用的设备和工艺装备、工件的检验项目及 检验方法、切削用量、时间定额等。 制订工艺规程的步骤 1) 计算年生产纲领，确定生产类型。 2) 分析零件图及产品装配图，对零件进行工艺分析。 3) 选择毛坯。 4) 拟订工艺路线。 5) 确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。 6) 确定各工序所用的设备及刀具、夹具、量具和辅助工具。 7) 确定切削用量及工时定额。 8) 确定各主要工序的技术要求及检验方法。 9) 填写工艺文件。 在制订工艺规程的过程中，往往要对前面已初步确定的内容进行调整，以提高经济效益。在执行工艺规程过程中，可能会出现前所未料的情况，如生产条件的变化，新技术、新工艺的引进，新材料、先进设备的应用等，都要求及时对工艺规程进行修订和完善。1.3夹具概述夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着加工的精度、劳动生产率和产品的制造成本等，帮机床夹具设计在企业的产品设计和制造以及生产技术准备中占有极其重要的地位。机床夹具设计是一项重要的技术工作。 “工欲善其事，必先利其器。”工具是人类文明进步的标志。自20世纪末期以来，现代制造技术与机械制造工艺自动化都有了长足的发展。但工具（含夹具、刀具、量具与辅具等）在不断的革新中，其功能仍然十分显著。机床夹具对零件加工的质量、生产率和产品成本都有着直接的影响。因此，无论在传统制造还是现代制造系统中，夹具都是重要的工艺装备。1.4机床夹具的功能在机床上用夹具装夹工件时，其主要功能是使工件定位和夹紧。1机床夹具的主要功能机床夹具的主要功能是装工件，使工件在夹具中定位和夹紧。（1）定位 确定工件在夹具中占有正确位置的过程。定位是通过工件定位基准面与夹具定位元件面接触或配合实现的。正确的定位可以保证工件加工的尺寸和位置精度要求。（2）夹紧 工件定位后将其固定，使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。由于工件在加工时，受到各种力的作用，若不将工件固定，则工件会松动、脱落。因此，夹紧为工件提供了安全、可靠的加工条件。2机床夹具的特殊功能机床夹具的特殊功能主要是对刀和导向。（1）对刀 调整刀具切削刃相对工件或夹具的正确位置。如铣床夹具中的对刀块，它能迅速地确定铣刀相对于夹具的正确位置。（2）导向 如钻床夹具中的钻模板的钻套，能迅速地确定钻头的位置，并引导其进行钻削。导向元件制成模板形式，故钻床夹具常称为钻模。镗床夹具（镗模）也具有导向功能。1.5机床夹具的发展趋势随着科学技术的巨大进步及社会生产力的迅速提高，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。1.5.1机床夹具的现状国际生产研究协会的统计表明，目前中、小批多品种生产的工作品种已占工件种类总数的85%左右。现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场激烈的竞争。然而，一般企业仍习惯于大量采用传统的专用夹具。另一方面，在多品种生产的企业中，约4年就要更新80%左右的专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为15%左右。特别是近年来，数控机床（NC）、加工中心（MC）、成组技术（GT）、柔性制造系统（FMS）等新技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本。2）能装夹一组具有相似性特征的工件。3）适用于精密加工的高精度机床夹具。4）适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具。5）采用液压或气压夹紧的高效夹紧装置，以进一步提高劳动生产率。6）提高机床夹具的标准化程度。1.5.2现代机床夹具的发展方向现代机床夹具的发展方向主要表现为精密化、高效化、柔性化、标准化四个方面。精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达0.1；用于精密车削的高精度三爪卡盘，其定心精度为5m；精密心轴的同轴度公差可控制在1m内；又如用于轴承套圈磨削的电磁无心夹具，工件的圆度公差可达0.20.5m。高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。常见的高效化夹具有：自动化夹具、高速化夹具、具有夹紧动力装置的夹具等。例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用的高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在（试验）转速为2600r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、拼装、组合等方式，以适应可变因素的能力。可变因素主要有：工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、拼装夹具、数控机床夹具等。在较长时间内，夹具的柔性化将是夹具发展的主要方向。标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。在制订典型夹具结构的基础上，首先进行夹具元件和部件的通用化，建立类型尺寸系列或变型，以减少功能用途相近的夹具元件和部件的型式，屏除一些功能低劣的结构。通用化方法包括夹具、部件、元件、毛坏和材料的通用化。夹具的标准化阶段是通用化的深入，主要是确立夹具零件或部件的尺寸系列，为夹具工作图的审查创造良好的条件。目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：GB/T2148T225991以及各类通用夹具、组合夹具标准等。机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。1左摆动杠杆的工艺分析 1.1左摆动杠杆的用途 左摆动杠杆主要应用在某柴油机的左摆动器中，包括有中部有定轴管、一端为拨叉、另一端为触杆的锻造成型的杠杆体，在其两触杆端部各设有孔，在该两孔中设有与其紧密配合的钢球头。1.2左摆动杠杆的技术要求表一 左摆动杠杆的零件技术要求加工表面尺寸及偏差mm公差及精度等级表面粗糙度Raum左摆动杆上面177IT93.2左摆动杆右面IT93.2左摆动杆左面IT93.2右图孔IT71.6右图孔IT71.6右图孔及M10螺纹 M10IT86.4左图盲孔IT86.4左图孔IT71.6左图下槽8IT83.21.3左摆动杠杆的工艺分析 分析零件图可知，左摆动杠杆的上、左和右端面的粗糙度要求较高，为3.2，所以需要进行切削加工。而其他的各表面的粗糙度要求并不高，又因为是大批生产，所以采用锻造毛坯的方法，其他面无需加工。零件中几个孔的要求较高，粗糙度为3.2，但孔的直径较小，所以采取钻、粗铰，精铰的加工以确保精度等级。零件中对形位公差的要求并不高。由此，该零件加工方便，工艺性较好。1.4确定生产类型 该零件为大批生产2确定毛坯、绘制毛坯简图2.1选择毛坯 由于左摆动杠杆在实际应用中要承受较大的力，为了增强左摆动杠杆的强度和冲击韧度，获得纤维组织，毛坯采用锻件。该零件尺寸不大，且生产类型为大批生产、形状较复杂，为提高生产率和精度，宜采用模锻方法制造毛坯。毛坯的薄膜斜度为2.2确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量由表2-10和表2-12可知，要确定毛坯的尺寸公差及机械加工余量，应先确定如下的因素2.2.1公差等级 由左摆动杠杆的技术要求，确定该零件的的公差等级为普通级。2.2.2锻件重量已知机械加工后的左摆动杠杆的重量为1.2Kg，由此可初步估计机械加工前的锻件的重量为2.3Kg2.2.3锻件形状复杂系数 对左摆动杠杆进行分析计算，可大致确定锻件的包容体的长度、宽度和高度，即179mm，32mm，24mm。（详见毛坯图）;由公式（2-3）和（2-5）可以计算出锻件的复杂系数2.2.4锻件材质系数 由于该材料为45号钢，是碳的质量分数小于0.65%的碳素钢，故该锻件的材质系数属级。2.2.5零件表面粗糙度由零件图可知，该左摆动杠杆的各加工表面的粗糙度Ra大于或等于1.6um根据上述因素，可查表确定该锻件的尺寸公差和机械加工余量，所得结果列于表二表二左摆动杠杆锻造毛坯尺寸公差及机械加工余量锻件重量/Kg包容体重量/Kg形状复杂系数材质系数公差等级1.22.3普通级项目/mm机械加工余量/mm尺寸公差/mm备注宽度28表2-101.7-2.2 取2表2-13长度117表2-101.7-2.2 取2表2-13高度24表2-101.7-2.2 取2表2-133拟定左摆动杠杆工艺路线3.1定位基准的选择 定位基准有粗基准还有精基准，通常先确定精基准，再确定粗基准。3.1.1精基准的选择 根据该拨叉零件的技术要求和装配要求，选择左摆动杠杆的上端面和左端面为精准，零件上的很多表面和孔都可以采用他们作基准进行加工，即遵循了“基准统一”的原则。另一方面，我们可以以这两个面为定位基准，加工其他的平面和孔，保证“基准重合”的原则。最后一方面，以这两个面为定位基准，在加紧方便。3.1.2粗基准的选择 作为粗基准的表面应该平整，没有飞边、毛刺、或其他的欠缺。本例选择右端面为粗基准。3.2表面加工方法的确定 根据左摆动杠杆零件图上个加工表面的尺寸精度和表面粗糙度，确定加工件个表面的加工方法。如表三所示表三左摆动杠杆各表面加工方案加工表面尺寸精度等级表面粗糙度Ra/um加工方案备注左端面IT93.2粗铣-半精铣表1-8右端面IT93.2粗铣-半精铣表1-8上端面IT93.2粗铣-半精铣表1-8孔右图IT71.6钻-粗铰-精铰表1-7孔IT71.6钻-粗铰-精铰表1-7孔IT71.6钻-粗铰-精铰表1-7攻螺纹M10钻-攻螺纹孔左图IT86.3铰表1-7盲孔IT86.3钻-粗铰表1-78mm的槽IT83.2粗铣-半精铣表1-82mm槽IT83.2粗铣-半精铣表1-83.3加工阶段的划分 该左摆动杠杆的质量要求较高，可将加工阶段划分为粗加工、半精加工和精加工几个阶段。在粗加工阶段，首先应该将精基准准备好，使后续工序都可采用精基准定位加工，保证其他加工表面和孔的加工精度;然后粗钻其他的一些孔，再粗铰、的孔；在精铰刀加工阶段，完成粗糙度为1.6的孔的精铰加工。3.4工序的集中与分散 由于生产类型是大批生产，采用工序集中的加工工序。采用外能型机床以专用工、夹具，以提高生产率；而且运用工序集中的原则是工价的装夹次数少，可以缩短辅助时间。3.5工序顺序的安排3.5.1机械加工工序遵循“先基准后其他”原则，首先加工精基准-左端面与上端面；遵循“先粗后精”的原则，先安排粗加工工序，再安排精加工工序；遵循“先主后次”的原则，先加工主要表面-左端面和上端面，再加工次端面-右端面；遵循“先面后孔”原则，先加工三个端面，然偶加工剩下的几个孔。3.5.2热处理工序模锻成型后切边，进行调质处理，调质硬度为241-285HBS，并进行酸洗，喷丸处理。喷丸可以提高表面硬度，增加耐磨性，消除毛坯表面因脱碳而对机械加工带来的不利影响。3.5.3辅助工序 半精加工后，安排去毛刺和中间检验工序;精加工后，安排去毛刺、清洗和终检工序。综上所述，该左摆动杠杆工序的安排顺序为：基准加工-主要表面粗加工及一些余量大的表面粗加工-主要表面半精加工-热处理-主要孔的精加工3.6确定工艺路线 在综合考虑上述工序顺序安排原则的基础上，表四列出了拨叉的工艺路线表四工序号工序名称机床设备刀具量具1粗铣左右端面及上下端面X51面铣刀游标卡尺2半精铣左端面，上端面X51面铣刀游标卡尺3半精铣右端面X51面铣刀游标卡尺4钻-粗铰盲孔四面组合机床麻花钻 铰刀5钻-粗铰-攻螺纹四面组合机床麻花钻 铰刀6钻-粗铰-精铰孔四面组合机床麻花钻 铰刀7钻-粗铰-精铰孔四面组合机床麻花钻 铰刀8钻-粗铰-精铰孔四面组合机床麻花钻 铰刀9粗铣-半精铣8mm槽X51铣刀 铰刀10粗铣-半精铣2mm槽X51铣刀 铰刀11去毛刺钳工台平锉12中检塞规 百分尺 卡尺13清洗清洗机14终检塞规 百分尺 卡尺4加工余量、工序尺寸、和公差的确定（只算工序5）查表2-28可得，精铰余量为 Z精=0.15mm;扩孔的余量为Z扩=0.85mm；钻孔的余量为Z=14mm查表1-20可确定各工序尺寸的加工精度等级为：精铰IT8；扩孔IT10；钻孔IT12根据上述结果，查表2-40可知，个工步公差为：精铰，1515.027；扩孔，14.8514.92；钻孔1414.018其相互关系参看右图5切削用量、时间定额的计算只算工序5的切削用量、时间定额5.1切削用量的计算5.1.1钻孔工步 1）背吃刀量=14mm 2）进给量 由表5-12，选取每转进给量 f=0.2mm/r 3)切削速度 由表5-22查得，因为工件为45号钢，v=20m/min，带入公式得参照表4-15所列X51型立式机床的主轴转速取n=590r/min。实际转速为5.1.2扩孔工步1）背吃刀量=0.85mm2）进给量 由表5-31可查得，取f=0.50 mm/r3）切削速度计算 由表5-31可得 v=2 m/min 参照表4-9所列Z525型立式钻床单主轴转速，取n=97 r/min。实际转速5.1.3精铰工步1）背吃刀量=0.15 mm2）进给量 查表5-31 f=0.4 mm/r3)切削速度计算 查表5-31可查到 v=4 m/min 参照表4-9所列Z525型立式钻床的主轴转速，取n=140 r/min 实际转速 5.2时间定额的计算5.2.1基本时间的计算1）钻孔 查表5-41，=24 mm， =2 mm =5 mm f=0.2 mm/r, n=590 r/min 带入2）扩孔 根据表5-41，按=15 ，=1.5，查得=0.56 mm ， =5.3 mm3）铰孔 根据表5-41及表5-42 查得 =20 mm ，=22 mm ，l=24 mm f=0.4 mm/r , n=140 r/min5.2.2辅助时间的计算 根据经验公式，辅助时间与基本时间的关系为 =（0.150.2）,本例取=0.15，则各工步的辅助时间为：钻孔工步：=0.1515.8=2.37s扩孔工步：=0.1533.8=5.07s 精铰工步：=0.1545.6=6.84s5.2.3其他时间计算除了作业时间之外，每件工序的单位时间还包括布置工作地点时间、休息时间与生理需要时间和准备与终结时间。由于是大批生产，分摊到每个工件的准备与终结时间甚微，可忽略不计；布置工作时间是作业时间的2%7%，休息与生理需要时间是作业时间的2%4%,在此均取3%，则各工序的其他时间（+）可按关系式（3%+3%）+(+)计算，他们分别为：钻孔：+=6%（2.37+15.8）=1.09s扩孔：+=6%（5.07+33.8）=2.33s铰孔：+=6%（6.84+45.6）=3.15s5.2.4单件总时间的计算钻孔工步：=15.6+2.37+1.09=19.06s扩孔工步：=33.8+5.07+2.33=41.2s铰孔工步：=45.6+6.84+3.15=55.51s5.2.5加工单件总时间T=19.06+41.2+55.5=1115.86机床的夹具设计6.1定位方案设计6.1.1工件在夹具体中的定位通过分析零件可知，15的孔是以12孔的中心轴线、与左端面为设计基准，为保证“基准重合”的原则，选择以下的定位方案：用定位销定位，定位销位于12的孔内, 限制了两个方向的平动与两个方向的转动自由度；用支承钉顶住左端面定位，限制一个方向的平动；用支承钉顶住下端面，与定位销共同限制一个方向的转动；由上分析，此种定位方案共限制了6个自由度，实现了完全定位，保证加工的准确性。6.1.2定位误差的分析由于实现了定位基准与设计基准的统一，所以基准不重合度误差为0。基准位移误差为15孔的加工误差，所以此种定位方案实现了定位误差的最小。6.2导向装置设计根据工序7的加工工步：钻孔-扩孔-铰孔。与加工所用的刀具（铣刀）与机床（四面组合机床），采用快换钻套与衬套想配合的方式作为铣刀与钻刀的导向装置。快换钻套的选取：根据经验公式H=（12.5）d可以确定钻套的高度为1537.5。再根据表9-10可以选取相应的钻套。衬套的选取：根据所选的快换钻套，选取与之配合的衬套。排屑间隙的确定：根据经验公式h=（0.71.5）d可以确定排屑间隙为10.522.5，选取12。根据定位装置与快换钻套与衬套，设计钻模板。6.3夹紧装置设计根据支承钉钉分布情况与工件的定位方法，采用两种相辅相成的夹紧方式：夹紧螺钉定位，使夹紧力指向定位基准；偏心轮夹紧，并使夹紧力指向下端面。此种夹紧方案，能限制所有方向的移动与转动，夹紧可靠，保证加工精度。具体如装配图。6.4夹具体设计根据定位方案、导向装置、夹紧装置的要求，并考虑结构公益性和清除切削等要求，设计夹具体，具体见夹具体图。7方案综合评价与分析此套方案，从机械加工工艺规程设计到夹具体的设计，都是在分析零件的功能与工艺性的基础上展开的。工艺规程制定合理、规范，有很强的实用性。夹具体的设计，从定位方案的设计，到导向装置与夹紧装置的设计，也是以零件为基本，所以做到合理。总之，这套方案合理、规范，使用性强。8体会与展望通过此次设计，进一步复习所学的机械制造技术基础、精度设计与检测、机械图学与机械设计等课程的内容，并运用到实践。锻炼了自己运用所学知识的能力、自己发现问题解决问题的能力和设计能力。但通过此次课程设计，也体会到：所学知识不扎实，运用能力还是不强等自身的不足。这些都将会促进我更进一步的学习。参考文献1绉青.机械制造技术基础课程设计指导教程M.北京:机械工业出版社，20042韩正铜.机械精度设计与检测M.江苏:中国矿业大学出版社，20073 苏翼林.材料力学M.北京:人民教育出版社,19794 赵俊,楮乃雄.AG材料床身的结构设计J.制造技术与机,1996,26(03):27-295 孙志礼，冷兴聚，巍延刚，曾海泉.机械设计M.沈阳:东北大学出版社,20006 张平.铣床夹具优化设计的研究D.阜新：辽宁工程技术大学硕士学位论文，20067 李凤平,张士庆.机械图学M.阜新:东北大学出版社，2003 8 单祖辉.材料力学M.北京:高等教育出版社，2003 9 王光斗，王春福.机械夹具设计手册M.上海:上海科学技术出版社，2000 10 黄健求.机械制造技术基础M.北京:机械工业出版社，2008致谢经过将近三个月的查资料、整理材料、画图、写说明书，今天终于顺利的完成本次毕业设计，想了很久，写下这一段谢辞。毕业设计得以完成，首先要感谢王志山老师，因为毕业设计是在王老师的悉心指导下完成的。王老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风等都对我影响深远。他耐心的教导我选用最佳的传动机构，最优化的结构尺寸等等帮助我完成此次毕业设计。同时，毕业设计的顺利完成，也离不开其它各位同学和朋友的关心和帮助。在整个的毕业设计写作中，一些同学和朋友积极的帮助我查资料和提供有利的建议和意见，在他们的帮助下，才得以不断的完善，最终帮助我完整的做完了整个毕业设计。 另外，还要感谢在大学期间所有传授我知识的老师，是你们的谆谆教导使我有了