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湖南農(nóng)業(yè)大學工學院 課程設(shè)計說明書 課程名稱： 機械制造工藝學 題目名稱： 輸出軸加工工藝及夾具設(shè)計 班 級：20 05級 機械設(shè)計制造及自動化 專業(yè) 3 班 姓 名： 朱汪波 學 號： 200540601322 指導教師： 陳 志 亮、董 亮 評定成績： 教師評語： 指導老師簽名： 20 年 月 日 目錄 前言 3 1、零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 3 技術(shù)要求分析 3 零件的工藝分析 3 3 2、選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設(shè)計毛坯圖 3 選擇毛坯 3 毛坯尺寸的確定 4 3、選擇加工方法，制定加工藝路線 5 定位基準的選擇 5 零件表面加工方法的選擇 5 制定藝路線 6 4、工序設(shè)計 7 選擇加工設(shè)備與工藝裝備 7 選擇機床 根據(jù)工序選擇機床 7 選用夾具 7 選用刀具 8 選擇量具 8 確定工序尺寸 8 5、確定切削用量及基本工時 10 切削用量 。 10 基本時間 12 6、夾具設(shè)計 12 定位方案 12 分度設(shè)計 13 切削力和夾緊力的計算 13 7、 結(jié)論 14 參考文獻 14 致 謝 15 附錄 15 輸出軸加工工藝及夾具設(shè)計 學　　生：朱汪波　 指導老師：陳志亮、董亮 (湖南農(nóng)業(yè)大學工學院，長沙 ,410128) 　　摘　要：機械制造業(yè)的發(fā)展對世界經(jīng)濟起著非常重要的作用，而機械加工工藝的編制是機械制造技術(shù)的重要組成部分和關(guān)鍵工作。本文論述的是輸出軸的加工工藝和夾具設(shè)計，著重于幾個重要表面的加工，具有一定的尺寸、形狀、位置要求，還有一些強度、表面粗糙度要求等，然而這些都會在文中得以體現(xiàn)。 　　關(guān)鍵詞：制造；輸出軸；加工工藝；夾具； THE DESIGH OF OUTPUT SHAFT PROCESSING AND FIXTURE Student: Zhu Wangbo Tutor: Chen Zhiliang、DongLiang (College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) 　　Abstract: Machinery manufacturing industry on the world economy plays an important role, and the machining process is the establishment of machinery manufacturing technology and an important part of the critical work. In this paper, the output shaft　is a fixture of the processing technology and design, focused on several important processing on the surface of a certain size, shape, location requirements, there are still some strength, surface roughness, and other requirements, but these will be reflected in the text . 　 Key words: manufacturing; output shaft; processing technology; fixture； 前言 機械制造工藝學課程設(shè)計是在我們學完了大學的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)之后進行的。這是我們進行畢業(yè)設(shè)計之前對所學各課程的一次深入的綜合性的鏈接，也是一次理論聯(lián)系實際訓練。因此，它在我們的大學學習生活中占有十分重要的地位。就我個人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計對自己未來將從事的工作進行一次適應性訓練，從鍛煉自己分析問題、解決問題的能力，為今后參加祖國的現(xiàn)代化建設(shè)打下一個良好的基礎(chǔ)。我也相信通過課程設(shè)計能將零碎的知識點都聯(lián)系起來，系統(tǒng)而全面的做好設(shè)計。 本次課程設(shè)計是機械制造工藝學這門課程的一個階段總結(jié)，是對課堂中學習的基本理論和在生產(chǎn)實習中學到的實踐知識的一個實際應用過程。由于知識和經(jīng)驗所限，設(shè)計會有許多不足之處，所以懇請老師給予指導。 零件的工藝分析及生產(chǎn)類型的確定 技術(shù)要求分析 題目所給定的零件車床輸出軸，其主要作用，一是傳遞轉(zhuǎn)矩，使車床主軸獲得旋轉(zhuǎn)的動力；二是工作過程中經(jīng)常承受載荷；三是支撐傳動零部件。零件的材料為45鋼，是最常用中碳調(diào)質(zhì)鋼，綜合力學性能良好，淬透性低，水淬時易生裂紋。綜合技術(shù)要求等文件，選用鑄件。 零件的工藝分析 從零件圖上看，該零件是典型的零件，結(jié)構(gòu)比較簡單，其主要加工的面有φ55、φ60、φ65、φ75、φ176的外圓柱面，φ50、φ80、φ104的內(nèi)圓柱表面，10個φ20的通孔，圖中所給的尺寸精度高，大部分是IT6級；粗糙度方面表現(xiàn)在鍵槽兩側(cè)面、φ80內(nèi)圓柱表面為Ra3.2um,大端端面為Ra3.2um,其余為Ra12.5um，要求不高；位置要求較嚴格，表現(xiàn)在φ55的左端面、φ80內(nèi)孔圓柱面對φ75、φ60外圓軸線的跳動量為0.04mm, φ20孔的軸線對φ80內(nèi)孔軸線的位置度為φ0.05mm,鍵槽對φ55外圓軸線的對稱度為.0.08mm；熱處理方面需要調(diào)質(zhì)處理，到200HBW，保持均勻。 通過分析該零件，其布局合理，方便加工，我們通過徑向夾緊可保證其加工要求，整個圖面清晰，尺寸完整合理，能夠完整表達物體的形狀和大小，符合要求。 選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設(shè)計毛坯圖 選擇毛坯 毛坯種類的選擇決定與零件的實際作用，材料、形狀、生產(chǎn)性質(zhì)以及在生產(chǎn)中獲得可能性，毛坯的制造方法主要有以下幾種：1、型材2、鍛造3、鑄造4、焊接5、其他毛坯。根據(jù)零件的材料，推薦用型材或鍛件，但從經(jīng)濟方面著想，如用型材中的棒料，加工余量太大，這樣不僅浪費材料，而且還增加機床，刀具及能源等消耗，而鍛件具有較高的抗拉抗彎和抗扭強度，沖擊韌性常用于大載荷或沖擊載荷下的工作零件。本零件生產(chǎn)批量為中批量，所以綜上所敘選擇鍛件中的模鍛。 毛坯尺寸的確定 毛坯（鍛件）圖是根據(jù)產(chǎn)品零件設(shè)計的，經(jīng)查《機械加工工藝手冊》《金屬機械加工工藝人員手冊》知精車-半精車-粗車各余量,從而可得毛坯余量<或查表得到>,見表１。鑄件的外圓角半徑按表5-12確定，內(nèi)圓角半徑按5-13確定。結(jié)果為：外圓角半徑：；內(nèi)圓角半徑：。按表5-11，外模鍛斜度，內(nèi)模鍛斜度。下圖為本零件的毛坯圖 圖1毛坯圖 Fig 1 t rough map 選擇加工方法，制定加工藝路線 定位基準的選擇 本零件為帶孔的管狀零件，孔是其設(shè)計基準（亦是裝配基準和測量基準），為避免由于基準不重合而產(chǎn)生的誤差，應選孔為定位基準，即遵守“基準重合”的原則。具體而言，即選孔及一端面作為精基準。由于本零件全部表面都需要加工，而孔作為精基準，應先進行加工，因此應選外圓及一端面為粗基準。 零件表面加工方法的選擇 加工階段的劃分 當零件的加工質(zhì)量要求較高時,往往不可能用一道工序來滿足要求,而要用幾道工序逐步達到所要求的加工質(zhì)量和合理地使用設(shè)備、人力,零件的加工過程通常按工序性質(zhì)不同,可以分為粗加工,半精加工,精加工三個階段。 ①粗加工階段：其任務是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形狀和尺寸上接近零件成品，因此，主要目標是提高生產(chǎn)率，去除內(nèi)孔，端面以及外圓表面的大部分余量，并為后續(xù)工序提供精基準，如加工φ176、φ55、φ60、φ65、φ75外圓柱表面。 ②半精加工階段：其任務是使主要表面達到一定的精加工余量，為主要表面的精加工做好準備，如φ55、φ60、φ65、φ75外圓柱面，φ80、φ20孔等。 ③精加工階段：其任務就是保證各主要表面達到規(guī)定的尺寸精度，留一定的精加工余量，為主要表面的精加工做好準備，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目標是全面保證加工質(zhì)量。 基面先行原則 該零件進行加工時，要將端面先加工，再以左端面、外圓柱面為基準來加工，因為左端面和φ55外圓柱面為后續(xù)精基準表面加工而設(shè)定的，才能使定位基準更準確，從而保證各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出來。 先粗后精 即要先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗車將在較短時間內(nèi)將工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金屬切削效率，另一方面滿足精車的余量均勻性要求，若粗車后留余量的均勻性滿足不了精加工的要求時，則要安排半精車，以此為精車做準備。 先面后孔 對該零件應該先加工圓柱表面，后加工孔，這樣安排加工順序，一方面是利用加工過的平面定位，穩(wěn)定可靠，另一方面是在加工過的平面上加工孔，比較容易，并能提高孔的加工精度，所以對于輸出軸來講先加工φ75外圓柱面，做為定位基準再來加工其余各孔。 工序劃分的確定 工序集中與工序分散：工序集中是指將工件的加工集中在少數(shù)幾道工序內(nèi)完成每道工序加工內(nèi)容較多，工序集中使總工序數(shù)減少，這樣就減少了安裝次數(shù)，可以使裝夾時間減少，減少夾具數(shù)目，并且利于采用高生產(chǎn)率的機床。工序分散是將工件的加工分散在較多的工序中進行，每道工序的內(nèi)容很少，最少時每道工序只包括一簡單工步，工序分散可使每個工序使用的設(shè)備，刀具等比較簡單，機床調(diào)整工作簡化，對操作工人的技術(shù)水平也要求低些。 綜上所述：考慮到工件是中批量生產(chǎn)的情況，采用工序分散 輔助工序的安排：輔助工序一般包括去毛刺，倒棱角，清洗，除銹，退磁，檢驗等。 熱處理工序的安排 熱處理的目的是提高材料力學性能，消除殘余應力和改善金屬的加工性能，熱處理主要分預備熱處理，最終熱處理和內(nèi)應力處理等，本零件CA6140車床輸出軸材料為45鋼，在加工過程中預備熱是消除零件的內(nèi)應力，在毛坯鍛造之后。最終熱處理在半精車之后精車之前，按規(guī)范在840℃溫度中保持30分鐘釋放應力。 制定藝路線 按照先加工基準面，先粗后精，基準統(tǒng)一等原則，該零件加工可按下述工藝路線進行。 工序1粗車圓柱面φ176及端面。 工序2 粗車圓柱面φ55、φ60、φ65和φ75和及臺階面。 工序3 精車φ176外圓柱面及倒角。 工序4 半精車圓柱面φ55、φ60、φ65和φ75和及臺階面。 工序5 精車圓柱面φ55、φ60、φ65和φ75和及臺階面。 工序6 倒角。 工序7　粗鏜內(nèi)孔φ50、φ80、φ104。 工序8 精鏜內(nèi)孔φ50、φ80、φ104。 工序9 鉆孔10φ20。 工序10 擴孔10φ20。 工序11 鉸孔10φ20。 工序12銑鍵槽1610。 工序13鉆斜孔2φ8。 工序15去毛刺。 工序15終檢。 工序設(shè)計 選擇加工設(shè)備與工藝裝備 選擇機床 根據(jù)工序選擇機床 （1）工序1、2、3、4和5是粗車和精車。各工序的工步數(shù)不多，大批大量生產(chǎn)不要求很高的生產(chǎn)率，故選用臥式車床就能滿足要求。本零件外廓尺寸不大，選用最常用的CA6140型臥式車床。 （2）工序7、8為鏜削。由于加工的零件外廓尺寸不大，又是回轉(zhuǎn)體，故宜在車床上鏜孔，選用C616A型臥式車床。 （3）工序12銑削。工序工步簡單，外廓尺寸不大，考慮本零件屬成批大量生產(chǎn)，所選機床使用范圍較廣泛為宜，故可選常用用的X61W型銑床能滿足加工要求。 （4）工序9、10和11是擴、鉆、鉸孔?？刹捎脤Ｓ玫姆侄葕A具在立式鉆床上加工，故選用Z525。 選用夾具 本零件除銑銷，鉆小孔等工序需要專用夾具外，其他各工序使用通用夾具即可。前車銷工序用三爪自定心卡盤和心軸。 選用刀具 由于刀具材料的切削性能直接影響著生產(chǎn)率，工件的加工精度，已加工表面質(zhì)量，刀具的磨損和加工成本，所以正確的選擇刀具材料是加工工藝的一個重要部分，刀具應具有高剛度，足夠的強度和韌度，高耐磨性，良好的導熱性，良好的工藝性和經(jīng)濟性，抗粘接性，化學穩(wěn)定性。由于零件車床輸出軸材料為45鋼，推薦用硬質(zhì)合金中的YT15類刀具，因為加工該類零件時摩擦嚴重,切削溫度高,而YT類硬質(zhì)合金具有較高的硬度和耐磨性,尤其具有高的耐熱性,在高速切削鋼料時刀具磨損小壽命長,所以加工45鋼這種材料時采用硬質(zhì)合金的刀具。粗車外圓柱面： 90半精車，精車外圓柱面：前角為90的車刀。鉆頭：高速鋼刀具，直徑為φ30；直徑為φ18；擴孔鉆：直徑為φ19.8；鉸刀：直徑為φ20。鏜刀，刀桿長度為200.BH＝1625。 選擇量具 本零件屬大批大量生產(chǎn)，一般配情況下盡量采用通用量具。根據(jù)零件表面的精度要求、尺寸和形狀特點，參考參考文獻[4]》相關(guān)資料，選擇如下：讀數(shù)值0.02、測量范圍0～150游標卡尺，讀數(shù)值0.01、測量范圍0～150游標卡尺。讀數(shù)值0.01、測量范圍50～125的內(nèi)徑千分尺，讀數(shù)值0.01、測量范圍50～125的外徑千分尺，讀數(shù)值0.01、測量范圍50～125的內(nèi)徑百分表（表5-108）。 確定工序尺寸 確定圓柱面的工序尺寸 圓柱表面多次加工的工序尺寸只與加工余量有關(guān)。前面已確定各圓柱面的總加工余量（毛坯余量），應將毛坯余量分為各工序加工余量，然后由后往前計算工序尺寸。中間工序尺寸的公差按加工方法的經(jīng)濟精度確定。本零件各圓柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差、表面粗糙度見下表： 表3外圓柱面φ176　軸段加工余量計算 Tab3 工序名稱 工序間 余量/mm 工 序 工序基本尺寸/mm 標注工序 尺寸公差/mm 經(jīng)濟精度/mm 表面粗糙度Ra/μm 精車 2 IT10 6.3 176 粗車 3 IT12 12.5 179 毛坯 2 181 表4外圓柱面φ55軸段加工余量計算 Tab4 工序名稱 工序間 余量/mm 工 序 工序基本尺寸/mm 標注工序 尺寸公差/mm 經(jīng)濟精度/mm 表面粗糙度Ra/μm 　精車 1.0 IT6 1.6 55 半精車 1.5 IT10 3.2 56 粗車 2.5 IT12 6.3 57.5 毛坯 2 60 表5φ60軸段加工余量計算 Tab5 工序名稱 工序間 余量/mm 工 序 工序基本尺寸/mm 標注工序 尺寸公差/mm 經(jīng)濟精度/mm 表面粗糙度Ra/μm 精車 1.0 IT6 1.6 60 半精車 1.5 IT10 3.2 61 粗車 2.5 IT12 6.3 62.5 毛坯 2 65 表5φ65軸段加工余量計算 Tab5 工序名稱 工序間 余量/mm 工 序 工序基本尺寸/mm 標注工序 尺寸公差/mm 經(jīng)濟精度/mm 表面粗糙度Ra/μm 精車 1.0 IT6 1.6 65 半精車 1.5 IT10 3.2 66 粗車 2.5 IT12 6.3 67.5 毛坯 2 70 表5φ75軸段加工余量計算 Tab5 工序名稱 工序間 余量/mm 工 序 工序基本尺寸/mm 標注工序 尺寸公差/mm 經(jīng)濟精度/mm 表面粗糙度Ra/μm 精車 1.0 IT6 1.6 75 半精車 1.5 IT10 3.2 76 粗車 2.5 IT12 6.3 77.5 毛坯 2 80 表5φ104內(nèi)孔加工余量計算 Tab5 工序名稱 工序間 余量/mm 工 序 工序基本尺寸/mm 標注工序 尺寸公差/mm 經(jīng)濟精度/mm 表面粗糙度Ra/μm 精鏜 1.8 IT7 3.2 104 粗鏜 3.2 IT10 6.3 103.2 毛坯 2 99 表5φ80內(nèi)孔加工余量計算 Tab5 工序名稱 工序間 余量/mm 工 序 工序基本尺寸/mm 標注工序 尺寸公差/mm 經(jīng)濟精度/mm 表面粗糙度Ra/μm 精鏜 1.5 IT7 3.2 80 粗鏜 2.5 IT10 6.3 78.5 毛坯 2 76 表5φ50內(nèi)孔加工余量計算 Tab5 工序名稱 工序間 余量/mm 工 序 工序基本尺寸/mm 標注工序 尺寸公差/mm 經(jīng)濟精度/mm 表面粗糙度Ra/μm 精鏜 1.5 IT7 3.2 50 粗鏜 2.5 IT10 6.3 48.5 毛坯 2 46 確定切削用量及基本工時 切削用量包括背吃刀量、進給量和切削速度。確定順序是確定、，再確定。本說明書選取工序1粗車外圓為例確定其切削用量及基本時間。 切削用量 。 本工序為粗車。已知加工材料為45鋼，鍛件，有外皮；機床為CA6140型臥式車床，工件裝夾在三爪自定心卡盤中。 確定外圓的切削用量。 所選刀具為YT15硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位車刀，根據(jù)表5-112，由于CA6140機床的中心高為200mm，故選用刀桿尺寸BH=16mm25mm，刀片厚度為4.5mm。根據(jù)表5-133，選擇車刀幾何形狀為卷槽帶倒棱型前刀面，前角，后角、主偏角、,副偏角、刃傾角、刀尖圓弧半徑。 （1）確定背吃刀量 由于粗車雙邊余量為2.5mm，則＝2.25mm。 （2）確定進給量f 根據(jù)表5-114，在粗車鋼件、刀桿尺寸為、、工件直徑為時，。按CA6140機床的進給量選擇。確定的進給量尚需滿足機床進給強度的要求，故需進行校驗。 根據(jù)表5-55，CA6140機床進給機構(gòu)允許的進給力。 根據(jù)表5-123，當鋼材、、，， (預計)時，進給力。 Ff的修正系數(shù)為，，,故實際進給力為，由于，所選的可用。 （3）選擇車刀磨鈍標準及耐用度 根據(jù)表5-119，車刀后刀面最大磨損量取為1mm，可轉(zhuǎn)位車刀耐用度。 （4）確定切削速度v 根據(jù)表5-120，當用YT15硬質(zhì)合金車刀加工鋼材時，，時，切削速度。 切削速度的修正系數(shù)為，，，，表2-9。則有： 按CA6140機床的轉(zhuǎn)速選擇,則實際切削速度。 最后確定切削用量為： ，，，。 基本時間 確定粗車外圓的基本時間t 根據(jù)《機械制造工藝學》公式4-23車外圓基本時間為： 根據(jù)《機械制造工藝學》公式4-23車外圓基本時間為： 式中：，，，，， 則 其余工步切削用量及基本工時計算從略 夾具設(shè)計 　　本夾具是第11道工序鉆通孔的專用夾具。刀具為直柄麻花鉆8-L GB/T 6135.3－1996。 　　在給定的零件中，對本步加工的定位并未提出具體的要求，是自由公差，定位要求較低。因此，本設(shè)計的重點應在卡緊的方便性與快速性以及實現(xiàn)鉆孔的分度上。下面是夾具設(shè)計過程： 定位方案 夾具特點，工件以另一端面和鍵槽定位，通過軸心，用螺栓夾緊。結(jié)構(gòu)簡單，制造容易。分度副間有污物時，不直接影響分度副的接觸。缺點是無法補償分度度間的配合間隙對分度精度的影響。分度板孔中一般壓入耐磨襯套，與圓柱定位銷采用H7/g6配合。其結(jié)構(gòu)圖如圖3所示： 圖3 夾具裝配圖 Fig 3 fixture assembly 分度設(shè)計 通過分度盤來實現(xiàn)。擰緊螺母，并通過開口墊圈將工件夾緊。轉(zhuǎn)動手柄，可將分度盤松開。此時用捏手將定位銷從定位套中拔出，使分度盤連同工件一起回轉(zhuǎn)180，將定位銷重新插入定位套中，即實現(xiàn)了分度。再將手柄轉(zhuǎn)回，銷緊分度盤，即可進行加工。 切削力和夾緊力的計算 本工序加工是鉆削可估算其夾緊力，其為螺旋夾緊機構(gòu)。實際效果可以保證可靠的卡緊。 根據(jù)公式： ——原動力（Nmm） ——實際所需夾緊力 ——螺桿端部與工件間的當量摩擦半徑（mm） ——螺紋中徑之半(mm) ——螺紋升角（） ——螺桿端部與工件間的當量摩擦角（） ——螺旋副的當量摩擦角（）， ——除螺旋機構(gòu)以外的效率，其值為0.85~0.958。 參數(shù):Wk = 100 使用快速螺旋定位機構(gòu)快速人工卡緊，調(diào)節(jié)卡緊力調(diào)節(jié)裝置，即可指定可靠的卡緊力。 7 結(jié)論 此次課程設(shè)計確定了填料箱蓋從鑄件毛坯到成品在大量成批生產(chǎn)時的工藝過程，同時也設(shè)計了其中一道鉆孔工序的夾具。 作為本學期的最后一次課程設(shè)計，需要我們綜合前階段所學習的機械制圖、金屬工藝學、金屬材料、機械設(shè)計基礎(chǔ)、互換性與測量技術(shù)、機械制造工藝學等多門課程的知識，同時還要運用數(shù)學、力學等基礎(chǔ)學科知識以及設(shè)計手冊上的標準。所以此次課程設(shè)計是我們本科階段學習的知識的鞏固，也是一個總結(jié)。 參考文獻 [1] 陳宏鈞.機械加工工藝手冊[M].機械工業(yè)出版社，2003 [2] 王先逵.機械制造工藝學[M].機械工業(yè)出版社，2006 [3] 徐學林.互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].湖南大學出版社，2005 [4] 崇凱.機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指南[M].化學工業(yè)出版社，2007 [5] 胡農(nóng).車工技師手冊[M].機械工業(yè)出版社，2004 [6] 王光斗.機床夾具設(shè)計手冊[M].上海科學技術(shù)出版社，2000 [7] 曾慶福.機械制造工藝學[M].清華大學出版社，1989 [8] 趙如福.金屬機械加工工藝人員手冊[M].上?？茖W技術(shù)出版社，2000 [9] 王啟平.機床夾具設(shè)計 [M]. 哈爾濱工業(yè)大學出版社，1996 [10] 陳宏鈞.車工實用技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2004 [11] 艾興.切削用量簡明手冊[M].機械工業(yè)出版社，2004 致 謝 機械制造工藝學課程設(shè)計是學完了機械制造工藝學基礎(chǔ)和大部分專業(yè)課，并進行了生產(chǎn)實習的基礎(chǔ)上進行的又一個實踐性教學環(huán)節(jié)。這次課程設(shè)計過程中遇到了不少困難，在老師的幫助下和在圖書館查閱資料，最終解決了困難。而且，這次設(shè)計使我們能綜合運用機械制造技術(shù)基礎(chǔ)中的基本理論，并結(jié)合生產(chǎn)實習中學到的實踐知識，獨立地分析和解決了零件機械制造工藝問題，設(shè)計了機床專用夾具這一典型的工藝裝備，提高了結(jié)構(gòu)設(shè)計能力 ，為今后的畢業(yè)設(shè)計及未來從事的工作打下了良好的基礎(chǔ)。 附錄 附錄1：零件圖 附錄2：工藝卡 附錄3：夾具零件圖 附錄4：夾具裝配圖