機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)之2-金屬切削機(jī)床-哈工大(威海)黃博_第1頁(yè)
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機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)哈爾濱工業(yè)大學(xué)〔威海〕機(jī)器人研究所山東省現(xiàn)代數(shù)字化醫(yī)療裝備高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃博本課程主要講述內(nèi)容機(jī)械制造裝備及制造業(yè)動(dòng)態(tài)機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)典型部件設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)機(jī)床夾具設(shè)計(jì)物流系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械加工生產(chǎn)線總體設(shè)計(jì)1.機(jī)械制造裝備及制造業(yè)動(dòng)態(tài)——裝備機(jī)械制造過程:機(jī)械制造裝備:加工裝備、工藝裝備、倉(cāng)儲(chǔ)傳送裝備、輔助裝備加工裝備——〔機(jī)床,制造機(jī)器的機(jī)器,工作母機(jī)〕金屬切削機(jī)床〔切除余量,到達(dá)尺寸、形狀、精度、外表質(zhì)量〕車、銑、刨、磨、鉆、鏜、拉、螺紋、齒輪等;通用、專用、專門化;精密程度;自動(dòng)化程度;數(shù)控等分類原材料熱、冷加工裝配產(chǎn)品總成產(chǎn)品調(diào)試檢驗(yàn)包裝發(fā)運(yùn)設(shè)計(jì)方法回憶2.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法——功能要求2.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)方法——功能要求3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的根本理論機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理機(jī)床有兩個(gè)末端執(zhí)行器安裝工件的執(zhí)行器〔如:銑床工作臺(tái)、車床主軸的卡盤〕;安裝刀具的執(zhí)行器〔如;銑床的主軸、車床的刀架〕工件的加工原理通過刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)來完成。兩個(gè)末端執(zhí)行器之間嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系要靠?jī)?nèi)聯(lián)傳動(dòng)系統(tǒng)或坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的數(shù)目、運(yùn)動(dòng)性質(zhì)、各運(yùn)動(dòng)軸之間的關(guān)系、運(yùn)動(dòng)行程等。工件外表的形成方法及機(jī)床運(yùn)動(dòng)任何一個(gè)規(guī)那么外表都可視為:一條曲線〔或直線〕沿著另一條曲線〔或直線〕運(yùn)動(dòng)的軌跡〔發(fā)生線〕母線與導(dǎo)線〔舉例〕刀具切削刃可分為點(diǎn)切削刃、線切削刃、面切削刃3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的根本理論工件加工外表的發(fā)生線〔刀具切削刃與工件接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)〕有4種:軌跡法a是直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)e是軌跡法銑圓柱面成形法〔仿形法〕b寬刃車刀相切法(旋切法〕d是相切法銑圓柱面展成法〔滾切法〕c是展成法,道具和工件間復(fù)合的相對(duì)運(yùn)動(dòng)n1和n2加工外表的形成方法 母線形成方法與導(dǎo)線形成方法的結(jié)合發(fā)生線1直母線發(fā)生線2圓導(dǎo)線發(fā)生線1漸開線母線發(fā)生線2直導(dǎo)線3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的根本理論機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分類運(yùn)動(dòng)性質(zhì)分類直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)功能分類成形運(yùn)動(dòng)完成工件待加工外表幾何形狀的生成和金屬切除任務(wù)的運(yùn)動(dòng)非成形運(yùn)動(dòng)切入運(yùn)動(dòng)〔刀具切入工件〕分度運(yùn)動(dòng)〔工件與加工工具按給定的角度或長(zhǎng)度間隔的相對(duì)運(yùn)動(dòng)〕輔助運(yùn)動(dòng)〔刀具的接近、退刀、返回等〕調(diào)整運(yùn)動(dòng)〔調(diào)整刀具與工件相對(duì)位置或方向〕控制運(yùn)動(dòng)〔一些操縱運(yùn)動(dòng)〕運(yùn)動(dòng)關(guān)系分類獨(dú)立運(yùn)動(dòng)復(fù)合運(yùn)動(dòng)〔運(yùn)動(dòng)之間嚴(yán)格運(yùn)動(dòng)關(guān)系,如車螺紋時(shí)工件主軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與刀具的縱向直線運(yùn)動(dòng),通過內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)系統(tǒng)或數(shù)控聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)〕3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的根本理論機(jī)床的成形運(yùn)動(dòng)按照速度、動(dòng)力消耗可分為:主運(yùn)動(dòng)〔速度高、動(dòng)力消耗大〕進(jìn)給運(yùn)動(dòng)〔速度低、消耗動(dòng)力小〕按照其完成的功能分:主運(yùn)動(dòng)〔完成金屬的切除,也叫切削運(yùn)動(dòng)〕車削時(shí)工件主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);銑削時(shí)銑刀主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);磨削時(shí)砂輪主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)〔工件回轉(zhuǎn)不是〕;滾齒時(shí)滾刀主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)形狀創(chuàng)成運(yùn)動(dòng)〔實(shí)現(xiàn)外表幾何形狀的生成,即母線和導(dǎo)線的生成〕結(jié)合上一個(gè)圖片講解點(diǎn)刃車削外圓,直母線需要f〔進(jìn)給〕,圓導(dǎo)線要需要n(主運(yùn)動(dòng)〕;寬刃車削短外圓,直母線無需運(yùn)動(dòng),圓導(dǎo)線需要回轉(zhuǎn)n(主運(yùn)動(dòng)〕;縱向磨削外圓,直母線需要f〔進(jìn)給〕,圓導(dǎo)線需要n(主運(yùn)動(dòng)〕;相切法銑削,直母線1需要回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)n〔主運(yùn)動(dòng)〕,圓導(dǎo)線需要f1和f2(進(jìn)給〕軌跡法長(zhǎng)銑削,直母線需要回轉(zhuǎn)n〔主〕和f(進(jìn)給〕,圓導(dǎo)線需回轉(zhuǎn)〔成形〕滾齒時(shí),漸開線母線需n1和n2展成,直導(dǎo)線需要直線運(yùn)動(dòng)f3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的根本理論

3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的根本理論機(jī)床的運(yùn)動(dòng)原理圖將運(yùn)動(dòng)功能式用符合和圖形表達(dá)出來。比運(yùn)動(dòng)功能式更為直觀,全面。包含:機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軸個(gè)數(shù)、形式及排列順序;兩個(gè)末端執(zhí)行器和各運(yùn)動(dòng)軸的空間相對(duì)方位。典型運(yùn)動(dòng)原理圖車床:Cp主運(yùn)動(dòng),ZfXf進(jìn)給運(yùn)動(dòng);具有C軸功能的車床,C可與Z或X復(fù)合成形,如車螺紋或非圓回轉(zhuǎn)面;銑床:Cp主運(yùn)動(dòng),

XfYfZf進(jìn)給運(yùn)動(dòng)刨床:往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)Xp為主運(yùn)動(dòng),直線運(yùn)動(dòng)Yf為進(jìn)給;Za為切入運(yùn)動(dòng)。3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的根本理論典型運(yùn)動(dòng)原理圖〔續(xù)〕數(shù)控外圓磨床:Cp為主運(yùn)動(dòng),Cf、Zf和Xf為進(jìn)給運(yùn)動(dòng);Ba為調(diào)整運(yùn)動(dòng)Xf和Zf復(fù)合,可用蝶形砂輪磨削長(zhǎng)圓錐面或任意形狀回轉(zhuǎn)面;Cf與Zf復(fù)合可磨削螺旋面;長(zhǎng)軸縱向進(jìn)給磨削時(shí),Xf為Xa,是切入運(yùn)動(dòng);〔用進(jìn)給運(yùn)動(dòng)符號(hào)表示)搖臂鉆床:Cp是主運(yùn)動(dòng),Zf進(jìn)給運(yùn)動(dòng);XaZaCa都是調(diào)整運(yùn)動(dòng)鏜床:Cp是主運(yùn)動(dòng),Zf1和Zf2分別是鏜孔時(shí)工件與鏜桿的進(jìn)給運(yùn)動(dòng);Yf是刀具徑向進(jìn)給,Ba是分度運(yùn)動(dòng),Xa及Ya是調(diào)整運(yùn)動(dòng)〔也可進(jìn)給以銑削平面〕3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的根本理論典型運(yùn)動(dòng)原理圖〔續(xù)〕滾齒機(jī)床:Cp是主運(yùn)動(dòng),Cf和Zf是進(jìn)給運(yùn)動(dòng);兩個(gè)C復(fù)合創(chuàng)成漸開線Cf與Zf復(fù)合創(chuàng)成螺旋導(dǎo)線,可加工斜齒輪;Ba為調(diào)整運(yùn)動(dòng),調(diào)整刀具的安裝角,使刀具與工件齒向一致;直線運(yùn)動(dòng)Ya徑向切入運(yùn)動(dòng),徑向進(jìn)給法加工渦輪時(shí),Ya為進(jìn)給;有的還有Za滾刀的軸向躥刀運(yùn)動(dòng),〔加工渦輪時(shí),為徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)〕插齒:Zp是主運(yùn)動(dòng);Cf1與Cf2進(jìn)給,復(fù)合創(chuàng)成漸開線;Ya切入運(yùn)動(dòng)3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的根本理論典型運(yùn)動(dòng)原理圖〔續(xù)〕直齒錐齒輪刨齒機(jī)Zp刨刀主運(yùn)動(dòng),Cf與Cf復(fù)合展成,Ca是分度運(yùn)動(dòng),Za趨近退離;Ba調(diào)整,使刀具運(yùn)動(dòng)方向與工件齒根平行。弧齒錐齒輪銑齒機(jī)Cp銑刀回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng),Cf搖架的擺動(dòng);Cf工件回轉(zhuǎn)兩個(gè)Cf復(fù)合展成;Ca是工件分度運(yùn)動(dòng);Za趨近與退離;Ba是調(diào)整運(yùn)動(dòng)關(guān)于運(yùn)動(dòng)的分配——四種銑床3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)的根本理論運(yùn)動(dòng)功能分配設(shè)計(jì)〔進(jìn)一步明確運(yùn)動(dòng)功能〕根底支承件尚不明確,即“接地〞不明確接地用符號(hào)“.〞表示,“.〞左側(cè)由工件完成;右側(cè)刀具完成。如W/Xf,Zf,Yf,Cp/T的運(yùn)動(dòng)分配有:W/Xf,Zf,Yf,Cp/T〔龍門銑床、落地鏜銑床〕W/XfZf,Yf,Cp/T臥式立柱移動(dòng)式銑床W/Xf,ZfYf,Cp/T〔立式炮塔銑床〕W/Xf,Zf,YfCp/T〔立式升降臺(tái)式銑床〕看刀具和工件的尺寸及質(zhì)量誰大,誰承擔(dān)的運(yùn)動(dòng)就相對(duì)少;機(jī)床傳動(dòng)原理圖〔傳動(dòng)關(guān)系,將動(dòng)力源與執(zhí)行件,各執(zhí)行件之間的運(yùn)動(dòng)及關(guān)系同時(shí)表達(dá)出來〕看書上的圖即可;A表示直線運(yùn)動(dòng);B表示回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);uv表示主傳動(dòng)比;uf表示進(jìn)給傳動(dòng)比;ui表示內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)比。3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)根本理論——精度幾何精度空載條件下,不運(yùn)動(dòng)或運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí),機(jī)床主要獨(dú)立部件的:形狀〔直線度、平面度〕相互位置〔平行度、垂直度、重合度、等距度、角度〕;旋轉(zhuǎn)位移精確程度〔徑向圓跳動(dòng)、周期性軸向竄動(dòng)、端面圓跳動(dòng)〕等是評(píng)價(jià)機(jī)床質(zhì)量的根本指標(biāo),決定于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造裝配質(zhì)量如(EZZ/EXZ/EYZ)Z坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)部件在各方向位置偏差;(ECZEBZEAZ)Z坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)部件繞ZYX軸的角度偏差;運(yùn)動(dòng)精度機(jī)床空載并以工作速度運(yùn)動(dòng)時(shí),執(zhí)行部件的幾何位置精度傳動(dòng)精度機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)各末端執(zhí)行件之間運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性和均勻性。傳統(tǒng)機(jī)床受傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)元件的制造裝配精度影響;數(shù)控機(jī)床受電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)軌等元件精度、驅(qū)動(dòng)器及控制器影響3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)根本理論——精度定位精度機(jī)床的定位部件到達(dá)規(guī)定位置的精度受構(gòu)件與控制系統(tǒng)精度、剛度、動(dòng)態(tài)特性影響。重復(fù)定位精度機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件在相同條件下,用相同的方法重復(fù)定位時(shí),位置的一致程度。還受到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的反向間隙影響。工作精度加工規(guī)定的試件,用試件的加工精度表示機(jī)床的工作精度。影響因素有:機(jī)床自身精度、剛度、熱變形、刀具、夾具、工件的剛度及熱變形等。精度保持性在規(guī)定的工作期間內(nèi),保持機(jī)床所要求的精度。影響因素是:磨損。具體:結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝、材料、熱處理、潤(rùn)滑等3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)根本理論——?jiǎng)偠葎偠戎笝C(jī)床受載時(shí)抵抗變型的能力,用:K=F/y表示,K為剛度〔N/um);F為載荷;y為機(jī)床變形量〔um〕載荷:重力、夾緊力、切削力、傳動(dòng)力、摩擦力、沖擊振動(dòng)等。靜載荷〔根本不隨時(shí)間變化〕——?靜剛度〔一般代表機(jī)床剛度〕動(dòng)載荷〔隨時(shí)間變化〕——?動(dòng)剛度〔抗振性〕機(jī)床由眾多構(gòu)件和柔性接合部組成整機(jī)剛度的50%取決于接合部剛度;整機(jī)阻尼的50%-80%來自接合部阻尼設(shè)計(jì)要點(diǎn)提高各部件剛度;接合部剛度及各部件間剛度的匹配各部件對(duì)整機(jī)剛度奉獻(xiàn)不同,所以需要?jiǎng)偠鹊暮侠矸峙渑c優(yōu)化。3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)根本理論——振動(dòng)振動(dòng)抵抗受迫振動(dòng)〔來自內(nèi)部或外部〕受迫振動(dòng)頻率與振源激振力的頻率相同,振幅還與機(jī)床剛度阻尼有關(guān)機(jī)床是多自由度復(fù)雜振動(dòng)系統(tǒng),具有多個(gè)固有頻率某個(gè)固有頻率下自由振動(dòng)時(shí),各點(diǎn)振幅的比值稱為“主振型〞一階主振型——最低固有頻率的主振型機(jī)床的振動(dòng)是各階主振型的合成一般只考慮幾個(gè)低階振型,如整機(jī)搖擺、一階彎曲、扭轉(zhuǎn)等。自激振動(dòng)發(fā)生在刀具與工件間的一種相對(duì)振動(dòng),由切削過程與機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性之間的相互作用產(chǎn)生,與機(jī)床系統(tǒng)的固有頻率接近。一般認(rèn)為加工過程中的擾動(dòng)因素引起〔機(jī)理不清晰〕,切削力越大,振動(dòng)越劇烈影響振動(dòng)的主要因素機(jī)床的剛度:構(gòu)件的材料選擇、截面形狀、尺寸、肋板分布等;機(jī)床的阻尼:提高阻尼可減少振動(dòng)。提高接合部阻尼〔其占70-90%)機(jī)床系統(tǒng)固有頻率:遠(yuǎn)離激振頻率〔預(yù)測(cè)各階固有頻率及激振頻率〕3.1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)根本理論——熱噪穩(wěn)熱變形熱變形引起誤差最大可占全部誤差70%逐漸熱平衡,較為穩(wěn)定的溫度場(chǎng),需分析溫度場(chǎng)措施:減少發(fā)熱,加快散熱、熱均衡、溫度自動(dòng)補(bǔ)償及隔熱等。噪聲用分貝度量機(jī)械噪聲、液壓噪聲、電磁噪聲、空氣動(dòng)力噪聲低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性低速爬行〔主動(dòng)件低速運(yùn)動(dòng)時(shí),從動(dòng)件時(shí)快時(shí)慢甚至停止〕原因:摩擦引起自激振動(dòng),摩擦系數(shù)變化及剛度缺乏措施:減少靜、動(dòng)摩擦系數(shù)差提高機(jī)構(gòu)剛度;降低移動(dòng)件的質(zhì)量3.2金屬切削機(jī)床總體設(shè)計(jì)——型譜根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15375-94,按加工性質(zhì)和所用刀具的不同,機(jī)床可分為12大類:CA6140,C:類別代號(hào)〔床類〕A:結(jié)構(gòu)性代號(hào)〔A結(jié)構(gòu)〕6:組別代號(hào)〔臥式車床組〕1:系別代號(hào)〔普通車床系〕40:主參數(shù)代號(hào)〔最大回轉(zhuǎn)直徑400mm〕型譜需要在國(guó)標(biāo)主參數(shù)根本系列的根底上,進(jìn)一步根據(jù)需求制定變型系列型譜類別車床鉆床鏜床磨床齒輪加工機(jī)床螺紋加工機(jī)床銑床刨床拉床電加工機(jī)床鋸床其它機(jī)床代號(hào)CZTM2M3MYSXBLDGQ讀音車鉆鏜磨磨磨牙絲銑刨拉電割其3.2金屬切削機(jī)床總體設(shè)計(jì)——功能設(shè)置工藝分析大批量與小批量加工的區(qū)別大批量:機(jī)床專業(yè)化,工序流水化;小批量,工序集中,機(jī)床功能要求多。根據(jù)生產(chǎn)率、加工精度、機(jī)床制造本錢、操作維護(hù)程度等決定機(jī)床工藝范圍選擇。運(yùn)動(dòng)功能設(shè)置分析式法:參考同類型機(jī)床運(yùn)動(dòng)功能,分析后提出方案,并仿真解析式設(shè)計(jì)法:解析法求出所有可能方案,仿真評(píng)定寫出機(jī)床運(yùn)動(dòng)功能式、畫出機(jī)床運(yùn)動(dòng)原理圖。3.2金屬切削機(jī)床總體設(shè)計(jì)——總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布局設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)布局:立式、臥式、斜置式;根底支承件:底座式、立柱式、龍門式等支承件結(jié)構(gòu):一體式、別離式等評(píng)價(jià)依據(jù):定性分析機(jī)床的剛度、占地面積、與物流系統(tǒng)的可接近性等因素,得到圖示五軸鏜銑床結(jié)構(gòu)布局形態(tài)圖機(jī)床總體結(jié)構(gòu)的概略形狀與尺寸設(shè)計(jì)〔圖2-10或3-10〕確定末端執(zhí)行件的概略形狀與尺寸;設(shè)計(jì)末端執(zhí)行器與下一功能部件的接合部(形狀與概略尺寸〕根據(jù)導(dǎo)軌接合部確定下一功能部件的概略形狀與尺寸;重復(fù)上述過程,直到根底支承件〔底座、立柱、床身〕設(shè)計(jì)完畢進(jìn)行機(jī)床結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì),進(jìn)行模塊提取與設(shè)置造型與色彩設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)方案的綜合評(píng)價(jià)3.2金屬切削機(jī)床總體設(shè)計(jì)——主要參數(shù)

3.2金屬切削機(jī)床總體設(shè)計(jì)——主要參數(shù)主軸轉(zhuǎn)速算例〔參書,解釋〕主軸轉(zhuǎn)速的合理排列〔分布減速比例〕有級(jí)的采用公比,n1=nmin;n2=n1*;n3=n1**…………相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率:A=(n-nj)/n最大的相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率:Amax=(nj+1-nj)/nj+1公比分配是為了各級(jí)的最大相對(duì)轉(zhuǎn)速損失率相同也可采用兩端公比大,中間公比小的混合公比轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)公比和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列在1與2之間,轉(zhuǎn)速數(shù)列呈10倍比關(guān)系,2倍比關(guān)系。表2-4給出了1.06、1.12、1.26等負(fù)荷要求的標(biāo)準(zhǔn)公比;表2-5給出了1.06為公比的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列(舉例設(shè)計(jì)=1.26的公比〕公比的選擇依據(jù)根據(jù)切削時(shí)間、輔助時(shí)間的比例進(jìn)行選擇如通用機(jī)床,一般取1.26或1.41;大批量專用取1.12或1.26;非自動(dòng)小型化機(jī)床,可取1.58、1.78甚至2,以簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)。3.2金屬切削機(jī)床總體設(shè)計(jì)——主要參數(shù)變速范圍Rn,公比和級(jí)數(shù)Z之間的關(guān)系Rn=nmax/nmin(變速范圍〕=Z-1進(jìn)給量確實(shí)定〔第二個(gè)方面〕進(jìn)給量方式:無級(jí)變速〔數(shù)控或普通〕、有級(jí)變速。有級(jí)變速的方式:與轉(zhuǎn)速序列一樣的等級(jí)級(jí)數(shù);與螺紋導(dǎo)程一樣的等差級(jí)數(shù)〔如螺紋車、螺紋銑、刨床、插床〕變速形式與驅(qū)動(dòng)方式選擇〔第三個(gè)方面〕零傳動(dòng)直線電機(jī)與傳統(tǒng)的“旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)+滾珠絲杠〞的驅(qū)動(dòng)方式的比照直線電機(jī):速度300米/分鐘加速度:10g定位精度可達(dá)0.1μm價(jià)格及能耗高

滾珠絲杠:速度120米/分鐘加速度:1.5g定位精度最高2-5μm價(jià)格及能耗近半

3.2金屬切削機(jī)床總體設(shè)計(jì)——主要參數(shù)動(dòng)力參數(shù)〔機(jī)床驅(qū)動(dòng)的各種電動(dòng)機(jī)功率或轉(zhuǎn)矩)主電動(dòng)機(jī)功率:P主=P切+P空+P輔P切=Fz*v/60*1000P空=Kd平均*〔ni+Cn主〕/955000(W=P*1000N*m=2π*n/60*M)P輔=P切/機(jī)床-P切〔一般〔回轉(zhuǎn)〕;〔直線〕〕P額=P主/K進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)何用一個(gè)電動(dòng)機(jī),約占3%-20%;工作進(jìn)給與快速進(jìn)給合用一個(gè)電動(dòng)機(jī)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)P進(jìn)=F*v進(jìn)/60*1000*進(jìn)快速運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)功率〔克服慣量〕P快=P慣+P摩;P慣=M慣*n/9550;M慣=J*/t第3堂課完畢3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系構(gòu)成動(dòng)力源、變速裝置、執(zhí)行件〔主軸、刀架、工作臺(tái)〕、開停、轉(zhuǎn)向及制動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。主傳動(dòng)系分類按主電動(dòng)機(jī)類型交流電動(dòng)機(jī)單速交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)〔多速交流電動(dòng)機(jī)、無級(jí)調(diào)速交流電動(dòng)機(jī)〕直流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置類型機(jī)械、液壓、電氣及組合等。變速連續(xù)性分級(jí)變速傳動(dòng)〔滑移齒輪變速、交換齒輪變速和離合器變速〕無級(jí)變速傳動(dòng)〔機(jī)械〔傳統(tǒng)〕、液壓〔直線運(yùn)動(dòng)〕、電氣〔趨勢(shì)〕〕3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——傳動(dòng)方式集中傳動(dòng)方式全部傳動(dòng)和變速機(jī)構(gòu)集中在一個(gè)主軸箱內(nèi)〔緊湊但熱、振動(dòng)影響〕別離傳動(dòng)方式主軸箱內(nèi)僅有主軸組件和背輪機(jī)構(gòu)3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——傳動(dòng)系圖與轉(zhuǎn)速圖分級(jí)變速主傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)步驟:據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù),擬定結(jié)構(gòu)式、轉(zhuǎn)速圖,合理分配各傳動(dòng)副傳動(dòng)比,確定齒輪齒數(shù)和帶輪直徑等,繪制主變速傳動(dòng)系圖。3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式〔詳細(xì)闡述此圖,預(yù)計(jì)半小時(shí)〕表征傳動(dòng)系的設(shè)計(jì)方案Z=〔Pa〕Xa〔Pb〕Xb〔Pc〕Xc…(Pi)XiPi表示傳動(dòng)副數(shù);Xi表示各變速組的級(jí)比指數(shù)即〔相鄰兩傳動(dòng)線與從動(dòng)軸交點(diǎn)之間相距的格數(shù)〕如右圖:12=312326根本組〔末端輸出連續(xù)等比指數(shù)〕必須有一個(gè)變速組的級(jí)比指數(shù)為1擴(kuò)大組第一擴(kuò)大組,第二擴(kuò)大組

3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——變速范圍及極限傳動(dòng)比變速范圍Ri=〔umax〕i/〔umin〕I根本組的變速范圍〔上圖〕:R0=ua1/ua3=1/-2各擴(kuò)大組的變速范圍Ri=Xi〔Pi-1〕每一組的傳動(dòng)比中,可有升速,有降速降速的最小傳動(dòng)比umin1/4〔防止從動(dòng)齒輪過大〕升速的最大傳動(dòng)比umax2(防止擴(kuò)大傳動(dòng)誤差,減少振動(dòng)噪音〕所以每一組傳動(dòng)比的最大變速范圍一般在8-10以內(nèi)進(jìn)給傳動(dòng)鏈umax可在2.8以內(nèi);umin可小至1/5;總體在14以內(nèi)為宜。檢查變速范圍一般檢查最后一級(jí)即可;最后擴(kuò)大組的傳動(dòng)副一般取為2比較適宜。否那么因?yàn)槠浼?jí)比指數(shù)大,傳動(dòng)副假設(shè)過多,那么容易超過變速范圍3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——主變速傳動(dòng)系原那么傳動(dòng)副前多后少的原那么前面高速;后面低速轉(zhuǎn)矩大。12=3*2*2就比較好一點(diǎn);傳動(dòng)順序與擴(kuò)大順序相一致的原那么12=31*23*2612=32*21*2612=34*21*22等六種方案如下圖方案中,II軸的最低轉(zhuǎn)速不一樣,轉(zhuǎn)速越低,齒輪越大。變速組降速要前慢后快,中間軸轉(zhuǎn)速不宜超過電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為使中間軸轉(zhuǎn)速相對(duì)較高。U1min?u2min?u3min原那么靈活把握如采用離合器如雙速電動(dòng)機(jī)等3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——主變速傳動(dòng)系原那么轉(zhuǎn)速圖中傳動(dòng)比的分配例子:設(shè)計(jì)一個(gè)12級(jí)的車床主傳動(dòng)系統(tǒng),公比=1.41,主軸最高轉(zhuǎn)速為1440r/min,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min。電動(dòng)機(jī)與主軸箱之間采用帶傳動(dòng),請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì):因Rn=nmax/nmin=z-1,Z=12采用結(jié)構(gòu)式:12=312326最低轉(zhuǎn)速nmin=1440/1.4111速比可按下式分配各級(jí)齒輪速比為:〔前慢后快〕一級(jí)齒輪降速比為1.412二級(jí)齒輪降速比為1.412一級(jí)齒輪降速比為1.413一級(jí)齒輪降速比為1.4143.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——幾種特殊設(shè)計(jì)1〕多速電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)一般有雙速或三速電動(dòng)機(jī)〔750/15001500/3000750/1500/3000)變速范圍2-4,級(jí)比為2;〔1000/1500750/1000/1500)變速范圍為1.5-2,級(jí)比為當(dāng)電動(dòng)機(jī)變速范圍為2時(shí),變速傳動(dòng)系的公比應(yīng)是2的整數(shù)次方根如公比為1.26是3次方根,根本組傳動(dòng)副數(shù)應(yīng)為3;如公比為1.41是2次方根,根本組傳動(dòng)副數(shù)應(yīng)為2.如圖,多刀版自動(dòng)車床,電動(dòng)機(jī)變速范圍是2,轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù)8級(jí),公比1.41結(jié)構(gòu)式為8=222124中間為根本級(jí)3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——幾種特殊設(shè)計(jì)2〕具有交換齒輪的變速系很少需要變速的場(chǎng)合。交換齒輪、雙聯(lián)滑移齒輪3〕采用公用齒輪的變速系既是主動(dòng),又是后一級(jí)的從動(dòng)減少齒輪數(shù),簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu),縮短軸向尺寸;兩個(gè)變速組的模數(shù)必須相同;彎曲應(yīng)力對(duì)稱循環(huán),所以許用應(yīng)力較低;盡量選擇較大的齒輪作為公用齒輪以下圖畫斜線的兩個(gè)齒輪為公用齒輪。3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——擴(kuò)大傳動(dòng)系變速范圍〔原因〕主變速傳動(dòng)系的最后一個(gè)擴(kuò)大組的變速范圍是:Rj=xj〔Pj-1〕,其中xj=P0P1…P(j-1)假設(shè)總變速級(jí)數(shù)為Z,那么Z=P0P1…P(j-1)Pj通常來說,最后一級(jí)擴(kuò)大組的變速級(jí)數(shù)Pj=2所以,最后擴(kuò)大組的變速范圍是:Rj=Z/2每一級(jí)的極限傳動(dòng)比R小于等于8=1.416=1.269所以,如果=1.41,那么總變數(shù)級(jí)數(shù)小于等于12相應(yīng)而言,最大可達(dá)變速范圍Rn=1.4111=45如果=1.26,那么總變數(shù)級(jí)數(shù)小于等于18相應(yīng)而言,最大可達(dá)變速范圍Rn=1.2617=50對(duì)通用性機(jī)床的變速范圍要求在140-200〔不滿足〕3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——擴(kuò)大傳動(dòng)系變速范圍方法1:增加變速組如上頁(yè),原來的末級(jí)變速組已達(dá)極限變速范圍;如新增的變速組級(jí)比指數(shù)再擴(kuò)大,那么變速范圍太大,無法實(shí)現(xiàn)。24=312326212太大,所以最后一級(jí)需要委曲求全,級(jí)比指數(shù)仍取6所以,傳動(dòng)系的變速級(jí)數(shù)為:3*2*〔2*2-1〕=18級(jí)〔有一個(gè)重復(fù)的〕結(jié)構(gòu)式可寫為:18=3123〔2626-1〕見黑板畫圖方法2:采用背輪機(jī)構(gòu)〔擴(kuò)大傳動(dòng)比〕最大擴(kuò)16倍,需要脫離哦方法3:采用雙公比傳動(dòng)系統(tǒng)〔見圖20〕中段公比小,上下段用大公比根本組的級(jí)比指數(shù)變?yōu)?+2n方法4:采用分支傳動(dòng)〔見圖2-15〕增加并聯(lián)機(jī)構(gòu),前4級(jí)18=2133〔2626-1〕。五軸-六軸26/58平移;三軸——六軸增加一個(gè)升速傳動(dòng)副63/50,增加了6級(jí)高轉(zhuǎn)速3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——分支機(jī)構(gòu)及典型3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——齒輪齒數(shù)確實(shí)定確定完傳動(dòng)比后,需進(jìn)一步確定齒輪齒數(shù)標(biāo)準(zhǔn)表格提供了“標(biāo)準(zhǔn)公比〞整數(shù)次方對(duì)應(yīng)的“齒數(shù)和〞“小齒輪齒數(shù)〞齒數(shù)和的選取很關(guān)鍵:齒數(shù)和與模數(shù)合并,決定了中心距;中心距取決于傳遞扭矩的大小;一個(gè)變速箱內(nèi)齒輪模數(shù)最好一樣,所以越后面變速組,中心距越大。選擇方式:按傳遞扭矩要求初選中心距;設(shè)定齒輪模數(shù),算出齒數(shù)和;然后對(duì)表查詢。假設(shè)采用“三聯(lián)滑移齒輪〞,那么需要相鄰齒輪的齒數(shù)差大于等于4.要驗(yàn)算實(shí)際傳動(dòng)比與理論傳動(dòng)比之間誤差。也可選擇齒數(shù)和不等,但差很小的變位齒輪方法。如嫌60太小,72又太大;那么三聯(lián)中的1、3傳動(dòng)副可選66;2傳動(dòng)副選673.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——計(jì)算轉(zhuǎn)速機(jī)床的功率轉(zhuǎn)矩特性〔確定用來計(jì)算的扭矩與相應(yīng)轉(zhuǎn)速〕背吃刀量與進(jìn)給量不變的情況下,切削速度對(duì)切削力影響較小主運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)的主軸,主傳動(dòng)根本是恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng);主運(yùn)動(dòng)是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),主軸轉(zhuǎn)矩與工件或銑刀直徑成正比,而轉(zhuǎn)速選擇那么與直徑成反比,所以根本是恒功率傳動(dòng)。計(jì)算轉(zhuǎn)速主軸或各傳動(dòng)件傳遞全部功率的最低轉(zhuǎn)速就是計(jì)算轉(zhuǎn)速Nmax——Nj,T增加;P根本不變。Nj——Nmin,T不變,P降低。III軸185r/minII軸315-90315-345〔傳功〕齒輪的校核小齒輪的計(jì)算轉(zhuǎn)速3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——變速箱內(nèi)傳動(dòng)系布置傳動(dòng)軸的空間布置機(jī)床的總體布局對(duì)變速箱形狀與尺寸的限制;各軸受力情況及支撐情況;裝配調(diào)整與操作維修銑床變速箱就是立式床身;搖臂鉆床變速箱在搖臂上移動(dòng),所以軸向短,橫截面大;臥式車床那么位于床身上面,矩形空間布置順序:先確定主軸位置;與主軸之間嚙合的軸的位置;電動(dòng)機(jī)軸或輸入軸的位置3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——變速箱內(nèi)傳動(dòng)系布置傳動(dòng)軸的軸向固定小結(jié)——金屬切削機(jī)床總體及主運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)系列型譜的制定運(yùn)動(dòng)功能設(shè)置〔寫出運(yùn)動(dòng)功能式、畫出機(jī)床運(yùn)動(dòng)原理圖〕總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)〔確定參考型式,概略尺寸設(shè)計(jì)等〕主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)〔Nmax,Nmin,,Rn,fmax,fmin,P主〕主傳動(dòng)系型式選擇〔分級(jí)、無級(jí)、電機(jī)類型等〕擬定轉(zhuǎn)速圖和結(jié)構(gòu)式變速范圍、極限傳動(dòng)比、布置原那么、特殊設(shè)計(jì)方法、擴(kuò)大變速范圍等齒輪齒數(shù)確實(shí)定〔齒數(shù)和、小齒數(shù)〕確定計(jì)算轉(zhuǎn)速,明確校核扭矩等變速箱內(nèi)傳動(dòng)件的布置畫圖3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——無級(jí)變速CVT(ContinuousVariableTransmission)速比變換器的根本組成和原理

(a)低速〔傳動(dòng)比大〕(b)高速〔傳動(dòng)比小〕

1-主動(dòng)鏈輪裝置2-從動(dòng)鏈輪裝置3-動(dòng)力輸出4-動(dòng)力輸入5-傳動(dòng)鏈條在每組錐形輪中有一個(gè)錐形輪可以軸向移動(dòng)兩組錐形輪必須保持協(xié)調(diào)相同的調(diào)整,以保證鏈條始終處于張緊狀態(tài)。

飛輪減振裝置倒檔離合器輔助減速齒輪檔傳動(dòng)鏈變速器行星齒輪系液壓控制單元前進(jìn)檔離合器變速箱控制單元3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——無級(jí)變速變速器錐面鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)壓塊鏈節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)壓塊轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——無級(jí)變速——鏈輪及轉(zhuǎn)動(dòng)塊傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)采用雙轉(zhuǎn)動(dòng)壓塊,在傳動(dòng)鏈轉(zhuǎn)曲過程中,轉(zhuǎn)動(dòng)壓塊之間形成滾動(dòng)摩擦,動(dòng)力損失和磨損降低至最小。傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)采用不等長(zhǎng)鏈節(jié),可防止共振并降低轉(zhuǎn)動(dòng)噪音。輸入軸太陽(yáng)輪行星齒輪行星齒輪行星齒輪支架行星齒輪支架行星齒輪行星齒輪齒圈輸出軸前進(jìn)檔離合器前進(jìn)檔離合器倒檔離合器殼體齒圈倒檔離合器殼體3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——無級(jí)變速——行星齒輪系3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)系3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——功率圖缺失舉例主電機(jī):額定1500,最高4000,恒功率變速4/1.5=2.67主軸恒功率變速范圍:RnN=nmax/nj=4000/254=15.7變速箱的公比

=5.95,缺口處功率僅為2.67*18.5/5.95=8.3kw3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——其他趨勢(shì)數(shù)控機(jī)床主傳動(dòng)速度越來越高——電主軸機(jī)床部件標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化多個(gè)主軸——加工中心并聯(lián)機(jī)床剛度好,解耦難〔運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算復(fù)雜〕3.3主傳動(dòng)系設(shè)計(jì)——其他趨勢(shì)-電主軸用變頻電機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式,即變頻電機(jī)的空心轉(zhuǎn)子與機(jī)床主軸零件直接過盈套裝在一起成為一體,帶冷卻套的定子裝配在主軸單元的殼體內(nèi)直接與機(jī)床連接,成為一種集成式電機(jī)主軸。電機(jī)的轉(zhuǎn)子

就是機(jī)床的主軸;機(jī)床主軸單元的殼體

就是電機(jī)座傳統(tǒng)鋼制球軸承高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)將產(chǎn)生巨大的離心力和陀螺力矩,受到一定限制。氮化硅陶瓷軸承轉(zhuǎn)速高、溫升低、等優(yōu)良特性,顯著提高電主軸轉(zhuǎn)速、剛度和壽命。磁浮軸承是利用可控電磁力作用將轉(zhuǎn)軸懸浮于空間,可到達(dá)極高的轉(zhuǎn)速。機(jī)械磨損小、噪聲小、壽命長(zhǎng)、無需潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)速高、功率大等特點(diǎn),但是其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、電磁污染、控制難度高。氣體靜壓軸承摩擦系數(shù)和摩擦力矩很小,氣體軸承可以在最清潔的狀態(tài)下工作,具有冷態(tài)工作的特點(diǎn),運(yùn)動(dòng)精度高。3.4——進(jìn)給傳動(dòng)系設(shè)計(jì)3.4——進(jìn)給傳動(dòng)系設(shè)計(jì)機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)系恒轉(zhuǎn)矩傳動(dòng)〔不同進(jìn)給量,切削力大致相同,進(jìn)給力相同)所以,設(shè)計(jì)規(guī)律與主傳動(dòng)系略有不同1〕擴(kuò)大順序與傳動(dòng)順序不一致;2〕進(jìn)給傳動(dòng)系的變速范圍可接近14;3〕末端常采用降速很大機(jī)構(gòu),如:渦輪我按、絲杠螺母、行星機(jī)構(gòu)一般有快速空程傳動(dòng)機(jī)構(gòu)如超越離合器、差動(dòng)機(jī)構(gòu)、電氣伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)1um以上的,蝸桿傳動(dòng)、絲杠螺母、導(dǎo)軌滑塊、齒輪齒條等;1um以下的:彈性力傳動(dòng)、磁致伸縮、電致伸縮、熱應(yīng)力傳動(dòng)等電氣伺服進(jìn)給系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)、直流伺服、交流伺服、直線伺服等齒輪傳動(dòng)間隙消除〔圖2-45〕絲杠螺母機(jī)構(gòu)〔圖2-46〕3.5——CA6140車床的傳動(dòng)線路剖析本節(jié)目的:通過主運(yùn)動(dòng)與各進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的剖析,深入理解傳動(dòng)線路設(shè)計(jì)3.5——典型車床的運(yùn)動(dòng)系剖析——主運(yùn)動(dòng)正轉(zhuǎn):高速段:2*3=6種轉(zhuǎn)速低速:2*3*2*2=24種〔重復(fù)〕實(shí)際低速:2*3*〔2*2-1〕=18種總轉(zhuǎn)速段:2*3*〔1+〔2*2-1〕〕=24反轉(zhuǎn): 3*〔1+〔2*2-1〕=12級(jí)轉(zhuǎn)速〕3.5——典型車床的運(yùn)動(dòng)系剖析——進(jìn)給進(jìn)給運(yùn)動(dòng)鏈?zhǔn)鞘沟都軐?shí)現(xiàn)縱向或橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈的兩執(zhí)行件為主軸和刀架。運(yùn)動(dòng)由電動(dòng)機(jī)經(jīng)主運(yùn)動(dòng)-主軸-進(jìn)給箱傳至刀架,使得刀架帶著車刀實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給、橫向進(jìn)給、車削螺紋。從進(jìn)給箱傳出的運(yùn)動(dòng)分兩條路線:一條經(jīng)絲杠傳動(dòng),此為車螺紋的傳動(dòng)路線;車螺紋時(shí),主軸和刀架之間有嚴(yán)格的運(yùn)動(dòng)關(guān)系,傳動(dòng)鏈屬于內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈;一條經(jīng)光杠傳動(dòng),此為機(jī)動(dòng)進(jìn)給路線。車圓柱面和端面時(shí),主軸和刀架之間無嚴(yán)格運(yùn)動(dòng)關(guān)系,屬于外聯(lián)系傳動(dòng)鏈。車螺紋時(shí),必須保證主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),刀具準(zhǔn)確移動(dòng)被加工螺紋一個(gè)導(dǎo)程〔螺距〕的距離。螺紋進(jìn)給傳動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)平衡式:u---從主軸到絲杠之間的總傳動(dòng)比;S---機(jī)床絲杠的導(dǎo)程,CA6140型車床的S=12mm;P---被加工螺紋的導(dǎo)程〔mm〕。1主軸表示主軸轉(zhuǎn)一圈3.5——典型車床的運(yùn)動(dòng)系剖析——車螺紋CA6140的螺紋進(jìn)給傳動(dòng)鏈任務(wù):①保證機(jī)床可車削公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)制四種標(biāo)準(zhǔn)螺紋;②還可以車削大導(dǎo)程〔螺距〕;③非標(biāo)準(zhǔn);④較精密的螺紋。這些螺紋可以是右旋的,也可以是左旋的。螺紋種類

螺距參數(shù)

螺距/mm

導(dǎo)程/mm公制

螺距P/mmPL=kP模數(shù)制

模數(shù)m/mmPm=

mLm=k

m英制

每英寸牙數(shù)

a/(牙.in-1)Pa=25.4/aLa=25.4k/a徑節(jié)制徑節(jié)DP/(牙.in

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