减速器输出轴的机械加工工艺设计

课程设计说明书

设计题目：减速箱输出轴机械加工工艺规程设计

班 级 设 计 者 学 号 指导教师

机械制造工艺学课程设计任务书

题目：减速箱输出轴机械加工工艺规程设计

生产纲领： 20000件 生产类型： 大批量生产 内容：

1. 产品零件图 1张 2. 产品毛坯图 1张 3. 夹具图 1张 4. 零件装配图 1张 5. 机械加工工艺过程卡片 1套 6. 机械加工工序卡片 1套 7．课程设计说明书 1份

机械加工工艺规程设计

图1、2 分别为输出轴的零件图。已知零件的材料为45号刚，年产量4000件/年。试为该输出轴零件编制工艺规程。

图1-1 输出轴零件图

第一节 减速器输出轴的工艺分析及生产类型的确定

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1.减速器输出轴的用途和工作原理 此轴用于输出转矩、传递动力。

轴安装在单列圆锥磙子轴承上，轴承盖凸缘挡住轴承外圈，因此轴得到轴向定位。齿轮和半联轴器用轴肩、轴套和挡圈轴向定位，用平键作周向定位，以传递运动和转距。该轴套上两个齿轮，一端置于减速箱内，一端置于输出终端。作用是输出转矩、传递动力。

全部技术要求列于表1-1中

加工表面 尺寸及偏差公差/mm及精表面粗糙度形位公差/mm A L B G H C D E J F K Φ48 Φ48 Φ48 0.017，IT7 0.017，IT7 无 无 无 0.016，IT6 0.017，IT7 0.16，IT11 0.16，IT11 0.013，IT6 0.013，IT6 Ra0.8 Ra12.5 Ra12.5 Ra1.6 Ra3.2 Ra1.6 Ra0.8 Ra3.2 Ra2.3 Ra1.6 Ra12.5 无 无 无 无 无 无 无 无 3

键槽12P9 0.036 Ra1.6 12P9侧 键槽无 无 Ra3.2 无 12P9底 键槽8P68P6 侧面 键槽8P6无 底面 此外，为了保证轴的耐磨性和硬度，要求热处理T224。 表1-1

3. 审查减速器输出轴的工艺性

分析零件图可知，传动轴的所有表面都要求切屑加工，并在轴向方向上产生台阶表面, 并且粗糙程度都不同 ,这样有利于主轴高速旋转时的各表面的应力条件,主要工作表面虽然加工精度要求相对较高，但也可以在正常的生产条件下，采用较经济的方法保质保量地加工出来。所以该零件的工艺性好。 (1)45号钢具有良好的可锻性。

(2)结构力求简单、对称、横截面尺寸不应有突然变化。 (3)为了装卸轴承和齿轮方便、去除毛刺，轴两端应该有倒角。 (4)为了减少应力集中，各轴肩过渡处应有合理的圆角。 (5)轴上有两个键槽，可用铣刀加工，而且效率高。

无 Ra3.2 无 0.043 Ra1.6 4

一． 确定输出轴的生产类型

依设计题目知：Q=2000件/年，结合生产实际，备品率a%和废品率b%分别为3%和0.5%。代入公式1-1得 N=2000*(1+3%+0.5%)=2070件/年

由查1-3表可知，输出轴属轻型零件；由表1-4知，该输出轴的生产类型为大批生产

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第二节 确定毛坯、绘制毛坯简图

1. 毛胚的选择

由于该输出轴在工作过程中要承受扭转和冲击载荷，为增强轴的抗扭强度和冲击韧性，获得纤维组织，钢材选用45钢。轴的轮廓尺寸不大，且生产类型属于中批生产，为得到合适的生产效率采用锻造制造毛坯，减速箱输出轴是阶梯轴，并且各阶直径相差不大，用模锻方法制造毛坯。 一、 确定毛坯的尺寸公差和机械加工余量 （1）、公差等级

由轴的功用和技术要求，确定该零件的公差等级为普通级。 （2）、锻件质量的估算与形状复杂系数S的确定。

已知机械加工后轴的重量为2.2kg,由此可初步估计机械加工前锻件毛坯的重量为2. 8kg。

形状复杂系数S=mt/mN其中为相应的锻件外廓包容体质量，则： S==2.2kg/2.8kg=0.786

根据S的值查表，可知锻件的形状复杂系数为S1级（简单）。（0.63由于该轴的材料为４５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M1级。 （4）、锻件分模线形状

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根据该轴的的形位特点，此轴选择零件高度方向的对称平面为分模面，属平直分模线。 （5）、零件的表面粗糙度

依据零件图可知，该轴各加工表面的粗糙度均大于0.8μm。 根据上述毛胚加工余量分析，可画出零件毛胚图。1.定位基准的选择

错误！未找到引用源。 粗基准的选择

一般采用轴的外圆表面作为粗基准，这样可以使得定位、装夹和加工变得很方便，而且这也符合基准统一原则。以它为粗基准定位加工顶尖孔，为后续工序加工出精基准，这样使外圆加工时余量均匀，避免后续加工精度受到“误差复映”的影响。提高工件加工时工艺系统的刚度，可采用外圆表面和一端中心轴共同作为定位基准，这样可以使定位基准与设计基准重合并获得较高的定位基准。 错误！未找到引用源。 精基准的选择

零件上的很多表面都以两端面作为基准进行加工，可避免基准转换误差，也遵循基准统一原则，因此以轴的两端面为精基准；两端面的中心轴线是设计基准，选用中心轴线为定位基准，可保证表面最后加工位置精度，符合基准重合原则。 2. 零件表面加工方法的选择

轴的各个表面具体的加工方法，如表4所示.

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加工表面 尺寸精度等级 表面粗糙度Ra（um） 0.8 12.5 1.6 0.8 3.2 1.6 12.5 1.6 3.2 3.2 1.6 1.6 加工方法 0.025350.008外圆表面A IT6 IT11 IT7 IT6 IT6 IT7 IT11 IT8 IT9 IT9 IT7 IT7 粗车—半精车—磨削 粗车 粗车—半精车—精车 粗车—半精车—磨削 粗车—半精车 粗车—半精车—精车 粗车 粗车—半精车—精车 粗车—半精车 粗车—半精车 粗铣—精铣 粗铣—精铣 48外圆表面B 0.05400.034外圆表面C 0.025350.008外圆表面D 0.08350.24外圆表面E 0.041300.028外圆表面F 轴端面L、K 轴肩端面G 轴肩端面H 轴圆锥面 12P9键 8P6键 表4 轴零件各表面加工方案

3. 加工阶段的划分

该轴为多阶梯轴,为了使毛胚生产率高，将毛胚大大的简化了，但是这使得毛胚机械加工余量较大，需要切除大量金属，产生大量的切削热，而且引起残余应力重新分布而变形,因此,安排工序时,应将加工过程分为以下阶段：

错误！未找到引用源。 粗加工阶段

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粗加工阶段主要是去除各加工表面的余量，并作出精基准。它包括粗车外圆、钻中心孔。

1 粗车两端面,钻中心孔为精基面作好准备,使后续工序定位精准,从而保证其他加工表面的形状和位置要求。

2 分别粗车阶梯轴外圆,将零件加工出Φ35,Φ48，Φ40,Φ30的轴外圆使此时坯件的形状接近工件的最终形状和尺寸,只留下适当的加工余量。

3 加工出2×M6深10的内螺纹孔。 错误！未找到引用源。 半精加工阶段

半精加工阶段的任务是减小粗加工留下的误差，使加工面达到一定得精度，为精加工做好准备。它包括主轴各处外圆、台肩的半精车和修研中心孔等。

错误！未找到引用源。 精加工阶段

精加工阶段的任务是确保达到图纸规定的精度要求和表面粗糙度要求。它包括对表面粗糙度要求较高的外圆面A、B磨削加工，对外圆面C、F和轴肩端面G的精车加工。然后粗铣、半精铣键槽。 4. 工序的合理组合

该轴的生产类型为中批生产，零件的结构复杂程度一般，但有较高的技术质量要求，可选用分段加工工序。采用通用机床和部分高生产率专用设备，配用专用夹具，与部分划线法达到精度以减少工序数量，缩短工艺路线。 5. 加工顺序的安排

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错误！未找到引用源。 该轴要求热处理

1.为改善工件材料的切削性能，在切削加工前应进行调质热处理。 2.粗车之后，由于此轴粗车余量较大，为了消除粗车后工件的内应力，应安排退火。

3.为了增加轴的耐磨性和表面硬度，精车之后对整个轴进行淬火。 错误！未找到引用源。 辅助工序

在半精加工之后，安排去毛刺；精加工后，安排去毛刺，清洗和终检工序

错误！未找到引用源。 机械加工工序

1.按“先基准面后其他”的原则，首先加工精基准面，钻中心孔及车表面的外圆。

2.遵循“先面后孔”的原则，先加工端面，再加工铣键槽，钻螺孔 3.按“先主后次”的顺序，先加工主要表面：车外圆各个表面，后加工次要表面：铣键槽。

4.按“先粗后精”的顺序，先加工精度要求较高的各主要表面，后安排精加工。

6. 零件的工艺路线的确定

跟据上面加工工艺过程的分析，确定工艺路线，如表5： 工工序序名称 号 1 锻造 模锻锻造45号钢毛坯 10

车床设工序内容 备 刀具 量具 热处2 理 游标卡3 粗车 粗车轴端面K、L CA6140 90度刀 尺 游标卡4 钳 修研两端中心孔 钳工台 麻花钻 尺 游标卡5 粗车 粗车外圆；粗车Ф35段 CA6140 60度刀 尺 游标卡6 粗车 粗车外圆；粗车Ф48段 CA6140 60度刀 尺 游标卡7 粗车 粗车外圆；粗车Ф40段 CA6140 60度刀 尺 游标卡8 粗车 粗车外圆；粗车Ф30段 CA6140 60度刀 尺 游标卡9 粗车 粗车外圆；粗车轴肩、圆锥面 CA6140 60度刀 尺 调质10 处理 半精11 车 半精12 车 11

调质处理240HRC — — — 热处理 设备 游标卡半精车轴外圆表面A CA6140 60度刀 尺止规 游标卡半精车轴外圆表面C CA6140 60度刀 尺止规 半精13 车 半精14 车 半精15 车 半精16 车 17 精车 精车外圆表面B CA6140 60度刀 半精车轴肩端面G、H、J和锥面 CA6140 60度刀 半精车轴外圆表面F CA6140 60度刀 半精车轴外圆表面E CA6140 60度刀 半精车轴外圆表面D CA6140 60度刀 游标卡尺止规 游标卡尺止规 游标卡尺止规 游标卡尺止规 游标卡尺止规 游标卡18 精车 精车外圆表面C CA6140 60度刀 尺止规 游标卡19 精车 精车外圆表面F CA6140 60度刀 尺止规 游标卡20 精车 精车，轴肩端面G 精车45°倒角两个 CA6140 60度刀 尺止规 游标卡CA6140 45度刀 尺止规 21 精车 钻光孔 22 钻孔 台式钻床Z512 φ5钻 头 麻花钻 游标卡尺 攻螺攻右端两内螺纹孔M6深10，相台式钻23 纹 对小中心线对称距离为18mm 12

床Z512 螺杆丝锥 磨外圆A、C、D和F 24 粗磨 万能外圆磨床M1412 万能外砂轮 千分尺 25 精磨 磨外圆A、C、D和F 圆磨床M1412 砂轮 千分尺 平口虎钳装夹工件，铣出两个键槽 26 铣 将键槽底面铣至满足表面粗糙度Ra1.6 游标卡27 钳 去毛刺 钳工台 平锉 尺卡规 热处28 理 29 清洗 清洗零件表面 清洗机 — — 游标卡30 终检 终检零件尺寸 — — 尺卡规,塞规 淬火 — — — X61W 刀 尺 铣床 键槽铣游标卡

五．工序加工余量的确定，工序尺寸及公差的计算

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由于零件为阶梯轴，我们可以把台阶相差不多的阶梯轴的毛坯合成同一节。根据具体尺寸可将B和C合成同一节，将D、E合成一节 ① 外圆表面A的毛胚加工余量的确定。其粗糙度0.8μm的要求，对其加工的方案：粗车—半精车——粗磨——精磨。

由工艺手册查得：粗磨余量为0.3；精磨余量为0.1；半精车余量为1.5；粗车余量为5.5，可得加工总余量为7.4，取总加工余量为7，并将粗车余量修正为5.1。

确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度。由工艺手册查得：磨削后的IT6,Ra0.8μm；半精车后为IT8，Ra3.2μm;粗车后为IT11，Ra16um.如表6： 工序名工序余加工经济精称 精磨 粗磨 半精车 粗车 锻造 量/mm 0.1 0.3 1.5 5.1 — 度/mm IT6 IT8 IT11 ±2 表面粗糙度Ra/um 0．8 3.2 16 — 工序基本尺寸/mm 35 35.1 35+0.4=35.4 35.4+1.5=36.9 36.9+5.1=42 35.400.039 36.900.16 422 尺寸、公差/mm 错误！未找到引用源。 C毛胚加工余量的确定。

1.外圆表面D的粗糙度Ra1.6μm,公差T=16μm确定其加工方案：粗车—半精车—粗磨——精磨。

由工艺手册查得：粗磨余量为0.3；精磨余量为0.1；半精

车余量为1.5；粗车余量为5.1，由此可知总的加工余量为7.0。 确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度。由工艺手册查得：磨削（粗磨、精磨）后为IT7,Ra1μm;半精车后的为IT8，Ra3.2μm;粗车后为IT11，Ra16μm.如表7：

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工序名称 精磨 粗磨 半精车 粗车 锻造 工序余量/mm 0.1 0.3 1.5 5.1 — 加工经济精度/mm IT6 IT8 IT11 ±2 表面粗糙度Ra/um 1.6 3.2 16 — 工序基本尺寸/mm 40 40.1 40+0.4=40.4 40.4+1.5=41.9 41.9+5.1=47 尺寸、公差/mm 0.05400.034 40.400.039 41.900.16 472 2.毛胚外圆表面B.毛胚尺寸为55，加工余量为2。表面粗糙度为Ra12.5μm，确定加工方案：粗车

确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度。由工艺手册查得：粗车后为IT11，Ra12.5μm。如表8： 工序名称 粗车 锻造

③ 外圆表面C、E、F毛坯加工余量的确定。

1.以C的表面粗糙度要求与为对象，它与A完全一样，同表4，得到毛坯尺寸为42.

2.E和D在同一节上，则毛胚尺寸同为42。其外圆表面粗糙度Ra3.2μm,

确定其加工方案：粗车—半精车。

由工艺手册查得：半精车余量为1.5；粗车余量为4.5，总余量为6。调节总余量为7，则粗车余量调为5.5。

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工序余量/mm 7 — 加工经济精度/mm IT11 ±2 表面粗糙度Ra/um 12.5 — 工序基本尺寸/mm 48 48+7=55 尺寸、公差/mm 4800.16 552 确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度。由工艺手册查得：半精车后的为IT8，Ra3.2μm;粗车后为IT11，Ra16μm.如表9： 工序名称 半精车 粗车 锻造 工序余量/mm 1.5 .5.5 — 加工经济精度/mm IT8 IT11 ±2 表面粗糙度Ra/um 3.2 16 — 工序基本尺寸/mm 35 35+1.5=36.5 36.5+5.5=42 尺寸、公差/mm 0.08350.24 36.500.16 422 3.F毛胚尺寸为37，总余量为7。其外圆表面粗糙度为Ra1.6μm，确定加工方案：粗车—半精车—粗磨——精磨。

由工艺手册查得：精磨余量0.1，粗磨余量为0.3，半精车余量为1.5，粗车余量为4.5，将粗车修正为5.1，总余量为7。

确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度。由工艺手册查得：磨削（粗磨、精磨）后为IT6, Ra1.6μm;半精车后的为IT8，Ra3.2μm;粗车后为IT11，Ra16μm.如表10：

工序名工序余加工经济精表面粗糙度称 精磨 粗磨 半精车 粗车 锻造 量/mm 0.1 0.3 1.5 5.1 — 度/mm IT6 IT8 IT11 ±2 Ra/um 1.6 3.2 16 — 工序基本尺寸/mm 30 30.1 30.1+0.3=30.4 30.4+1.5=31.9 31.9+5.1=37 尺寸、公差/mm 0.041300.028 30.400.039 31.900.16 372 ④ 轴肩端面G毛胚加工余量的确定。表面粗糙度要求Ra1.6μm，确定其加工方案：粗车—半精车—精车。

由工艺手册查得：精车余量为1.6，半精车余量为1.3，粗车余量为

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4.1，总余量为7。

确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度。由工艺手册查得：精车后为IT8, Ra1.6μm;半精车后的为IT9，Ra3.2μm;粗车后为IT11，Ra16μm。 如表11： 工序名称 精车 半精车 粗车 锻造

⑤ 轴肩端面J毛胚加工余量的确定。表面粗糙度要求Ra2.3μm，确定其加工方案：粗车—半精车

由工艺手册查得：半精车余量为1.3，粗车余量为5.7，总余量为7。 确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度。由工艺手册查得：半精车后的为IT8，Ra2.3μm;粗车后为IT11，Ra16μm。如表12： 工序名称 半精车 粗车 锻造

⑥ 轴肩端面H的毛胚加工余量的确定。其表面粗糙度为 Ra3.2μm，

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工序余量/mm 1.6 1.3 4.1 — 加工经济精度/mm IT8 IT9 IT11 ±2 表面粗糙度Ra/um 1.6 3.2 16 — 工序基本尺寸/mm 7 7+1.6=8.6 8.6+1.3=9.9 9.9+4.1=14 尺寸、公差/mm 700.039 8.600.062 9.900.16 142 工序余量/mm 1.3 5.7 — 加工经济精度/mm IT8 IT11 ±2 表面粗糙度Ra/um 3.2 16 — 工序基本尺寸/mm 55 55-1.3=53.7 53.7-5.7=48 尺寸、公差/mm 5500.039 53.700.16 482 确定加工方案：粗车—半精车

由工艺手册查得：半精车余量为1.0，粗车余量为0.8，总余量为1.8。 确定各工序的加工经济精度和表面粗糙度。由工艺手册查得：半精车后的为IT8，Ra3.2μm;粗车后为IT11，Ra16μm。如表13： 工序名称 半精车 粗车 锻造

⑦ 轴端面L、K毛胚加工余量的确定。其表面粗糙度为 Ra12.5μm，粗车既可达到要求，粗车余量为7。所以轴毛胚总长度为200+7*2=214mm。表14： 工序名称 粗车 锻造 工序余加工经济精量/mm 7 — 度/mm IT11 ±4 表面粗糙度Ra/um 12.5 — 工序基本尺寸/mm 200 200+7*2=214 尺寸、公差/mm 20000.16 工序余量/mm 1.3 5.7 — 加工经济精度/mm IT8 IT11 ±2 表面粗糙度Ra/um 3.2 16 — 工序基本尺寸/mm 175 175-1.3=173.7 173.7-5.7=168 尺寸、公差/mm 17500.039 173.700.16 1682 2144

七. 选择加工设备和工艺设备

由于该轴生产类型为中批生产，设备以通用机床为主，生产方式为通用机床加辅助夹具为主。 1. 选择加工设备

根据该轴的尺寸大小要求，选用卧式CA6140,万能外圆磨M1432；台

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式钻床Z512，铣床XA6132。（详见表5） 2. 选择工艺设备

工艺装备主要包括刀具、夹具和量具。在表5和工艺卡卡片上有简要说明。

八 .确定工序的切削用量

在刀具耐用度一定的情况些，为了提高生产率，选择切削用量的基本原则是：首先应选尽可能大的背吃刀量;其次要在机床动力和刚度允许的条件下，同时又满足已加工表面粗糙度要求的情况下，选取尽可能大的进给量;最后根据车床的功率情况选定切削速度。 1. 背吃刀量的确定

粗加工时，背吃刀量应根据加工余量和工艺系统刚度来确定。由于粗加工时是以提高生产率为主要目标，所以在留出半精加工、进加工余量后，应尽量将粗加工余量一次切除。一般ap可达8-10mm。当遇到断续切削、加工余量太大或不均匀时，则应考虑多次走刀，而此时的背吃刀量应依次递减，即ap1＞ap2＞ap3...

错误！未找到引用源。 外圆面A、B、C、D、E、F的车削,查工艺手册可知：

1.粗车ap为各个外圆表面粗车加工余量的二分之一 2.半精车ap=0.75mm 3.精车ap=0.25mm

错误！未找到引用源。 轴端面K、L和轴肩端面G、H、J的车削，查工艺手册可知：

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1.粗车ap=0.8mm 2.半精车ap=0.5mm 3.精车ap=0.1mm 2. 进给速度的确定

错误！未找到引用源。 外圆面A、B、C、D、E、F的车削,查工艺手册可知：

1.粗车f=1mm/r 2.半精车f=0.45mm/r 3.精车f=0.1mm/r 错误！未找到引用源。 轴端面K、L和轴肩端面G、H、J的车削，查工艺手册可知：

1.粗车f=0.5mm 2.半精车f=0.5mm 3.精车f=0.1mm 3.切削速度的确定

错误！未找到引用源。 外圆面A、B、C、D、E、F的车削,由车床主轴转速，查工艺手册可知：

1.粗车vc=60m/min 2.半精车vc=90m/min 3.精车vc=120m/min 错误！未找到引用源。 轴端面K、L和轴肩端面G、H、J的车削，查工艺手册可知：

1.粗车vc=50m/min 2.半精车vc=80m/min 3.精车vc=110m/min 错误！未找到引用源。 铣键槽12P9

错误！未找到引用源。 选取铣刀类及其参数，根据键参数；选取高速钢齿槽铣刀，，其齿直径D=100mm，铣刀厚度L=18mm，齿数Z=18。 错误！未找到引用源。 选取每齿进给量af，根据铣刀结构及其参数；加工性质和铣刀宽度azaf0.04mmz

Dd32263mm。选取每齿进给量22错误！未找到引用源。 确定刀具耐用度T，按参考文献确定铣刀耐

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用度T=120mm。

错误！未找到引用源。 选择切削速度v，根据参考文献选取切削速度v,按条件D=100mm, L=10-16mm;Z=20, T=120 min, af=0.4mm/Z,取

v145mmin，又根据不同加工条件进行修正计算。按参考文献表工

件硬度为220～240HBS时取KMV1.27,最后确定vv1，

kMV451.2757.15mmin

错误！未找到引用源。 确定铣床主轴转速n 根据XA6132型铣床说明书，选取最后确定切削速度为

vn190rmin。

100190100059.69mmin

确定每分钟进给量vf

vfafZn0.0418190136.8mmmin

确定vf=118mm/min

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第三节 拟定输出轴工艺路线

七.设计体会

机械制造基础课程设计在老师布置课题之后，我很迷茫，不知道要干些什么，也不知道老师要我们做这些有什么用，不过我们还是很积极的去借了一些老师需要的书，先看了一下课本上的一个例子，总算是有一些收获，知道我们所要完成的东西是什么了。并通过大家一起研究，借鉴努力完成，因此通过本次课程设计我学到了很多，有很多收获，也是我学的知识有所应用我十分开心。 八．参考文献

1 机械制造基础课程设计指导书 第2版 主编 邹青 呼咏 2 机械制造技术基础 第2版 主编 胡忠举 陆名彰

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