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目 錄
第1章 緒論 1
第2章 機械工藝規(guī)程設(shè)計 3
2.1設(shè)計工藝規(guī)程的內(nèi)容及步驟 3
2.1.1熟悉原始資料對零件進行工藝分析 4
2.1.2定為基準的選擇 5
2.2計算零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類型 6
2.3選擇毛坯類型和制造方法 7
2.4工藝路線的擬定 7
2.5機械加工余量,毛坯尺寸及工序尺寸的確定 7
2.6確定切削用量及基本時間、輔助時間 9
第3章 鉆夾具設(shè)計 17
3.1夾具設(shè)計分析 17
3.2夾具設(shè)計 18
3.2.1專用夾具設(shè)計的基本要求 18
3.2.2專用夾具的設(shè)計步驟 18
3.2.3.定位基準的選擇 19
第4章 夾具三維造型.....................................................................................20
總結(jié).....................................................................................................................23
參考文獻.............................................................................................................24
第1章 緒 論
1.1概述
培養(yǎng)學(xué)生綜合運用機械制造工程原理課程及專業(yè)課程的理論知識,結(jié)合金工實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識,獨立地分析和解決機械加工工藝問題,初步具備設(shè)計中等復(fù)雜程度零件工藝規(guī)程的能力。能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求,運用夾具設(shè)計的基本原理和方法,學(xué)會擬訂夾具設(shè)計方案,完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計,進一步提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。熟悉并運用有關(guān)手冊、圖表、規(guī)范等有關(guān)技術(shù)資料的能力。進一步培養(yǎng)學(xué)生識圖、制圖、運算和編寫技術(shù)文件的基本技能。
1.2課程設(shè)計目的
學(xué)生通過設(shè)計能獲得綜合運用過去所學(xué)過的全部課程進行機械制造工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本能力,為以后做好畢業(yè)設(shè)計、走上工作崗位進行一次綜合訓(xùn)練和準備。它要求學(xué)生全面地綜合運用本課程及有關(guān)選修課程的理論和實踐知識,進行零件加工工藝規(guī)程的設(shè)計和機床夾具的設(shè)計。其目的是:
(1)培養(yǎng)學(xué)生綜合運用機械制造工程原理課程及專業(yè)課程的理論知識,結(jié)合金工實習(xí)、生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識,獨立地分析和解決機械加工工藝問題,初步具備設(shè)計中等復(fù)雜程度零件工藝規(guī)程的能力。
(2)培養(yǎng)學(xué)生能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求,運用夾具設(shè)計的基本原理和方法,學(xué)會擬訂夾具設(shè)計方案,完成夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計,進一步提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。
(3)培養(yǎng)學(xué)生熟悉并運用有關(guān)手冊、圖表、規(guī)范等有關(guān)技術(shù)資料的能力。
(4)進一步培養(yǎng)學(xué)生識圖、制圖、運算和編寫技術(shù)文件的基本技能。
(5)培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和獨立工作的能力,為畢業(yè)后走向社會從事相關(guān)技術(shù)工作打下良好的基礎(chǔ)。
1.3機械制造與制造技術(shù)
機械制造是各種機械、機床、工具、儀器、儀表制造過程的總稱。機械制造技術(shù)則是研究上述機械產(chǎn)品的加工原理、工藝過程和方法以及相應(yīng)設(shè)備的一門工程技術(shù),也是一門以制造一定質(zhì)量的產(chǎn)品為目標,研究如何以最少的消耗,最低的成本和最高的效率進行生產(chǎn)的綜合技術(shù)。
1.4機械制造過程的組成
根據(jù)“小制造”概念的制造過程定義,制造過程主要是指生產(chǎn)過程,它主要包括以下過程:
(1) 生產(chǎn)技術(shù)準備過程。這個過程主要應(yīng)完成產(chǎn)品投入生產(chǎn)前的各項生產(chǎn)和技術(shù)準備工作。
(2) 毛坯的制造,如鑄造、鍛造和沖壓等。
(3) 零件的加工過程,如機械加工、焊接、鉚接和熱處理等。
(4) 產(chǎn)品的裝配,如部裝、調(diào)試、總裝等。
(5) 產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗。
(6) 各種生產(chǎn)服務(wù),包括原材料、半成品、工具的供應(yīng)、運輸、保管以及產(chǎn)品的油漆、包裝等。
根據(jù)“大制造”概念的制造過程定義,制造過程不僅包含了物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,而且還包含了信息向物質(zhì)的轉(zhuǎn)化,即信息的物化。顯然,這必須通過基于信息的管理和控制來實現(xiàn)。同時,制造過程的輸出不僅是產(chǎn)品,而且還包括為保證產(chǎn)品正常使用所進行的服務(wù)等。
第2章 機械工藝規(guī)程設(shè)計
2.1設(shè)計工藝規(guī)程的內(nèi)容及步驟
2.1.1熟悉原始資料對零件進行工藝分析
零件的作用: CA6140車床是應(yīng)用較為廣泛的機床之一,本次設(shè)計的零件為CA6140的撥叉其是安裝在車床變速箱中,用于調(diào)速之用。
(1) 分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性
零件的結(jié)構(gòu)對機械加工工藝過程的影響很大。實用功能完全相同而結(jié)構(gòu)不同的兩個零件,他們的加工難易程度和制造的成本可能存在很大的差別。對零件進行結(jié)構(gòu)工藝性審查,目的是使其在滿足實用功能的前提下,符合一定的工藝性能指標的要求,一邊在現(xiàn)有的生產(chǎn)條件下能用比較經(jīng)濟、合理的方法將其制造出來。零件的結(jié)構(gòu)工藝性包括其鑄造工藝性、鍛造工藝性、沖壓工藝性、焊接工藝性、熱處理工藝性、切削加工工藝性和裝配工藝性等[3]。
(2) 車床CA6140撥叉的工藝分析
小撥叉零件三維實體建模如圖 2-1。
圖2-1 CA6140小撥叉三維實體模型圖
小撥叉零件圖如圖 2-2。
圖2-2 小撥叉零件圖
從零件圖上看出,它共有四組加工表面,每組內(nèi)表面都有一定的相互位置精度,其要求分述如下:
40×32的底表面
這是一組包括兩待加工表面,對其表面粗糙度已較高要求,但尺寸要有一定精度保證。
①. 三孔
φ25H7的孔兩個。
φ55H12的孔一個。
由于在后面的工序中要用孔定位,故對精度有較高要求。
φ25H7兩側(cè)面的表面粗糙度要求達到。
φ55H12側(cè)面的表面粗糙度要求達到。
②. 寬16H11的通槽
該通槽用于變速箱中實現(xiàn)調(diào)速作用,是小撥叉上關(guān)鍵部位,要有較高的尺寸精度及表面粗糙度的要求;同時還要有垂直度的要求。
通槽兩側(cè)面的表面粗糙度為3.2。
與φ25H7孔上表面滿足尺寸要求53。
與φ25H7孔內(nèi)表面滿足垂直度要求為0.04。
2.1.2定為基準的選擇
基準的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的關(guān)鍵問題之一,基準選擇的是否合理,將影響到加工質(zhì)量,生產(chǎn)效率及工藝成本[4]。
(1) 粗基準的選擇
第一組加工表面是以φ40mm的外表面用V形塊定位,來對孔進行加工。
(2) 經(jīng)濟基準的選擇
后面各道序中,均采用鉆孔后φ25H7mm的內(nèi)側(cè)面為基準,這符合基準統(tǒng)一原則。
2.2計算零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)、確定生產(chǎn)類型
生產(chǎn)綱領(lǐng)和生產(chǎn)類型與工藝過程的關(guān)系十分緊密,生產(chǎn)綱領(lǐng)不同,生產(chǎn)類型也不同,工藝過程也就具有不同的特點。所以在制定零件的機械加工工藝規(guī)程時,應(yīng)首先確定零件機械加工的生產(chǎn)類型,而生產(chǎn)類型有主要取決于零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)。
(1) 計算生產(chǎn)綱領(lǐng)
生產(chǎn)綱領(lǐng)是指企業(yè)在計劃期間內(nèi)應(yīng)生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量和進度計劃。
產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)確定后,就可以根據(jù)零件在產(chǎn)品中的數(shù)量、一定的備品率和平均廢品率來計算零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)。
零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng)N可按下式計算:
(2-1)
式中 N——零件的年生產(chǎn)綱領(lǐng),單位為 件;
Q——產(chǎn)品的年生產(chǎn)綱領(lǐng),單位為 臺;
N——每臺產(chǎn)品中所含零件的數(shù)量,單位為 件/臺;
A——備品率,單位為 %;
B——平均廢品率,單位為 % 。
有些產(chǎn)品零件不需要備品,如機器的基礎(chǔ)件、機床類產(chǎn)品等,a=0;而有些產(chǎn)品中的易損件,則需要有備品,如汽車、拖拉機產(chǎn)品等,a=20%~30%。
零件的廢品率應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場加工的技術(shù)水平及零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度與加工難易而定,一般b<0.3%。
(2) 確定生產(chǎn)類型、分析工藝特點
生產(chǎn)類型是指企業(yè)(或車間、工段、班組、工作地)生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類。一般分為大量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和單件生產(chǎn)三種類型。
根據(jù)查表本次設(shè)計的CA6140的小撥叉屬于輕型零件,大批量生產(chǎn)。
2.3選擇毛坯類型和制造方法
零件的毛坯對零件的機械加工工藝過程、材料消耗、加工勞動量等有很大影響,故正確選擇毛坯種類與制造方法是非常重要的。
該零件屬于輕型零件,大批量生產(chǎn),所以采用砂型機器制造,鑄件尺寸公差為CT8,機械加工余量MA-G[2]。
2.4工藝路線的擬定
擬定零件機械加工工藝路線是制造工藝規(guī)程中的核心工作。 在擬定過程中,基本出發(fā)點是保證加工質(zhì)量,提高生產(chǎn)效率,降低成本,有該零件的生產(chǎn)類型已確定為大批量生產(chǎn)的情況下,制定工藝路線就應(yīng)該符合生產(chǎn)類型的工藝特征[3]。
工藝路線方案:
工序 05 鉆 ,擴 ,鉸 φ25H7孔
擴 φ55H12 孔
10 銑斷 φ75
15 銑底面
20 銑通槽 40×16
25 銑平面 40×32
30 去毛刺
35 清洗
40 檢查
45 噴漆
2.5機械加工余量,毛坯尺寸及工序尺寸的確定
車床小撥叉零件材料為HT200,大批生產(chǎn)采用砂型機器造型,確定鑄件尺寸公差尺寸等級為CT-8,機械加工余量MA-G。
(1) 機械加工余量確定
①. φ55H12圓孔一次擴,取基本尺寸為φ55,
2.0 mm
②. φ25H7圓孔直接鑄成實體
③. 工件側(cè)面機械加工總余量
2.5 mm
④. 通槽直接鑄成實體,待加工時直接銑削
⑤. φ75 上下端面機械加工余量
2.0 mm
2.0 mm
(2) 毛坯尺寸及公差的確定
毛坯尺寸為在各加工表面尺寸基礎(chǔ)上加上該表面的機械加工余量,毛坯尺寸公差由得[4]:
①. φ55H12 圓孔的毛坯尺寸為:φ52
②. 工件側(cè)面至φ25,圓孔中心毛坯尺寸為:φ26
③. φ75 上下兩端面毛坯尺寸為:17.5
(3) 工序尺寸的確定
工序 05 鉆 —擴—鉸φ25H7孔
擴 φ55H12 孔
工步1 鉆兩孔至,按加工經(jīng)濟精度確定工序尺寸為 φ23 。
工步2 擴兩孔至;按加工經(jīng)濟精度確定工序尺寸為φ24.8 。
工步 3 粗鉸孔至,按加工經(jīng)濟精度確定工序尺寸為 φ24.94。
工步 4 精鉸兩孔至φ25H7 ,按加工經(jīng)濟精度確定工序尺寸為 φ25 。
工步 5 粗擴φ52 至φ54 ,按加工經(jīng)濟精度確定工序尺寸為φ54 。
工步6 精擴 1mm 按加工經(jīng)濟精度確定工序尺寸為 φ55 。
工序 10 銑斷大端面
銑斷處基本尺寸為4mm,保證斷口處表面粗糙度為,且要求左右斷口距軸線距離相等[5]。
工序 15 銑槽及槽上平臺
工步 1 銑槽上的平臺
槽上的平臺為一次銑削完成,平臺的寬度及長度已有鑄造完成次道工序僅是為下道工序銑槽時,提供一個基準,因此只需銑掉鑄件加工余量。
工步 2 銑槽
在銑床上,由于槽深為mm,故可進行兩次切削,第一次mm。第二次選mm,即可保證尺寸。
工序 20 銑大端面?zhèn)让?
大端下端的加工余量為mm,上端加工余量為mm,只需用兩把銑刀將工序尺寸調(diào)整到mm。
2.6確定切削用量及基本時間、輔助時間
工序 05 鉆——擴——鉸孔H7,擴孔 H12
(1) 加工條件包括:
工件材料:HT200; 取 190HB
(2) 切削用量的選擇與基本時間,輔助時間的計算
①. 鉆 孔
11.5mm 0.9 mm/r 0.45 m/s
=6.23r/s
機床選Z35, 335r/min=5.58 r/s
實際切削速度
=0.402m/s
=17.65s
3.53s
其中
——背吃刀量,單位為 mm;
——進給量,單位為 mm/r;
——切削速度,單位為 m/s;
——主軸計算轉(zhuǎn)速,單位為 r/min;
——機床實際轉(zhuǎn)速,單位為 r/min;
——基本時間,單位為 s;
——輔助時間,單位為 s。
=7.64 mm
2 mm
②. 擴 孔
0.9 mm 1.0mm/r 0.15 m/s
=1.93 r/s
取Z35 ,106r/min=1.75r/s
=0.136m/s
=46.58s
9.32s
③. 粗鉸 孔
0.07 mm 2 mm/r 0.108mm/s
=1.15r/s
取Z35, 67r/min=1.12r/s
=0.088m/s
=43.30s
8.66s
④. 精鉸 孔
0.03 mm 2mm/r 0.108 m/s
=1.38r/s
取Z35 ,85r/min=1.42r/s
=0.111m/s
=33.80 s
6.76s
⑤. 擴 孔
1.5mm 1.1mm/r 0.117mm/s
=0.68r/s
取Z37 42r/min=0.7r/s
=0.12m/s
=142.95s
28.59s
其中 =2.87mm 4mm
工序 10 銑斷大端面
(1) 加工條件:選用銑床 X62,高速鋼鋸片銑刀。
mm Z=50 B=4mm
(2) 切削用量的選擇與基本時間,輔助時間的計算
6mm 0.02mm/z 0.3mm/s
=0.6r/s
=150.4s
30.08s
工序 15 銑槽及槽上平臺
工步 1 銑平臺
(1) 加工條件:采用銑床X62,套面式高速鋼銑刀。
mm mm
(2) 切削用量的選擇與基本時間,輔助時間的計算
3mm 0.2mm 0.2mm/z 0.3m/s
=5.97r/s
取 375r/min= 6.25r/s
=0.314m/s
=11.07s
2.21s
其中
工步 2 銑槽
(1) 加工條件:采用銑床 X62 ,直齒三面刃高速鋼銑刀
mm mm
(2) 切削用量的選擇與基本時間,輔助時間的計算
3 mm 0.2 mm 0.2 mm/z 0.3 m/s
=3.54r/s
取 235r/min=3.92r/s
= 0.33m/s
=12.60s
2.52s
工序 20 銑大端面
(1) 加工條件:采用臥式銑床 X62
刀具:套式面銑刀(高速鋼)
工件材料:灰鑄鐵,取 190HB
m/s
mm/z
(2) 切削用量的選擇與基本時間,輔助時間的計算
切削力的計算公式
(2-2)
式中:B為銑削寬度;K為刀具前角對切削力的影響系數(shù),取K=1.2;
K1為切削速度對切削力的影響系數(shù),取K1=1;
銑刀直徑選: mm
參數(shù): mm
銑刀齒數(shù):
切削力得:
=
=2255.66N
切削功率
0.68kN
0.96r/s
取 60r/min=1r/s
實際切削速度為:
0.314m/s
=116.25s
23.25s
第3章 典型鉆床夾具設(shè)計
本章是針對CA6140車床變速箱內(nèi)小撥叉加工中的工序05 鉆-擴-鉸 孔,以及擴 孔的專用鉆床夾具進行設(shè)計,使用機床為Z35。
3.1夾具設(shè)計分析
(1) 本工序為以后多道工序準備了定位精基準,故作為定位精基準的各表面應(yīng)盡可能的在一次裝夾中加工出來,以保證各基準面間的相互位置精度。
(2) 毛坯尺寸公差等級為CT8,加工余量等級為MA-G,其毛坯余量分布較為均勻,個別表面余量較小,如何保證加工時的加工余量的均勻,在擬定定位方案時應(yīng)予以考慮。
(3) 該零件為大批量生產(chǎn),如何提高生產(chǎn)率降低勞動強度?在夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)予以考慮[6]。
3.2夾具設(shè)計
3.2.1專用夾具設(shè)計的基本要求
(1) 確保工件加工質(zhì)量,保證質(zhì)量的關(guān)鍵在于正確的選定定位基準和定位元件,必要時進行誤差分析計算。
(2) 操作省力,高效,盡可能采用氣動或液壓等機動夾緊裝置,以減輕操作疲勞強度。
(3) 夾具制造成本低,盡可能采用標準元件或標準結(jié)構(gòu),以降低夾具的制造成本[7]。
3.2.2專用夾具的設(shè)計步驟
(1) 明確設(shè)計要求,熟悉加工零件圖和毛坯圖和工藝規(guī)程等文件,掌握本工件工序加工技術(shù)要求。
(2) 了解生產(chǎn)綱領(lǐng),以及夾具的需求情況,以確定夾具的結(jié)構(gòu)的合理性和經(jīng)濟性。
(3) 收集該工序用的機床,刀具方面的信息資料,了解機床的主要技術(shù)參數(shù)及規(guī)格,安裝具的連接部分結(jié)構(gòu)和尺寸。
(4) 選擇或設(shè)計定位元件,合理設(shè)置其在夾具上的位置。
(5) 畫出定位簡圖。
(6) 進行加緊力計算與分析,合理選擇動力源。
(7) 繪制夾具裝配圖[8]。
3.2.3.定位基準的選擇
(1) 定位基準的選擇
加工該零件時,工序05 鉆三孔是以底面作為定位基準面,用一面、一個固定V形塊、一個浮動V形塊定位。其中一個平面限制了三個自由度,一個V形塊限制兩個自由度,浮動V形塊限制了一個旋轉(zhuǎn)自由度,通過這幾個定位元件就把工件的六個自由度完全限制了。加緊方式則是采用汽缸帶動斜V形塊壓緊工件來實現(xiàn)對工件加工過程中的夾緊[9]。
工件撥叉如何定位如圖 3-1所示。
圖 3-1撥叉的定位示意圖
(2) 切削力及夾緊力的計算
鉆削扭矩計算公式: (3-1)
切削力計算公式: (3-2)
擴削扭矩計算公式: (3-3)
切削力計算公式: (3-4)
其中 d——鉆頭直徑mm
——每轉(zhuǎn)進給量mm
——修正系數(shù)
工步 1 鉆兩孔至φ23H12
切削扭矩為
129.01Nm
切削力為
19359.87N
工步 2 擴兩孔φ23至φ24.8
切削扭矩為
557.07Nm
切削力得
240.41N
工步 3 粗鉸孔 至
切削扭矩為
=144.47Nm
切削力為
=14.8N
工步 4 精鉸兩孔 至
切削扭矩為
=76.89Nm
切削力為
=4.35N
(3) 根據(jù)夾緊力計算氣缸內(nèi)徑[10]
選取壓力系數(shù)為
則有
即
mm
所以選取氣缸直徑為100mm。
(4) 氣缸與夾具體相連接
在氣缸前后左右四端分別用4個M6螺栓將氣缸固定與夾具體上[11]。
第4章 夾具三維造型
夾具底座
鉆 套
小撥叉毛坯
固定螺母
鉆模板
軸 套
V型塊
氣 缸
氣缸軸
氣缸固定螺栓
V型塊固定螺栓
導(dǎo)柱螺帽
夾具裝配總圖2
夾具裝配總圖1
總 結(jié)
通過一個月的努力,我終于完成了課程設(shè)計的全部內(nèi)容。本次我所設(shè)計的是鉆床夾具,鉆床夾具與其他機床的夾具的主要不同在于它有獨特的元件——鉆套與鉆模板。因此,設(shè)計鉆床夾具時,除了根據(jù)加工要求選擇夾具類型外,主要是鉆模板與鉆套的選擇與設(shè)計。本設(shè)計采用了快換鉆套和手動螺旋快速加緊機構(gòu),從而大大提高了由于鉆、擴、絞孔而頻繁換鉆套的生產(chǎn)效率,夾具的加工精度都采用普通級,充分考慮了制造成本。缺點是本設(shè)計的操作需要人力,所以在生產(chǎn)自動化方面有待改進。
通過本次課程設(shè)計,使我將所學(xué)理論與生產(chǎn)實踐相結(jié)合,得到了解決問題和分析問題的能力的初步培養(yǎng),另外也為以后搞好畢業(yè)設(shè)計、走上工作崗位進行一次綜合訓(xùn)練。使我具有了:1.制定工藝規(guī)程的初步能力,能綜合運用機械制造技術(shù)基礎(chǔ)和其他課程的基本理論和方法,正確的制定一個零件的加工工藝規(guī)程。
2.具有設(shè)計專用夾具的初步能力,提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。
3.結(jié)合工藝設(shè)計內(nèi)容,能夠熟練的應(yīng)用工藝計算方法,正確的進行工藝計算,如工藝參數(shù)、切削力、切削功率、切削速度、定位誤差、加緊力等。
4.進一步提高查閱資料,熟練的使用設(shè)計手冊、參考資料的能力。
5.通過設(shè)計的全過程,使我學(xué)會了進行工藝設(shè)計的程序和方法,培養(yǎng)了獨立思考和獨立工作的能力。
參考文獻
第5章 《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)教程》;主編:鄒青 呼詠;機械工程出版社;2004
第6章 《機械制造工藝及專用夾具設(shè)計指導(dǎo)》;主編:孫麗媛;冶金工業(yè)出版社;2010
第7章 《機械制造工藝設(shè)計指導(dǎo)》;主編:馬正元;浙江大學(xué)出版社;1995。
第8章 《機械制造工程學(xué)》;主編:馬光;浙江大學(xué)出版社;2008。
第9章 《機械制造工藝學(xué)課程設(shè)計指導(dǎo)書》;主編:趙家齊;北京.機械工業(yè)出版社,2000
第10章 《機械制造工業(yè)與機床夾具》;主編:劉守勇;北京:機械工業(yè)出版社,2000
第11章 《機械制造工藝與機床夾具課程設(shè)計指導(dǎo)書》;主編:吳拓、方瓊珊;北京:機械工業(yè)出版社,2005
第12章 《公差配合與測量技術(shù)》;主編:黃云清;北京:機械工業(yè)出版社,2001
第13章 《機械加工工藝與竅門精選》;主編:梁炳文;北京:機械工業(yè)出版社,2001
第14章 《機床及夾具》;主編:楊峻峰;清華大學(xué)出版社,2005
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