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夾具定位規(guī)劃中完整性評估和修訂
CAM實驗室，機械工程學(xué)系，伍斯特理工學(xué)院研究院，100路，伍斯特，碩士01609，美國
2004年9月14日收稿;2004年11月9日修訂;2004年11月10日發(fā)表
摘 要
幾何約束是夾具設(shè)計中最重要的考慮因素之一。確定位置的解析擬訂已發(fā)達(dá)。然而，如何分析和修改在實際夾具設(shè)計實踐過程中的一個非確定性的定位計劃尚未深入研究。在本文中，提出了一種方法來描述在限制約束下的重點夾具系統(tǒng)的幾何約束狀態(tài)。一種限制約束下狀態(tài)，如果它存在，可以識別給定定位計劃?？梢宰詣幼R別工件的所有限制約束下約束狀態(tài)的提案。這有助于改善逆差定位計劃，并為修訂提供指引，以最終實現(xiàn)確定性的定位。
關(guān)鍵詞：夾具設(shè)計;幾何約束;確定性定位;限制約束;過約束
1.介紹
夾具是用于制造工業(yè)進行工件牢固定位的一種機制。在零件加工過程中規(guī)劃一個關(guān)鍵的第一步，夾具設(shè)計需要，以確保定位精度和三維工件的精度。 3-2-1原則，在一般情況下，是最廣泛使用的指導(dǎo)原則發(fā)展的位置計劃。 V型塊和銷孔定位原則也常用。
一個加工夾具定位方案必須滿足一些要求。最基本的要求是，必須提供工件確定的位置。這種觀點指出，定位計劃生產(chǎn)的確定位置，工件不能移動，而至少有一個定位不會失去聯(lián)系。這一直是夾具設(shè)計的最根本的準(zhǔn)則之一，許多研究人員關(guān)于幾何約束狀態(tài)的研究表明，工件在任何定位計劃分為以下三個類別：
1、良好的約束（確定性）：工件在一個獨特的位置進行配合，工件表面與6個定位器取得聯(lián)系。
2、限制約束：不完全約束工件的自由度。
3、過約束：工件自由度超過6定位的制約。
在1985年,淺田[1]提出了滿秩為準(zhǔn)則雅可比矩陣的約束方程,基于分析形成了調(diào)研后,確定定位。周等[2]在1989年制定了在確定性定位問題上使用螺旋理論。結(jié)果表明,定位矩陣的定位需要壓力滿秩達(dá)到確定的位置。該方法的確定通過無數(shù)的研究。王等[3]考慮定位工件的接觸的影響，而采用點接觸面積。他們介紹了接觸矩陣，并指出，兩個接觸的機構(gòu)不應(yīng)該有平等的，但在接觸點曲率相反?？柹璠4]認(rèn)為，可能沒有足夠的應(yīng)用，如一些不是非棱柱的表面或相對誤差近似的非小線性。他提出一個二階泰勒展開，其中也考慮到定位誤差相互作用。馬林和費雷拉[5]應(yīng)用周對3-2-1的位置擬訂，制定若干按照規(guī)則的規(guī)劃。盡管眾多的位置上的確定分析研究很少注意非確定性分析的位置。
在淺田的擬定方案中,他們假設(shè)工件夾具元件和點之間的聯(lián)絡(luò)無阻力。理想的位置q*,而應(yīng)放置工件表面和分片，可微函數(shù)是gi(見圖1)。
表面函數(shù)定義為:gi(q*)=0是確定的,應(yīng)該有一個獨一無二的解決方案為下列所有定位方程組。
gi(q)=0,i=1,2,...,n (1)
其中n是定位器的位置與方向,代表了工件的定位和方向。
只有考慮到目標(biāo)位置q*附近在處:
淺田表明
(2)
hi是幾何函數(shù)的雅可比矩陣，矩陣式所示（3）。確定定位
如果雅可比矩陣滿秩，可滿足要求。 (2)只有q=q*一個解決辦法
(3)
在1個3-2-1定位計劃中，一個約束方程的雅可比矩陣的滿秩的約束狀態(tài)如表1所示。如果定位是小于6，工件是限制約束的，即存在至少有一個工件自由定位議案不受限制的。如果矩陣滿秩，但定位大于6定位，工件是過約束，這表明存在至少一個定位等;而幾何約束工件被刪除不影響的狀態(tài)。找出一個模型除了3-2-1,可以建立基準(zhǔn)框架提取等效的定位點。胡等[6]已經(jīng)發(fā)展出一種系統(tǒng)的方法,對這個用途。因此,這則能適用于所有的定位方案。
圖1 .夾具系統(tǒng)模型。
表1
等級 數(shù)量的定位 地位
<6 - Under-constrained
=6 =6 Well-constrained
=6 >6 Over-constrained
康等[7]遵循這些方法和他們實施制定的幾何約束分析模塊其自動化的計算機輔助夾具設(shè)計的核查制度。他們的CAFDV系統(tǒng)可以計算出雅可比矩陣和它的排名來確定定位的完整性。它也可以分析工件的位移和靈敏度定位錯誤。熊等人[8]提出的等級檢查方法的定位矩陣WL(見附件)。他們還介紹了左/右邊的定位矩陣廣義逆理論,分析了工件的幾何誤差。結(jié)果表明,定位及發(fā)展方向誤差ΔX和位置誤差Δr的工件定位相關(guān)如下:
Under-constrained:ΔX=WLΔr, (4)
Well-constrained :ΔX=(WTLWL)-1WLTΔr, (5)
Over-constrained:ΔX=WLT(WTLWL)-1Δr+(I6*6-WLT(WTLWL)-1WL)λ, (6)
λ是任意一個向量。
他們還介紹了從這些矩陣的幾個指標(biāo)，評價定位配置，其次是通過約束非線性規(guī)劃的優(yōu)化。然而，他們的研究分析，不涉及非確定性定位的修訂。目前，還沒有就如何處理與提供確定的位置的夾具設(shè)計系統(tǒng)的研究。
2.定位完整性評價
如果不確定性的位置達(dá)到夾具系統(tǒng)設(shè)計的要求，設(shè)計師知道約束狀態(tài)是什么，以如何改善設(shè)計是非常重要的條件。如果夾具系統(tǒng)是過度約束，是理想定位需要的不必要的信息。而下約束時，所有有關(guān)知識約束工件的議案，可以引導(dǎo)設(shè)計師選擇額外的定位或使得修改定位計劃更有效。的總體戰(zhàn)略定位計劃表征幾何約束的狀態(tài)描述圖 2。
在本文中,定位矩陣秩的幾何約束的施加評價狀態(tài)(見附件為獲得的定位矩陣)。確定需要六個定位器定位提供矩陣的滿秩定位WL:
如圖3所示,在給定的定位器數(shù)量n,定位法向量[ai,bi,ci]和定位的位置[xi,yi,zi]
每一個定位器,i=1,2,.....,n,n*6定位矩陣可以確定如下:
（7）
當(dāng)?shù)燃墸╓L）=6，n=6時，是工件良好約束。
當(dāng)?shù)燃墸╓L）=6，n>6時;是工件過約束。
這意味著（n-6）有不必要的定位在定位方案上。工件將不存在限制（n-6）定位器。這種狀態(tài)的數(shù)學(xué)表示方法,那就是（n-6）在定位向量矩陣,可表示為線性組合的其他六行向量。
圖2 幾何約束狀態(tài)描述
圖3一個簡化的定位方案。
定位方案，提供了確定性的位置。發(fā)達(dá)國家的算法使用下列方法確定不必要的定位：
1、找到所有的（n-6）組合定位的。
2、為每個組合,從（n-6）定位器確定定位方案。
3、重新計算矩陣秩的定位為左六個定位器。
4、如果等級不變,被刪除的(n-6)定位器是負(fù)責(zé)過約束狀態(tài)。
這種方法可能會產(chǎn)生多種解決方案，并要求設(shè)計師來決定哪一套不必要的定位應(yīng)該被刪除以最佳定位性能。
當(dāng)?shù)燃墸╓L）<6,工件的限制約束。
參考文獻(xiàn)
[1] Asada H, By AB.。自動重構(gòu)夾具的柔性裝配夾具的運動學(xué)分析。 IEEE J機器人autom1985; RA-1:86-93。
[2] zhou YC，Chandru V，Barash MM。加工裝置的自動配置的數(shù)學(xué)方法分析和綜合。反ASME J英工業(yè)1989;111:299-306。
[3] Wang MY, Liu T, Pelinescu DM.。夾具運動學(xué)分析的基礎(chǔ)上充分接觸剛體模型。 J制造業(yè)│科學(xué)與工程2003;125：316-24。
[4] Carlson JS。剛性零件的裝夾和定位計劃的二次靈敏度分析“。 ASME J制造業(yè)│2001年科學(xué)與工程;123（3）：462-72。
[5] Marin R, Ferreira P.確定性3-2-1定位計劃的運動學(xué)分析和綜合加工裝置。 ASME J制造業(yè)│科學(xué)與工程2001年;123:708-19。
[6] Hu W.設(shè)置規(guī)劃和公差分析。博士論文中，伍斯特理工學(xué)院;2001年。
[7] Kang Y, Rong Y, Yang J, Ma W.計算機輔助夾具設(shè)計驗證。大會Autom2002;22:350-9。
[8] Rong KY, Huang SH, Hou Z.先進的計算機輔助夾具設(shè)計。波士頓：愛思唯爾;2005年。
機械制造技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書
班級__ 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師_
課題名稱
設(shè)計時間
起始時間
完成時間
原始技術(shù)條件
1、×××零件圖樣，每臺設(shè)備×××零件的數(shù)量×件。
2、生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)
3、毛坯為外協(xié)件。生產(chǎn)條件根據(jù)需要確定，由機加班負(fù)責(zé)生產(chǎn)。
設(shè)計工作量
1、繪制零件圖1張。
2、繪制毛坯圖1張。
3、編制機械加工工藝規(guī)程卡片（工藝過程卡片和工序卡片）1套。
4、繪制指定的具體工序的夾具裝配總圖和本套夾具中的主要零件圖1～2張。
5、撰寫設(shè)計說明書1份。
參考資料
1.《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》教材 2．《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》教材3．《機械制造工藝手冊手冊》 4.其他相關(guān)書籍
工作進度
1、零件圖的工藝分析及繪制、毛坯的選擇及毛坯圖的繪制。 1.5天
2、選擇定位基準(zhǔn)、選擇各表面的加工方法和加工方案、安排 1.5天
加工順序，劃分加工階段、制訂工藝路線、選擇機床及工藝
裝備。
3、加工余量及工序間尺寸與公差的確定、切削用量和時間 2天
定額的確定、填寫機械加工工藝過程卡和工序卡。
4、確定夾具設(shè)計方案，繪制結(jié)構(gòu)原理示意圖； 4天
5、計算夾緊力；繪制夾具裝配圖和零件圖。 4天
6、編寫整理設(shè)計說明書 2天
教研室意見
?
課程設(shè)計
活塞桿零件的工藝規(guī)程及工裝夾具設(shè)計
Piston rod parts process and fixture design
班級
學(xué)生姓名 學(xué)號
指導(dǎo)教師 職稱
導(dǎo)師單位
論文提交日期
機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)
機械制造技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書
班級__ 姓名 學(xué)號 指導(dǎo)教師_
課題名稱
設(shè)計時間
起始時間
完成時間
原始技術(shù)條件
1、×××零件圖樣，每臺設(shè)備×××零件的數(shù)量×件。
2、生產(chǎn)類型為大批生產(chǎn)
3、毛坯為外協(xié)件。生產(chǎn)條件根據(jù)需要確定，由機加班負(fù)責(zé)生產(chǎn)。
設(shè)計工作量
1、繪制零件圖1張。
2、繪制毛坯圖1張。
3、編制機械加工工藝規(guī)程卡片（工藝過程卡片和工序卡片）1套。
4、繪制指定的具體工序的夾具裝配總圖和本套夾具中的主要零件圖1～2張。
5、撰寫設(shè)計說明書1份。
參考資料
1.《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》教材 2．《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》教材3．《機械制造工藝手冊手冊》 4.其他相關(guān)書籍
工作進度
1、零件圖的工藝分析及繪制、毛坯的選擇及毛坯圖的繪制。 1.5天
2、選擇定位基準(zhǔn)、選擇各表面的加工方法和加工方案、安排 1.5天
加工順序，劃分加工階段、制訂工藝路線、選擇機床及工藝
裝備。
3、加工余量及工序間尺寸與公差的確定、切削用量和時間 2天
定額的確定、填寫機械加工工藝過程卡和工序卡。
4、確定夾具設(shè)計方案，繪制結(jié)構(gòu)原理示意圖； 4天
5、計算夾緊力；繪制夾具裝配圖和零件圖。 4天
6、編寫整理設(shè)計說明書 2天
教研室意見
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摘要
本次設(shè)計內(nèi)容涉及了機械制造工藝及機床夾具設(shè)計、金屬切削機床、公差配合與測量等多方面的知識。
活塞桿加工工藝規(guī)程及其車右端M392-6g的工裝夾具設(shè)計是包括零件加工的工藝設(shè)計、工序設(shè)計以及專用夾具的設(shè)計三部分。在工藝設(shè)計中要首先對零件進行分析，了解零件的工藝再設(shè)計出毛坯的結(jié)構(gòu)，并選擇好零件的加工基準(zhǔn)，設(shè)計出零件的工藝路線；接著對零件各個工步的工序進行尺寸計算，關(guān)鍵是決定出各個工序的工藝裝備及切削用量；然后進行專用夾具的設(shè)計，選擇設(shè)計出夾具的各個組成部件，如定位元件、夾緊元件、引導(dǎo)元件、夾具體與機床的連接部件以及其它部件；計算出夾具定位時產(chǎn)生的定位誤差，分析夾具結(jié)構(gòu)的合理性與不足之處，并在以后設(shè)計中注意改進。
關(guān)鍵詞：工藝、工序、切削用量、夾緊、定位、誤差。
Abstract
The design of the content relates to the machinery manufacturing technology and machine tool fixture design, metal cutting machine tool, tolerance and measuring and other aspects of knowledge.
Piston rod processing procedure and the car right side M39 2-6g fixture design including machining process design, process design and fixture design in three parts. In the design process should first of all parts for analysis, to understand the parts of the process to design the structure of the blank, and select good parts processing base, design parts of the process route; and then the various parts of process dimension calculation, is the key to decide all processes equipment and cutting parameters; then special fixture design, selection and design of a jig for the various components, such as positioning devices, clamping elements, the guide element, clamp and the machine tool connecting parts and other components; calculate fixture is produced when the positioning error of fixture structure, rationality and deficiency, and later in the design of improved.
Keyword: process, process, cutting dosage, clamping, positioning, error.
4
目錄
第1章 緒論 1
第2章 零件的工藝分析…………………………………………………………………………………2
2.1 零件的工藝分析………………………………………………………………………………2
2.2 確定毛坯的制造形式…………………………………………………………………………2
第3章 擬定圓盤的工藝路線 …………………………………………………………………………4
3.1 定位基準(zhǔn)的選擇………………………………………………………………………………4
3.1.1 精基準(zhǔn)的選擇 …………………………………………………………………………4
3.1.2粗基準(zhǔn)的選擇 …………………………………………………………………………4
3.2 加工路線的擬定………………………………………………………………………………5
第4章 機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定 ………………………………………………6
第5章 確定切削用量及基本工時……………………………………………………………7
5.1 工序03粗車、半精車Ф50外圓面…………………………………………………………7
5.2 工序04粗車、半精車右端M39外圓面和其端面、1：20斜度及寬5的退刀槽 ……8
5.3 工序05粗車、半精車左端M39外圓面和其端面、寬10的斜度及寬7的退刀槽 ……10
5.4 工序06磨Ф50外圓面及1：20斜度 ……………………………………………………11
5.5 工序08車右端M392-6g螺紋………………………………………………12
5.6 工序09車左端M392-6g螺紋……………………………………………………………13
第6章 工裝夾具設(shè)計………………………………………………………………………14
6.1 問題的提出 …………………………………………………………………………………14
6.2 定位基準(zhǔn)的選擇……………………………………………………………………………14
6.3 定位元件的設(shè)計……………………………………………………………………………14
6. 4 切削力及夾緊力的計算 ……………………………………………………………………14
6.5 定位誤差分析 ………………………………………………………………………………14
6.6 平衡塊的計算 ………………………………………………………………………………16
6.7 工裝夾具設(shè)計及操作簡要說明……………………………………………………………17
結(jié) 論 ………………………………………………………………………………………………19
致 謝 ………………………………………………………………………………………………20
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………………………21
第1章 緒論
機械制造業(yè)是制造具有一定形狀位置和尺寸的零件和產(chǎn)品，并把它們裝備成機械裝備的行業(yè)。機械制造業(yè)的產(chǎn)品既可以直接供人們使用，也可以為其它行業(yè)的生產(chǎn)提供裝備，社會上有著各種各樣的機械或機械制造業(yè)的產(chǎn)品。我們的生活離不開制造業(yè)，因此制造業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要行業(yè)，是一個國家或地區(qū)發(fā)展的重要基礎(chǔ)及有力支柱。從某中意義上講，機械制造水平的高低是衡量一個國家國民經(jīng)濟綜合實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要指標(biāo)。
活塞桿的加工工藝規(guī)程及其其車右端M392-6g的工裝夾具設(shè)計是在學(xué)完了機械制圖、機械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機械設(shè)計、機械工程材料等進行課程設(shè)計之后的下一個教學(xué)環(huán)節(jié)。正確地解決一個零件在加工中的定位，夾緊以及工藝路線安排，工藝尺寸確定等問題，并設(shè)計出專用夾具，保證零件的加工質(zhì)量。本次設(shè)計也要培養(yǎng)自己的自學(xué)與創(chuàng)新能力。因此本次設(shè)計綜合性和實踐性強、涉及知識面廣。所以在設(shè)計中既要注意基本概念、基本理論，又要注意生產(chǎn)實踐的需要，只有將各種理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，才能很好的完成本次設(shè)計。
本次設(shè)計水平有限，其中難免有缺點錯誤，敬請老師們批評指正。
第2章 零件工藝的分析
2.1 零件的工藝分析
零件共有七組加工表面，現(xiàn)分述如下：
1． Φ50外圓面
2． 右端M39外圓面和其端面、1：20斜度及寬5的退刀槽3-Φ5.8孔及3-Φ10孔
3． 左端M39外圓面和其端面、寬10的斜度及寬7的退刀槽
4． 六角螺栓l=45.73,s=41
5． Ф50外圓面及1：20斜度
6． 右端M392-6g螺紋
7． 左端M392-6g螺紋
2.2 確定毛坯的制造形式
38CrMoAl有高的表面硬度38CrMoAl圓鋼，38CrMoAl合結(jié)鋼，38CrMoAl鋼材，耐磨性及疲勞強度，并具有良好的耐熱性及腐蝕性，淬透性不高。用于制作高耐磨性、高疲勞強度和相當(dāng)大的強度、處理后尺寸精度高的氮化零件，如仿模、氣缸套、齒輪、高壓閥門、鏜桿、蝸桿、磨床主軸等。但尺寸較大的零件不宜采用。
38crmoal是高級氮化鋼，主要用于具有高耐磨性.高疲勞強度和相當(dāng)大的強度。熱處理后尺寸精確的氮化零件，或各種受沖擊負(fù)荷不大而耐磨性高的氮化零件，如鏜桿、磨床主軸、自動車床主軸、蝸桿、精密絲桿、精密齒輪、高壓閥門、閥桿、量規(guī)、樣板、滾子、仿模、氣缸體、壓縮機活塞桿，汽輪機上的調(diào)速器、轉(zhuǎn)動套、固定套，橡膠及塑料擠壓機上的各種耐磨件等。
軸類零件可根據(jù)使用要求、生產(chǎn)類型、設(shè)備條件及結(jié)構(gòu)，選用棒料、鍛件等毛坯形式。對于外圓直徑相差不大的軸，一般以棒料為主；而對于外圓直徑相差大的階梯軸或重要的軸，常選用鍛件，這樣既節(jié)約材料又減少機械加工的工作量，還可改善機械性能。
第3章 擬定圓盤加工的工藝路線
3.1 定位基準(zhǔn)的選擇
定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分，通常先確定精基準(zhǔn)，然后確定粗基準(zhǔn)。
3.1.1 精基準(zhǔn)的選擇
根據(jù)大批大量生產(chǎn)的活塞桿軸類零件，通常以外圓面為精基準(zhǔn)，活塞桿以Φ50外圓面為定位精基準(zhǔn)，對應(yīng)的定位元件為V型塊，另外用一擋銷與一端面配合，限制一自由度，夾緊則是由鉸鏈壓板組成。
3.1.2 粗 基準(zhǔn)的選擇
粗基準(zhǔn)選擇應(yīng)當(dāng)滿足以下要求：
（1）粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)以不加工表面為粗基準(zhǔn)。目的是為了保證加工面與不加工面的相互位置關(guān)系精度。如果工件上表面上有好幾個不需加工的表面，則應(yīng)選擇其中與加工表面的相互位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。以求壁厚均勻、外形對稱、少裝夾等。
（2） 選擇加工余量要求均勻的重要表面作為粗基準(zhǔn)。例如：機床床身導(dǎo)軌面是其余量要求均勻的重要表面。因而在加工時選擇導(dǎo)軌面作為粗基準(zhǔn)，加工床身的底面，再以底面作為精基準(zhǔn)加工導(dǎo)軌面。這樣就能保證均勻地去掉較少的余量，使表層保留而細(xì)致的組織，以增加耐磨性。
（3） 應(yīng)選擇加工余量最小的表面作為粗基準(zhǔn)。這樣可以保證該面有足夠的加工余量。
（4） 應(yīng)盡可能選擇平整、光潔、面積足夠大的表面作為粗基準(zhǔn)，以保證定位準(zhǔn)確夾緊可靠。有澆口、冒口、飛邊、毛刺的表面不宜選作粗基準(zhǔn)，必要時需經(jīng)初加工。
（5） 粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用，因為粗基準(zhǔn)的表面大多數(shù)是粗糙不規(guī)則的。多次使用難以保證表面間的位置精度。
根據(jù)粗基準(zhǔn)的選擇原則，要以非加工表面為粗基準(zhǔn)，且粗基準(zhǔn)只能使用一次，對本工件來說選擇M39的外圓面為定位粗基準(zhǔn)是非常合理的。
3.2 加工路線的擬定
工序號
工序名稱
工 序 內(nèi) 容
工藝裝備
01
備料
鍛件
02
熱處理
淬火加氧化
03
車
粗車、半精車Ф50外圓面
CA6140
04
車
粗車、半精車右端M39外圓面和其端面、
1：20斜度及寬5的退刀槽
CA6140
05
車
粗車、半精車左端M39外圓面和其端面、寬10的斜度及寬7的退刀槽
Z3025
06
冷擠壓
冷擠壓模具（成形六角螺栓）
JB23-63
07
磨
磨Ф50外圓面及1：20斜度
M1420
08
車
車右端M392-6g螺紋
CA6140
09
車
車左端M392-6g螺紋
CA6140
10
去毛刺
去毛刺、清洗
鉗工臺
11
檢
檢驗至圖紙要求
12
入庫
入庫
第4章 機械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸的確定
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機械加工余量，工序尺寸及毛坯的尺寸如下：
零件材料屬于灰鑄鐵，采用金屬摸機器造型，根據(jù)《機械制造工藝設(shè)計簡明手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）查表2.2-3，知其公差等級CT7~9級
根據(jù)《工藝手冊》表2.2-4，知工件機械加工余量Z=3.0
1、Φ50外圓面，表面粗糙度為Ra0.4um，根據(jù)《工藝手冊》，表2.3—4，零件全長1090大于1000，軸徑Φ50位于30~50之間，單邊總余量Z=3.0mm
粗車 單邊余量Z=2.0mm
半精車 單邊余量Z=0.8mm
磨削 單邊余量Z=0.2 mm
2、2-M39外圓面，表面粗糙度為Ra3.2um，根據(jù)《工藝手冊》，單邊總余量Z=3.0mm，根據(jù)《工藝手冊》，表2.3—4，零件全長100，位于小于等于100區(qū)間，軸徑Φ39位于30~50之間，單邊總余量Z=3.0mm
粗車 單邊余量Z=2.0mm
半精車 單邊余量Z=1.0mm
3、2-M39端面，表面粗糙度分別為Ra3.2um，根據(jù)《工藝手冊》，表2.3—5，零件全長100位于50~120之間，軸徑Φ39，位于30~50區(qū)間，單邊總余量Z=3.0mm
粗車 單邊余量Z=2.4mm
半精車 單邊余量Z=0.6mm
4、因其他的加工表面的半徑值變化不大，故采用階梯軸鍛件，Ф4596，Ф56937，Ф4563
第5章 確定切削用量及基本工時
5.1 工序03粗車、半精車Ф50外圓面
工步一：粗車Ф50外圓面
工件材料：38CrMoAlA 硬度62～65HRC 鍛造
加工要求：粗車Ф50外圓面
刀具：采用刀片的材料為YT15，刀桿尺寸1625mm,=90,=15，=12,=0.5mm
1） 車削深度，選擇ap=2.0mm。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14～0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0～1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)臥式車床CA6140
車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,
則實際切削速度V c=3.1439475/1000=74.6m/min,
實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=2.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=74.6m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(937+3+2.0)/（4750.16）=12.395min。
工步二：半精車Ф50外圓面
工件材料：38CrMoAlA 硬度62～65HRC 鍛造
加工要求：半精車Ф50外圓面
刀具：采用刀片的材料為YT15，刀桿尺寸1625mm,=90,=15，=12,=0.5mm
1） 車削深度，選擇ap=0.8mm。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14～0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0～1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)臥式車床CA6140
車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,
則實際切削速度V c=3.1450475/1000=74.6m/min,
實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=2.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=74.6m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(937+3+0.8)/（4750.16）=12.379min。
5.2工序04：粗車、半精車右端M39外圓面和其端面、1：20斜度及寬5的退刀槽
工步一：粗車右端M39外圓面和其端面、1：20斜度
工件材料：38CrMoAlA 硬度62～65HRC 鍛造
加工要求：粗車右端M39外圓面和其端面、1：20斜度
刀具：采用刀片的材料為YT15，刀桿尺寸1625mm,=90,=15，=12,=0.5mm
1） 車削深度，選擇ap=2.0mm。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14～0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0～1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)臥式車床CA6140
車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,
則實際切削速度V c=3.1439475/1000=58.2m/min,
實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=2.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=58.2m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(120+3+2.0)/（4750.16）=1.645min。
工步二：半精車右端M39外圓面和其端面、1：20斜度
工件材料：38CrMoAlA 硬度62～65HRC 鍛造
加工要求：半精車右端M39外圓面、1：20斜度
刀具：采用刀片的材料為YT15，刀桿尺寸1625mm,=90,=15，=12,=0.5mm
1） 車削深度，選擇ap=1.0mm。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14～0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0～1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)臥式車床CA6140
車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,
則實際切削速度V c=3.1450475/1000=58.2m/min,
實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=2.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=74.6m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(120+3+1.0)/（4750.16）=1.632min。
工步三：車寬5的退刀槽
工件材料：38CrMoAlA 硬度62～65HRC 鍛造
加工要求：車寬5的退刀槽
刀具：采用刀片的材料為YT15，刀桿尺寸1625mm,=90,=15，=12,=0.5mm
1） 車削深度，選擇ap=1.5mm。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14～0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0～1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)臥式車床CA6140
車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,
則實際切削速度V c=3.1436475/1000=53.7m/min,
實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=74.6m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(5+1.5)/（4750.16）=0.086min。
5.3工序05：粗車、半精車左端M39外圓面和其端面、寬10的斜度及寬7的退刀槽
工步一：粗車左端M39外圓面和其端面、寬10的斜度
工件材料：38CrMoAlA 硬度62～65HRC 鍛造
加工要求：粗車左端M39外圓面和其端面、寬10的斜度
刀具：采用刀片的材料為YT15，刀桿尺寸1625mm,=90,=15，=12,=0.5mm
1） 車削深度，選擇ap=2.0mm。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14～0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0～1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)臥式車床CA6140
車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,
則實際切削速度V c=3.1439475/1000=58.2m/min,
實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=2.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=58.2m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(201.51+3+2.0)/（4750.16）=2.717min。
工步二：半精車左端M39外圓面和其端面、寬10的斜度
工件材料：38CrMoAlA 硬度62～65HRC 鍛造
加工要求：半精車左端M39外圓面和其端面、寬10的斜度
刀具：采用刀片的材料為YT15，刀桿尺寸1625mm,=90,=15，=12,=0.5mm
1） 車削深度，選擇ap=1.0mm。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14～0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0～1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)臥式車床CA6140
車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,
則實際切削速度V c=3.1450475/1000=58.2m/min,
實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=2.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=74.6m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(201.51+3+1.0)/（4750.16）=2.704min。
工步三：車寬7的退刀槽
工件材料：38CrMoAlA 硬度62～65HRC 鍛造
加工要求：車寬7的退刀槽
刀具：采用刀片的材料為YT15，刀桿尺寸1625mm,=90,=15，=12,=0.5mm
1） 車削深度，選擇ap=1.5mm。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14～0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0～1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)臥式車床CA6140
車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,
則實際切削速度V c=3.1436475/1000=53.7m/min,
實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=1.5mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=74.6m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(7+1.5)/（4750.16）=0.112min。
5.4工序07：磨Ф50外圓面及1：20斜度
工件材料：38CrMoAlA
加工要求：磨Ф50外圓面及1：20斜度
機床：M1420
刀具：砂輪
量具：千分尺
（1） 選擇砂輪
見《工藝手冊》表4.8—2到表4.8—8，則結(jié)果為
WA46KV6P350×40×127
其含義為：砂輪磨料為白剛玉，粒度為46號，硬度為中軟1級，陶瓷結(jié)合劑，6號組織，平型砂輪，其尺寸為350×40×127（D×B×d）
（2） 切削用量的選擇
砂輪轉(zhuǎn)速為N砂 =1500r/min,V砂=27.5m/s
軸向進給量fa =0.5B=20mm(雙行程)
工件速度Vw =10m/min
徑向進給量fr =0.015mm/雙行程
（3） 切削工時
《工藝手冊》
式中L—加工長度，L=（770+60）=830mm
Zb——單面加工余量，Zb =0.2mm
K—系數(shù)，1.10
V—工作臺移動速度（m/min）
fa—— 工作臺往返一次砂輪軸向進給量（mm）
fr——工作臺往返一次砂輪徑向進給量（mm）
5.5工序08：車右端M392-6g螺紋
工件材料：38CrMoAlA 硬度62～65HRC 鍛造
加工要求：車右端M392-6g螺紋
刀具：采用刀片的材料為YT15，刀桿尺寸1625mm,=90,=15，=12,=0.5mm
1） 車削深度，選擇ap=1.0mm。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14～0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0～1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)臥式車床CA6140
車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,
則實際切削速度V c=3.1439475/1000=58.2m/min,
實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=2.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=58.2m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(55+3+1.0)/（4750.16）=0.776min。
5.6工序09：車左端M392-6g螺紋
工件材料：38CrMoAlA 硬度62～65HRC 鍛造
加工要求：車左端M392-6g螺紋
刀具：采用刀片的材料為YT15，刀桿尺寸1625mm,=90,=15，=12,=0.5mm
1） 車削深度，選擇ap=1.0mm。
2）機床功率為7.5kw。查《切削手冊》f=0.14～0.24mm/z。選較小量f=0.14 mm/z。
3） 查后刀面最大磨損及壽命
查《切削手冊》表3.7，后刀面最大磨損為1.0～1.5mm。
查《切削手冊》表3.8，壽命T=180min
4） 計算切削速度 按《切削手冊》，查得 Vc＝98mm/s，n=439r/min,Vf=490mm/s
據(jù)臥式車床CA6140
車床參數(shù)，選擇nc=475r/min,Vfc=475mm/s,
則實際切削速度V c=3.1439475/1000=58.2m/min,
實際進給量為f zc=V fc/ncz=475/(30010)=0.16mm/z。
5)校驗機床功率 查《切削手冊》Pcc=1.1kw,而機床所能提供功率為Pcm>Pcc。故校驗合格。
最終確定 ap=2.0mm，nc=475r/min,Vfc=475mm/s，V c=58.2m/min，f z=0.16mm/z。
6）計算基本工時
tm＝L/ Vf=(93+3+1.0)/（4750.16）=1.276min。
第6章 工裝夾具設(shè)計
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強度，需要設(shè)計專用夾具。
由指導(dǎo)老師的分配，決定設(shè)計第08道工序加工右端M392-6g螺紋的車床專用夾具設(shè)計。
6.1 問題的提出
本夾具主要用于加工右端M392-6g螺紋，因為右端M392-6g螺紋中心線與基準(zhǔn)A的同軸度公差為Φ0.05，設(shè)計工裝夾具時要考慮在內(nèi)。
6.2 定位基準(zhǔn)的選擇
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)的選擇必須合理，否則將直接影響所制定的零件加工工藝規(guī)程和最終加工出的零件質(zhì)量?；鶞?zhǔn)選擇不當(dāng)往往會增加工序或使工藝路線不合理，或是使夾具設(shè)計更加困難甚至達(dá)不到零件的加工精度（特別是位置精度）要求。因此我們應(yīng)該根據(jù)零件圖的技術(shù)要求，從保證零件的加工精度要求出發(fā)，合理選擇定位基準(zhǔn)。因右端M392-6g螺紋中心線與基準(zhǔn)A的同軸度公差為Φ0.05，故采用Φ50外圓面及左端M39端面作為定位基準(zhǔn)。
6.3定位元件的設(shè)計
本工序選用的Φ50外圓面及左端M39端面作為定位基準(zhǔn)，對應(yīng)的定位元件為V型塊與擋銷。本套設(shè)計工件相對較長，采用三個固定V型塊，與工件Φ50外圓面配合，共限制四個自由度，擋銷與左端M39端面配合，限制一個自由度，并套設(shè)計為欠定義，由加工的內(nèi)容知，是允許的。
6.4切削力及夾緊力計算
（1）刀具： 采用螺紋車刀
機床： CA6140臥式車床
由[3] 所列公式 得
查表 9.4—8 得其中： 修正系數(shù)
z=24
代入上式，可得 F=889.4N
因在計算切削力時，須把安全系數(shù)考慮在內(nèi)。
安全系數(shù) K=
其中：為基本安全系數(shù)1.5
為加工性質(zhì)系數(shù)1.1
為刀具鈍化系數(shù)1.1
為斷續(xù)切削系數(shù)1.1
所以
（2）夾緊力的計算
選用夾緊螺釘夾緊機 由
其中f為夾緊面上的摩擦系數(shù)，取
F=+G G為工件自重
夾緊螺釘： 公稱直徑d=18mm，材料45鋼 性能級數(shù)為6.8級
螺釘疲勞極限：
極限應(yīng)力幅：
許用應(yīng)力幅：
螺釘?shù)膹姸刃：耍郝葆數(shù)脑S用切應(yīng)力為
[s]=3.5~4 取[s]=4
得
滿足要求
經(jīng)校核： 滿足強度要求，夾具安全可靠，
6.5 定位誤差分析
一批工件在卡具中定位時，各個工件所占據(jù)的位置不完全一致，因此使加工后，各工件加工尺寸的不一致，而形成誤差，即工件定位時造成的加工表面相對工序基準(zhǔn)的誤差。
形成原因有兩個，一是由于定位基準(zhǔn) 與設(shè)計基準(zhǔn)不重合而造成。二是定位基準(zhǔn)與限位基準(zhǔn)不重合而造成。
根據(jù)零件圖可知，T=0.28mm， Td=0.25mm，，。
已知孔的形狀公差為0.28，根據(jù)經(jīng)驗公式，易知此結(jié)果符合。
6.6 平衡塊的計算
平衡塊的計算
對移動式結(jié)構(gòu)不對稱的車床夾具，設(shè)計時應(yīng)采取平衡措施，以減少由離心力產(chǎn)生的振動和主軸軸承的磨損。
離心力Fj的計算公式為
Fj=0.01mjR(n×n)
式中 mj-----工件和夾具不平衡部分的合成質(zhì)量（kg）；
R-----工件和夾具不平衡部分的合成質(zhì)量中心至回轉(zhuǎn)中心的距離（m）；
n----主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。
由離心力引起的力矩Mj為
Mj=FjL
平衡塊引起的離心力Fp(N)為
Fp=0.01mpr(n×n)
式中 mp-----平衡塊的質(zhì)量
r------平衡塊中心至回轉(zhuǎn)中心的距離（m）
由Fp引起的力矩Mp為
Mp= Fpl
在綜合考慮徑向位置和軸向位置平衡的情況下，滿足平衡關(guān)系式
Mp=Mj
即
0.01mjR(n×n)L=0.01mpr(n×n)l
化簡后得
Mp=mjRL/rl
為了彌補估算法的誤差，平衡塊上應(yīng)開有環(huán)形槽或徑向槽，以便夾具裝配時調(diào)整其位置。
長×寬×高=體積
體積×密度=質(zhì)量
Mj=(0.23×0.11×0.1)×7×1000+(0.068×0.098×0.106×7×1000)
=17.71+4.944688
=22.6kg
mp=mjRL/rl=22.6×72×55/102×12.5=70.36kg
6.7夾具設(shè)計及操作簡要說明
如前所述，在設(shè)計夾具時，應(yīng)該注意提高勞動生產(chǎn)率避免干涉。應(yīng)使夾具結(jié)構(gòu)簡單，便于操作，降低成本。提高夾具性價比。本道工序為車床夾具選擇兩鉸鏈壓板的夾緊機構(gòu)。本工序為車切削余量小，切削力小，所以一般的手動夾緊就能達(dá)到本工序的要求。
本夾具的最大優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單緊湊。
車夾具裝配圖如下
夾具體附圖如下
結(jié)論
設(shè)計即將結(jié)束了，時間雖然短暫但是它對我們來說受益菲淺的，通過這次的設(shè)計使我們不再是只知道書本上的空理論，不再是紙上談兵，而是將理論和實踐相結(jié)合進行實實在在的設(shè)計，使我們不但鞏固了理論知識而且掌握了設(shè)計的步驟和要領(lǐng)，使我們更好的利用圖書館的資料，更好的更熟練的利用我們手中的各種設(shè)計手冊和AUTOCAD等制圖軟件，為我們踏入設(shè)計打下了好的基礎(chǔ)。
課程設(shè)計使我們認(rèn)識到了只努力的學(xué)好書本上的知識是不夠的，還應(yīng)該更好的做到理論和實踐的結(jié)合。因此同學(xué)們非常感謝老師給我們的辛勤指導(dǎo)，使我們學(xué)到了好多，也非常珍惜學(xué)院給我們的這次設(shè)計的機會，它將是我們畢業(yè)設(shè)計完成的更出色的關(guān)鍵一步。
致謝
這次設(shè)計使我收益不小，為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅實和良好的基礎(chǔ)。但是，查閱資料尤其是在查閱切削用量手冊時，數(shù)據(jù)存在大量的重復(fù)和重疊，由于經(jīng)驗不足，在選取數(shù)據(jù)上存在一些問題，不過我的指導(dǎo)老師每次都很有耐心地幫我提出寶貴的意見，在我遇到難題時給我指明了方向，最終我很順利的完成了畢業(yè)設(shè)計。
這次設(shè)計成績的取得，與指導(dǎo)老師的細(xì)心指導(dǎo)是分不開的。在此，我衷心感謝我的指導(dǎo)老師，特別是每次都放下他的休息時間，耐心地幫助我解決技術(shù)上的一些難題，他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到項目的最終完成，他都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。多少個日日夜夜，她不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，除了敬佩指導(dǎo)老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向指導(dǎo)老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
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