鉆夾具與精磨夾具設計
鉆夾具與精磨夾具設計,夾具,設計
磨夾具設計
1. 定位基準的選擇
擬定加工路線的第一步是選擇定位基準。定位基準的選擇必須合理,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?;鶞蔬x擇不當往往會增加工序或使工藝路線不合理,或是使夾具設計更加困難甚至達不到零件的加工精度(特別是位置精度)要求。因此我們應該根據(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。此零件圖沒有較高的技術(shù)要求,也沒有較高的平行度和對稱度要求,所以我們應考慮如何提高勞動效率,降低勞動強度,提高加工精度。為了使定位誤差減小,選擇其端面作為定位基準,來設計夾具,以擋板和底面作為定位基準的定位夾具。
為了提高加工效率,縮短輔助時間,決定用簡單的螺母作為夾緊機構(gòu)。
2. 磨削力和夾緊力計算
(1)磨具: 磨具采用筒形砂輪M450*125*380A46L5B30,安裝在主軸,這樣就可以一次磨出端面,并且尺寸易保證。
機床: M7475B 端面磨床
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=15mm,材料45鋼 性能級數(shù)為6.8級
螺釘疲勞極限:
極限應力幅:
許用應力幅:
螺釘?shù)膹姸刃:耍郝葆數(shù)脑S用切應力為
[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,
使用快速螺旋定位機構(gòu)快速人工夾緊,調(diào)節(jié)夾緊力調(diào)節(jié)裝置,即可指定可靠的夾緊力
4. 夾具設計及操作的簡要說明
如前所述,在設計夾具時,應該注意提高勞動生產(chǎn)率避免干涉。應使夾具結(jié)構(gòu)簡單,便于操作,降低成本。提高夾具性價比。本道工序為磨床夾具選擇了壓緊螺釘夾緊方式。本工序為磨削余量小,磨削力小,所以一般的手動夾緊就能達到本工序的要求。
本夾具的最大優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)簡單緊湊。
夾具的夾緊力不大,故使用手動夾緊。為了提高生產(chǎn)力,使用快速螺旋夾緊機構(gòu)?;顒訅|板夾緊。工件加工完成后,移動壓板向后退一定距離,工件就可以很方便的取出。工件裝夾時,先將工件放到定位裝置上面,去凈上面的鐵屑等雜物,然后將移動壓板,壓緊工件,將螺栓擰緊就可以進行加工了。加工完成以后將移動壓板退出一定距離,就可以把工件直接取出。如夾具裝配圖上圖所示。
對專用夾具的設計,可以了解機床夾具在切削加工中的作用:可靠地保證工件的加工精度,提高加工效率,減輕勞動強度,充分發(fā)揮和擴大機床的給以性能。本夾具設計可以反應夾具設計時應注意的問題,如定位精度、夾緊方式、夾具結(jié)構(gòu)的剛度和強度、結(jié)構(gòu)工藝性等問題。
鉆夾具設計:
在本次夾具設計中,指導老師指定設計鉆孔的夾具,在工件夾緊方面要求液壓或汽動夾緊,最后定為利用液壓夾緊。這類夾具的特點是:針對性強,剛性好,容易操作,裝夾速度較快以及生產(chǎn)效率高和定位精度高,但是設計制造周期長,產(chǎn)品更新?lián)Q代時往往不能繼續(xù)使用適應性差,費用較高。
4.1.1 定位分析
在工件的定位中有很多種不同的定位方法,如:工件以平面定位,工件一圓孔定位,工件以外圓定位,工件以錐孔定位等。
根據(jù)零件的形狀,我們可以選擇以平面定位或以工件中心圓孔定位。在夾具設計過程中盡量以設計基準為定位基準,以便減小加工誤差。所以在這道設計中采用以的內(nèi)表面以及的端面為定位基準。
4.1.2 定位原理
在機械加工過程中,為了保證工件某道工序的加工要求,必須使工件在機床上相對于刀具處于正確的相對位置。當采用機床夾具安裝一批工件時,是通過夾具來實現(xiàn)這些要求的。要實現(xiàn)工件在機床上相對于刀具占有一個正確的加工位置,必須做到以下三點:
①. 使一批工件在夾具中都占有一致的正確的加工位置;
②. 使夾具在機床上占有正確的位置;
③. 使刀具相對于夾具占有正確的位置。
工件在夾具中定位,就是要使工件在夾具中占據(jù)正確的加工位置,這就可以通過設置定位支承點,限制工件的相對運動來實現(xiàn)。工件在沒有采取定位措施之前,可視為一個處于空間自由狀態(tài)的剛體,根據(jù)運動原理學可知,任一剛體在空間直角坐標系中都有六個自由度,即沿三個坐標軸軸向移動的自由度,分別用、、來表示;繞三個坐標軸的轉(zhuǎn)動的自由度,分別用、、來表示。由此看來,未限制六個自由度的工件的位置是不確定的,當然也是無法加工的。因此要使工件在夾具中處于正確的位置,必須對影響工件加工面位置精度的相應自由度進行限制。
工件的六個自由度都是客觀存在的,是工件在夾具中所占空間位置確定的最高程度。也就是說。工件最多只有六個自由度,限制工件在某一方向的自由度,工件在夾具中該方向的位置就確定下來。工件在夾具中定位,意味著通過定位元件限制工件相應的自由度。
4.1.3 定位元件的分析
在連桿的加工過程中,因為該零件較為復雜,加上零件的特殊性,因此在設計過程中設計定位板一塊來限制零件的自由度,定位板限制了零件的X 、Y的移動方向和旋轉(zhuǎn)方向,設計一拉桿限制了零件繞Z軸旋轉(zhuǎn)的方面,一共限制了零件的五個自由度,達到不完全定位狀態(tài)。
不完全定位可分為下列兩種情況:
①. 由于工件的加工前的結(jié)構(gòu)特點,無法也沒有必要限制某些方面的自由度;
②. 由于加工工序的加工精度要求,工件在定位時允許某些方面的自由度不被限制。
4.1.4 夾緊元件的選擇
工件在夾緊過程中應避免夾緊元件跟工件進行點接觸。因為在點接觸的過程中,即使有很小的夾緊力也可以產(chǎn)生很大的應力,由于定加工過程產(chǎn)生的誤差在夾緊上經(jīng)常會出現(xiàn)點接觸的情況。但是后面還要考慮液壓缸的活塞桿與工作臺的相對位置安裝誤差,必須進行自位平衡,則鉆模板和夾具體之間采用鉸鏈連接,使鉆模板形成自位平衡。
①.選擇鉆套
鉆套裝在襯套中,而襯套則是壓配在夾具體上或鉆模板中。鉆套有固定鉆套,固定鉆套直接壓入鉆模板采用或配合,磨損后不容易更換,適用于中、小批量生產(chǎn)或用來加工孔距較小以及孔距精度較高的孔。
可換鉆套:可換鉆套裝在襯套中,而襯套則是壓配在夾具體或鉆模板中。鉆套由螺釘固定,以防止轉(zhuǎn)動。鉆套與襯套間采用或配合,鉆套磨損后,可以迅速更換。適于大批量生產(chǎn)。
快換鉆套:當要取出鉆套時,只要將鉆套朝逆時方向轉(zhuǎn)動使螺釘頭部剛好對準鉆套上的削邊上面,即可取出鉆套。
在這次設計中我選擇可換鉆套,因為是大批量生產(chǎn)。但是本道工序里要用自制鉆套和襯套,必須把鉆套和襯套加長來保證精度和它的高度??鞊Q鉆套如圖所示:
圖4-1 快換鉆套
②.夾具底座與工作臺的連接
由于的加工過程中選用的機床為Z3080搖臂鉆床,《機械加工工藝手冊》 孟少農(nóng) 主編第二卷,表10.1-5搖臂鉆床聯(lián)系尺寸可得,底座T型槽數(shù)為5個,工作臺上面T型槽數(shù)為5個,工作臺側(cè)面槽數(shù)為3個,,,,,,,,,,,,,。
4.1.5定位誤差的分析
定位誤差是指由于定位不準而引起某一工序尺寸或位置要求方面的加工誤差。對夾具設計中采用的某一定位方案,只要其可能產(chǎn)生的定位誤差小于工件相關(guān)尺寸或位置公差的1/3,即可認為該定方案符合加工精度的要求。
在用夾具裝夾工件時,當工件上的定位基準面與夾具上的定位元件相接觸或相配合時,工件的位置即由定位元件確定下來。而對一批工件來說,因各工件的有關(guān)表面本身和它們之間在尺寸和位置上都存在公差,且夾具上的定位元件本身及相互間存在尺寸和位置公差,因此,雖然工件已經(jīng)定位,但每個被定位的工件上的一些表面的位置仍然會產(chǎn)生變化,這就造成了工序尺寸和位置要求方面的加工誤差。
本次定位是典型的兩面一孔定位,在分析計算定位誤差時,應該按配合間隙為最大的情況來考慮。基準位移誤差包括兩類:⒈平面內(nèi)任意方向移動的基準位移誤差;⒉轉(zhuǎn)動的基準位移誤差。
工件兩面中心距的平均尺寸,其公差一般為:(~)
因,取
配合一般取或,所以:
⑤.計算定位誤差
加工尺寸的定位誤差,由于定位基準與工序基準重合,故
(4-1)
==
定位誤差小于工件公差的
4.1.6 夾緊力的計算
① 根據(jù)《金屬切削機床夾具設計手冊》 浦林祥,當進給量為時,加工的孔所需要的切削力 轉(zhuǎn)矩為。計算按鉆的通孔軸向力計算。
② 根據(jù)《金屬切削機床夾具設計手冊》 浦林祥頁,常見典型加緊形式所需要的加緊力的計算公式:
⑴為了防止工件在切削力作用下平移所需要的加緊力為:
(4-2)
為加緊元件與工件之間的摩擦系數(shù),為工件與夾具支承面的摩擦系數(shù)。對于精加工機床,K為安全系數(shù);則K的值:
則 (4-3)
⑵為防止工件在顛覆力矩的作用下繞支點傾斜,使工件離開基面所需要的加緊力:
(4-4)
⑶為防止工件在切削力的作用下繞中心軸線轉(zhuǎn)動所需要的加緊力為:
(4-5)
所以,則加緊力去最大的力:
4.2 液壓系統(tǒng)的設計
4.2.1 液壓系統(tǒng)分析
本液壓設計為鉆床夾具液壓夾緊,要求設計能實現(xiàn):工進,夾緊,快退,停止的工作循環(huán)。已知:所需要的夾緊力為,行程長為,液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件使用液壓桿,取工作部分運動是采用的懸空??爝M、快退速度為,快進行程長度為工進行程長度為,往復運動的加速、減速時間不希望超過0.2s;動力滑臺采用平導軌,其靜摩擦系數(shù)為,動摩擦系數(shù);液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件使用液壓缸。液壓缸主要參數(shù)的確定:
①.初步確定液壓缸的工作壓力
由于液壓缸的最大推力為5360N,有《液壓傳動》章宏甲主編,機械工業(yè)出版社表11-2按負載選擇執(zhí)行元件剛做壓力為5000~10000N之間,工作壓力P取3。
②.計算液壓缸的尺寸
本次的液壓缸可選用單桿式的,并在快動時作差動連接,在種情況下無桿進油的工作面積是有桿腔工作面積的兩倍,則活塞桿直徑d與缸筒直徑D的關(guān)系為:。液壓缸回路上必須有背壓,根據(jù)《液壓工程手冊》,表12.3-13,的數(shù)值可取,快進時液壓缸隨作差動連接,但是由于油管中有壓降的存在,有桿腔的壓力必須大于無桿腔,估計可取0.5來估算。液壓缸的機械效率取。
由工進的推力按差動液壓缸的計算公式可得:
根據(jù)公式 (4-6)
故有 (4-7)
=
所以 (4-8)
參考《機械設計手冊》,表23.6-32液壓缸內(nèi)徑尺寸系(摘自),取,由此可得液壓缸兩腔的實際有效面積為:
(4-8)
③.校驗液壓缸活塞桿的強度和穩(wěn)定定位:
校驗活塞桿的強度
活塞桿的材料為45鋼,則
(4-9)
則活塞桿的強度符合要求
校驗活塞桿的穩(wěn)定性
活塞桿橫截面積的慣性矩量
(4-10)
由《材料力學》第4版,劉鴻主編 高等教育出版社式9.5可得:
(4-11)
其中
則,活塞桿穩(wěn)定性符合要求。
根據(jù)上述的D與d的值,可以估算液壓缸在各個階段的中的壓力,流量和功率,如下表所示:
表4-1 液壓缸在各個階段的中的壓力,流量和功率
工況
負載
回油腔壓力
進油腔壓力
輸入流量
輸入功率
計算公式
快
進
啟動
1396
0.434
——
——
加速
2011
0.791
——
——
恒速
775
0.662
30.19
0.39
工進
13711
0.8
2.365
0.5
0.034
快
退
啟動
1551
0.487
——
——
加速
2011
0.5
1.45
——
——
恒速
775
1.22
30.14
0.68
根據(jù)《機械零件設計手冊》,頁表31-1液壓缸參數(shù)的綜合應用,供油直徑為8, 導向距離為。
根據(jù)表31-2液壓缸的類型,選為活塞式。
根據(jù)表31-5,工程機械用標準液壓缸缸體外徑,材料45鋼,液壓缸的外徑為120,則壁厚為25。
活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu),根據(jù)表31-9常用的活塞桿的連接結(jié)構(gòu)為螺紋連接。活塞的材料選耐磨鑄鐵(鑄鐵HT200)。
液壓系統(tǒng)的設計過程如下:
⑴負載分析
工作負載 前面已經(jīng)分析了,加緊所需要的加緊力為。
慣性負載 (4-12)
阻力負載 靜摩擦阻力
動摩擦阻力
由此得出液壓缸在各工作階段的負載值如表所示:
表4-2 液壓缸在各工作階段的負載值
工況
負載組成
負載值
推力
啟動
1396N
1551N
加速
1810N
2011N
快進
698N
775N
工進
12340N
13711N
快退
698N
775N
注:⒈液壓缸的機械效率取
⒉不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用。
4.2.2 液壓系統(tǒng)的擬定
液壓回路的選擇
首先選擇調(diào)速回路。這是一臺機床液壓系統(tǒng)的功率小,滑臺運動速度低,工作負載變化小,可以采用進口節(jié)流的調(diào)速形式。為了解決進口節(jié)流調(diào)速回路在加緊十產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象,回油路上要求設置背壓閥。由于液壓系統(tǒng)選用了節(jié)流調(diào)速的方式,系統(tǒng)中油液的循環(huán)必然是開放的。
從工況中可以看到,在這個液壓系統(tǒng)的工作循環(huán)內(nèi),液壓缸交替的要求油源提供低壓大流量和高壓小流量的油液。最大流量與最小流量之比約為15,而快進快退所需要的時間和工進所需要的時間分別為:
+
= (4-13)
=2.67
可以知道:9,所以提高系統(tǒng)的效率、節(jié)省能量的角度上看,采用單個定量泵作為油源,如下圖:
圖4-2 液壓回路的選擇
(a)泵源 (b)換向回路 (c)速度換接回路 (d)保壓回路
其次是選擇快速運動和換向回路,系統(tǒng)中采用節(jié)流調(diào)速回路后,無論采用什么油源形式都必須有單獨的油路直接通向液壓缸兩腔,以實現(xiàn)快速運動。在系統(tǒng)中,單桿液壓缸要作差動連接,所以他的快進、快退換向回路應采用上圖4-2示(b)回路。
再次是選擇速度換接回路,由工況圖中的曲線得知壓塊從快進到工進的時候,輸入液壓缸的流量由26.936降到2.56。當夾具壓塊由工進轉(zhuǎn)換為快退是,回路中通過的流量很大進油路中通過的28.04回油路中通過28.042×(7854/4006)≈60。為了保證平穩(wěn)起見,可采用電液換向閥式換接回路如上圖4-2(b)所示。
然后考慮保壓回路,保壓回路以保證工件在夾緊過程中工件在切削力的作用下占有正確的位置,保證液壓缸中的壓力不變,這里選擇一個二位二通的換向閥來換向,實現(xiàn)保壓的過程。4-2(d)所示。
最后,再考慮壓力控制回路系統(tǒng)的調(diào)壓閥問題,已在油源中解決,卸荷問題如采用中位機能為Y型的三位換向閥來實現(xiàn)上圖4-2(b)就是不須再設置專用的元件或油路
圖4-2 參考液壓系統(tǒng)
4.2.3 液壓的綜合回路
把上面所選出的各種回路組合在一起就可以得到,如圖4-2所示的,未設置虛線框內(nèi)元件時的形狀。在本次設計中由于液壓壓緊機構(gòu)相對簡單一點,所以經(jīng)過翻閱資料,參考圖4-2對液壓系統(tǒng)進行如下的修改和整理:
1.在液動換向回路中串接換向閥,換向閥利用閥心相對于閥體的相對運動,使油路接通、關(guān)斷,或變換油流方向,從而使液壓執(zhí)行元件啟動、停止或變換運動方向。
換向閥應滿足:
1)油液流經(jīng)閥時的壓力損失要小。
2)互不通的油口間的泄漏要小。
3)換向要平穩(wěn)、迅速而可靠。
2.為了機床停止工作時系統(tǒng)的油液流回油箱,導致空氣進入系統(tǒng),影響液壓系統(tǒng)的平穩(wěn)性的問題,須在電液換向閥的出口處增加一個單向閥。
3.為了過濾混在液壓油液中的雜質(zhì),使進到系統(tǒng)中去的油液污染度降低,保證系統(tǒng)正常的工作,須在系統(tǒng)中安裝濾油器。
4.為了使被控制系統(tǒng)或回路的壓力維持恒定,實現(xiàn)穩(wěn)定、調(diào)壓或限壓作用,須在系統(tǒng)中安裝溢流閥。
對溢流閥的要求是:調(diào)壓范圍大,調(diào)壓偏差小,壓力振擺小,動作靈敏,過流能力大,噪聲小。
在系統(tǒng)中,溢流閥的主要用途有:
1) 作溢流閥,使系統(tǒng)壓力恒定。
2) 作安全閥,對系統(tǒng)起過載保護作用。
3) 作背壓閥,接在系統(tǒng)回油路上,造成一定的回油阻力,以改善執(zhí)行元件的運動平穩(wěn)性。
4) 實現(xiàn)遠程調(diào)壓或使系統(tǒng)卸荷。
經(jīng)過這樣一調(diào)整和修改后的液壓系統(tǒng)如圖4-3所示,結(jié)構(gòu)相對簡單了,而且在應用過程中比較合理。
圖4-3 設計液壓系統(tǒng)
37
4.2.4 液壓系統(tǒng)元件的選擇
4.2.4.1 液壓泵的選擇
液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為2,如果取進油路上的壓力損失為0.8(參閱《液壓傳動》章宏甲、黃誼主編,機械工業(yè)出版社,P表11-4,進油路總壓力損失經(jīng)驗值,可得),壓力繼電器調(diào)整壓力的高出系統(tǒng)最大工作壓力之值為0.5 ,則,液壓泵的工作壓力應為:P=2+0.8+0.5=3.3。液壓泵應該向液壓系統(tǒng)提供最大流量為25.2(參閱液壓系統(tǒng)工況圖)。如果回路中的泄漏按液壓缸輸入流量的10﹪估計,則,液壓泵的總流量應該為:27.72。由于溢流閥的最小穩(wěn)定溢流流量為:=3。而工進時的輸入的液壓缸的流量為0.5,所以,流量最少的規(guī)格應該為3.5。
根據(jù)壓力和流量的數(shù)值產(chǎn)品目錄,最后確定選用單級的葉片泵YB-32(參閱《機械設計手冊》下冊,第二版,<機械設計手冊>聯(lián)合主編,化學工業(yè)出版社,表11-59,可得);由于,液壓桿在快退時輸入功率最大,這相當于液壓泵輸出的壓力1.8,流量為38。時的情況,如果葉片泵的總效率,則液壓泵的驅(qū)動電機所需要的功率為:
=0.26 (4-14)
參閱《機械設計課程設計手冊》吳宗澤,羅圣國主編,高等教育出版社,表12-7,電機的技術(shù)數(shù)據(jù),可選擇Y801-4型電動機,其額定功率為0.55。
4.2.4.2 閥類元件及輔助元件
根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和電機通過各類閥類元件和輔助元件的實際流量,可選出這些元件的型號及規(guī)格,表4-3所示選出的一種方案。
表4-3 元件的型號及規(guī)格
序號
元件名稱
型號
規(guī)格
1
濾油器
XU-6X80J
5 Mpa,6 l/min
2
齒輪泵
CB-B4
2.5Mpa,4 l/min
3
電動機
Y801-4
N=0.55KW
4
溢流閥
YF-L20B
2.5Mpa,20通徑
5
單向閥
DIF-L20H3
21 Mpa,20通徑
6
換向閥
24D0-B6C
7L/min,6通徑
4.2.5 油箱的選擇
油箱容積按照《液壓傳動》章宏甲、黃誼主編,機械工業(yè)出版社,P式子7-7估算當ε為5時求得容積,按照GB2876-81規(guī)格取靠近的標準值
4.2.6 液壓系統(tǒng)的性能驗算
4.2.6.1 回路的壓力損失驗算
由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定,整個回路的壓力損失無法估算,僅只閥類元件對壓力損失所造成的影響可以看得出來,提供調(diào)定系統(tǒng)中的某些壓力值是參考,這里估算從略。
4.2.6.2 油液溫升驗算
在這個夾具液壓系統(tǒng)中工進的長度不是很長,主要的溫升由三種原因產(chǎn)生:油泵損失所產(chǎn)生的溫升、通過閥孔時所產(chǎn)生的油升溫和其他原因產(chǎn)生的溫升。
1.油泵產(chǎn)生的溫升
這種溫升的產(chǎn)生主要是對油泵的部分功的損耗轉(zhuǎn)換成熱量,產(chǎn)生的溫升。
《機械設計手冊》下冊,第二版,<機械設計手冊>聯(lián)合主編,化學工業(yè)出版社,式子11-51,可得:
==46卡/小時 (4-15)
2.通過閥孔時的溫升
這類溫升是液壓油液流過閥孔是產(chǎn)生的熱量,即使說,是液壓泵的全部熱量經(jīng)過溢流閥返回到油箱十發(fā)的熱量。
《機械設計手冊》下冊,第二版,<機械設計手冊>聯(lián)合主編,化學工業(yè)出版社,式子11-53,可得:
(4-16)
=卡/小時
3.由于管路幾其他損失所發(fā)生的熱量
此項發(fā)熱量,包括很多復雜的因數(shù),由于其值較小和和管道散熱的關(guān)系,故在計算時常予忽略,一般可取全部能量的0.03~0.05,即使說:
=9卡/小時
則:
46+184+9
=239卡/小時
按照《液壓傳動》章宏甲、黃誼主編,機械工業(yè)出版社,P表11-3可以求出油液溫升近似值:15.88℃
當驗算出來的油液溫升超過允許值時,系統(tǒng)中必須考試設計適當?shù)睦鋮s器。油箱中的油液允許的溫升值隨主機的不同而不同:一般機床為25~30,工程機械為34~40。
參 考 文 獻
[1]吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京:高等教育出版社,2004.4
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夾具
設計
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鉆夾具與精磨夾具設計,夾具,設計
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