涡轮箱体工艺和夹具设计毕业设计说明书

目录

序言………………………………………………………………3 一．零件的分析………………………………………………………4

1．零件的作用 2. 零件的工艺分析

二．选择毛坯，确定毛坯尺寸………………………………………5 三．机械加工工艺过程设计…………………………………………6

1．定位基准的选择. 2．工艺路线的拟定

四．选择加工设备和工艺设备………………………………………9

1．机床 2．刀具 3．夹具 4．量具

五．确定定位误差……………………………………………………11 1．中心距L的定位误差 2．中心高H的定位误差

六．确定切削用量……………………………………………………14 七．夹具原理简要说明………………………………………………20 八．工艺过程卡片……………………………………………………21 九．工序过程卡片……………………………………………………25

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十．毕业设计心得体会………………………………………………28 十一.参考书目………………………………………………………29 附图

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序言

机械制造工艺课程设计是我们在进行毕业设计之前对所学各课程的一次深入的综合性的复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它对我们三年的大学学习生活具有重要意义。

对于我本人来说，希望通过本次毕业设计的学习，学会将所学理论知识和工艺课程实习所得的实践知识结合起来，并用于解决实际问题之中，从而锻炼自己的分析，理解问题的能力；同时，又希望能超越目前工厂的实践生产工艺，而将有利于加工质量和劳动生产率的提高，从而将新技术和新工艺应用到机器零件的制造中，为改善我国的机械制造业相对落后的局面探索可能的途径。

机械制造业是国民经济的支柱产业，现代制造业正在改变着人们的生产方式、生活方式、经营管理模式乃至社会的组织结构和文化。生产的发展和产品更新换代速度的加快，对生产效率和制造质量提出了越来越高的要求，也就对机械加工工艺等提出了要求。

在实际生产中，由于零件的生产类型、形状、尺寸和技术要求等条件不同，针对某一零件，往往不是单独在一种机床上用某一种加工方法就能完成的，而是需要经过一定的工艺过程。因此，我们不仅要根据零件具体要求，选择合适的加工方法，还要合理地安排加工顺序和夹具，一步一步地把零件加工出来。

由于所学知识和实践时间以及深度有限，设计中会有不足之处，希望各位老师能予以指正。

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一． 零件的分析 1． 零件的作用

蜗轮实质上是一个斜齿圆柱齿轮，为了增加它与蜗杆啮合的接触面积，延长他的工作寿命，其齿顶与齿根加工成凹弧形，以便将蜗杆部分地包住。

蜗杆蜗轮传动与齿轮传动相比，具有传动比大、传动平稳、有自锁性、传动效率低及制造成本较高的特点。

蜗轮箱体是蜗轮减速器的重要零件之一，蜗轮减速器是机械设备传递功率的重要装置之一，为了保证减速器正常运行，要求蜗杆和蜗轮中心距在允许范围之内。 2． 零件的工艺分析

（1） 铸件毛坯，粗加工前需进行时效处理，消除内应力。 （2） 车削加工前需进行划线，划线时需考虑内孔余量和尺寸均

匀。

（3） 用普通卡盘无法满足，需设计夹具装夹。 （4） 位置公差值均为0.05。

（5） 主要表面的粗糙度要求均大于或等于3.2μm。

（6） 用四爪单动卡盘装夹，按划线找正侧母线，分粗精加工Φ82

mm孔端面及Φ52J7孔。

（7） 用三爪自定心卡盘夹住下端面Φ82 mm外圆粗车上端面，调

头装夹夹住上端面外圆粗精车下端面至图样尺寸，保证其平行度。

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二． 选择毛坯、确定毛坯尺寸

1．选择毛坯

由图知该零件为铸件，所用的材质为HT200，采用壳型铸造。 2.毛坯尺寸公差及其机械加工余量的确定。 A．公差等级的确定

大批量生产该铸件的尺寸公差等级为CT10。 B．铸件的轮廓尺寸

对该零件分析粗略计算可知长为：277±2mm，高为153±1.8mm。 C．零件的表面粗糙度

由图可知各加工表面的粗糙度均大于或等于3.2 μm。

依据上述，查《机械加工工艺手册》铸件公差数值表，机械加工与梁等级选择表，铸件机械加工余量表,即可确定铸件的尺寸公差及机械加工余量， 现列表如下

蜗轮壳体加工表零件尺机械加工余尺寸公毛坯尺面 寸 量 1.5 差 3.6 寸 153±1.8 蜗轮壳体上下端150 面 蜗轮壳体左端面 203 蜗轮杆内孔 蜗轮内孔

2 1 1 4+ 2.8 2.8 207±2 Φ50 Φ53 5

Φ52J7 Φ55H7

三． 机械加工工艺过程设计 1. 定位基准的选择

1) 定位基准有粗精基准之分，通常先确定精基准，然后再确定 粗基准。精基准的选择主要考虑基准重合的问题。选择加工表面的设计基准为定位基准，称为基准重合的原则。采用基准重合原则可以避免由定位基准与设计基准不重合引起的基准不重合误差，零件的尺寸精度和位置精度能可靠的得以保证。为使基准统一，先选择上端面作为精基准来加工下端面、进而粗精镗蜗轮孔，既保证了平行度同时又保证了垂直度。

蜗轮孔Φ50H7的轴线和壳体的下端面为定位基准，加工 Φ52J7孔，从而保证了垂直度，壳体左端是轴向方向上的设计基准。

2) 对一般的箱体零件来说，以底面作为基准是合理的，按照有 关零件的粗基准的选择原则：当零件有不加工表面时，应选择这些不加工的表面作为粗基准，当零件有很多个不加工表面的时候，则应当选择与加工表面要求相对位置精度较高大的不加工表面作为粗基准。从零件的分析得知，粗基准采用铸件的毛坯外圆Φ82 mm定位加工Φ130 mm上端面保证其平行度。 2. 工艺路线的拟定 (1) 加工方法的确定

查《机械加工工艺手册》，孔加工方法经济精度表4.1-12，平面加工方法精度表4.1-10各种加工方法能达到的表面粗糙度表4.2-5，可初步确定其加工方法。现列表如下：

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加工表面 尺寸精度基本尺寸表面粗糙度加工方法 等级 /mm Φ82 /μm 1.6 粗车-半精车-精车 Φ130 3.2 粗车-半精车 蜗轮壳体下IT8 端面 蜗轮壳体上IT9 端面 蜗轮壳体左IT7 端面 蜗轮孔 IT8 Φ82 1.6 粗车-半精车-精车 Φ55H7 1.6 镗-半精镗-精镗 蜗轮孔端面 IT9 蜗杆内孔 IT8 Φ70 Φ52J7 3.2 1.6 粗车-半精车 镗-半精镗-精镗

(2) 加工阶段的划分

划分为粗加工、半精加工、精加工几个阶段，确定好精度基准面并以此定位加工，从而保证精度要求，在半精加工完成次要表面的加工，在精加工阶段完成主要表面的加工并保证其表面粗糙度。 （3） 工序顺序的安排

A. 机械加工工序，遵循先面后孔原则，先加工Φ82mm下端面和Φ130mm上端面，再加工Φ55H7孔，遵循先基准后其他原则，先加工Φ55H7孔作为基准再加工其他内孔，遵循先粗后精原则，先粗加

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工后精加工。

B. 热处理工序的安排 铸件毛坯需进行人工时效处理，消除内应力。

C. 辅助工序的安排 粗加工之前进行人工时效处理，精加工之后安排去毛刺检验工序。

综上，蜗轮壳体工艺路线的拟定如下:

铸造→清砂→热处理→划线→粗车→半精车→精车→镗→半精镗→精镗→粗车→半精车→镗→半精镗→精镗→钳→修毛刺→检验。

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四、选择加工设备和工艺设备 序工艺内容 号 1 2 3 4 5 铸造 清砂 人工时效 划线 粗车上端面 半精车上端面45°车刀6 和φ70 mm孔端面 7 粗车下端面 CA6140 45°车刀 三爪卡盘 三爪卡盘 三爪卡盘 样板 硬质合金10 镗蜗轮孔 CA6140 镗刀 硬质合金11 半精镗蜗轮孔 精镗φ55H712 孔

机床 刀具 夹具 三爪卡盘 量具 划针 游标卡尺 游标卡尺、CA6140 45°车刀 CA6140 内孔车刀 三爪卡盘 样板 游标卡尺 游标卡尺 游标卡尺、8 半精车下端面 CA6140 45°车刀 9 精车下端面 CA6140 45°车刀 三爪卡盘 游标卡尺 游标卡尺、CA6140 镗刀 CA6140 硬质合金三爪卡盘 样板 深度游标卡三爪卡盘 尺 9

镗刀

千分尺、样板 粗车φ82mm 13 左端面 四爪单 14 半精车左端面 CA6140 45°车刀 动卡盘 四爪单动 硬质合金15 镗φ52J7孔 CA6140 镗刀 夹具 四爪单动 半精镗φ52J716 孔 φ 精镗φ52J7 四爪单动 硬质合金17 CA6140 镗刀 夹具 样板 卡盘、专用千分尺、 游标卡尺、CA6140 镗刀 具 硬质合金卡盘、专用夹样板 游标卡尺、 卡盘、专用游标卡尺 样板 游标卡尺、 CA6140 45°车刀 动卡盘 四爪单 游标卡尺 18 19

修毛刺 检验 锉刀 10

五、确定定位误差

1、中心距L的定位误差分析

由加工方中心距法知，在加工孔φ52J7孔时要保证的工序尺寸是60±0.08mm下底面和φ55H7孔轴线为定位基准与工序基准重合。因此，基准不重合误差△B=0 . 由于心轴制造时有垂直度误差，φ55H7孔与心轴配合有间隙，它们对中心距（60±0.08）mm都将产生影响。因此，中心距L的定位误差是基准位移误差△Y与心轴制造时垂直度误差之和。如图所示：

蜗轮壳体的定位误差分析

即△D=△Y+Htg△α 式中△Y由φ55H7孔与心轴配合间隙引起的基准位移误差mm△α-心轴轴线对基准面B的转角误差； 设△α=0.01°，当工件孔的直径为最大Dmax，心轴直径为最小dmin时，定位基准的位移量最小imin=0.02，中心距也最小Lmin，因此△Y=Lmax-Lmin=imax-imin=δi 式中，i—定位基准的位移量mm；

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δ— 一批工件定位基准的变动范围

由于定位基准存在位移误差，且定位基准可在任意方向移动，则：i=0±Dmax-dmin／2 = 0±δD+δd+xmin／2 式中，δD—定位孔公差mm

δd—定位心轴公差mm xmin—孔与心轴的最小间隙mm

△ Y=δi=0.030+0.019=0.049mm △ D=0.049+80tg0.01°=0.063mm

此结果大于中心距公差1／3 – 1／5，不能满足中心距公差要求。为了达到公差需求，需提高孔与中心轴的配合精度及心轴与平面B的垂直度精度，在不影响工作精度的情况下适当降低中心距公差。所以配合取φ55H7∕js5。

2、中心高H的定位误差分析

在加工φ52J7孔时，由于下底面和φ55H7孔轴线是定位基准，与工序基准重合，故基准不重合误差△B=0，但心轴与下底面的垂直度误差影响中心高，心轴与孔配合间隙引起的位移误差对中心高无影响。因此，中心高H的定位误差等于心轴与下底面的垂直度误差 Lsin△α。如图所示：

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蜗轮壳体中心高定位误差分析

由图可知，当心轴与下底面完全垂直时，φ52J7孔的中心在O的位置。当转角误差△α在最后时，其孔的中心应在O1位置。但加工一批工件时，其中心高意境调好，故实际中心高落在O1/ 位置，中心高误差为O1 O1/。同理，当转角误差△α在最左时，中心高误差为O2 O2/ ；因此，△D= O1 O1/ = O2 O2/ Lsin△α=60sin0.01°=0.01047mm

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六、确定切削用量 一、加工条件

工件材料：HT200 机床：CA6140卧式机床 刀具：刀片材料YT15 刀杆尺寸25×25mm

Kr=45° ro=12° α=8°r=1.0 mm

1. 切蜗轮壳体上端面

(1)、计算切削量 粗车φ130mm上端面 ，已知毛坯高度方向上的加工余量为3mm，单边余量为1.5mm。故可一次走刀，ap =1mm (2)、进给量f

根据《机械加工工艺手册》表1.1-47，当刀杆尺寸为25×25mm 时， ap =1.5 mm 以及工件直径为130 mm时f=0.6-1.2 mm／r取f=0.6 mm／r

（3）、计算切削速度

根据《机械加工工艺手册》表1.1-46，切削速度按车刀及加工材料选项（寿命T=60min，V=40-80 m/min） 取V=40 m／min （4）、确定主轴转速n

由V=πd n/1000可得出n=1000V/πd =1000×40/3.14×130=97.99 r／min。按机床取n=175 r／min。实际切削速度V=71.435 m／min （5）、切削工时t

t=L/2/f n=130/2/0.6×175=0.62 min. 2.切蜗轮壳体下端面

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切削深度 已知毛坯高度方向上单边余量为1.5 mm，故可一次走刀aP=1 mm。进给量f切削速度v根据《机械加工工艺手册》表1.1-47,1.1-4.6, f=0.6-0.9 mm/r取f=0.6 mm/r。切削速度v=40-80 m/min取v=40 m/min。确定主轴转速n由v=πd n/1000可得出： n=1000v/πd=1000×40/3.14×82=155.35 r/min 按机床取n=175r/min。实际切削速度v=45.06 m/min。 切削工时t=L/2/f n=82/2/0.6×175=0.39 min 3.切蜗轮壳体左端面

切削深度 已知毛坯长度方向的加工总余量为4 mm，故2次走刀，每次ap=1 mm 。进给量f切削速度v根据《机械加工工艺手册》表1.1-47,1.1-46，f=0.1-0.6 mm/r取f=0.6 mm/r。切削速度v=40-80 m/min取v=50 m/min。确定主轴转速n由v=πd n/1000可得出： n=1000v/πd=1000×50/3.14×82=194.19 r/min。 按机床取n=210 r/min。实际切削速度v=54.07 r/min。 切削工时t=L/f n=82/0.6×210=0.65 min。 4.半精车φ82 mm外圆端面

半精车φ82 mm外圆端面，高度方向上余量为0.3mm。故可一次走刀ap=0.5mm。进给量f切削速度v根据《机械加工工艺手册》表1.1-47,1.1-46，f=0.10-0.15 mm/r取f=0.10 mm/r。切削速度v=40-80 m/min取v=60 m/min。确定主轴转速n由v=πd n/1000可得出： n=1000v/πd=1000×60/3.14×82=233.03r/min 按机床取n=250r/min。实际切削速度v=64 .37 m/min

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切削工时t=L/2/f n=82/2/0.15×250=1.09 min 5.半精车φ130mm外圆端面

半精车φ130mm外圆端面，高度方向上余量为0.5mm。故可一次走刀ap=0.5mm。进给量f切削速度v根据《机械加工工艺手册》表1.1-47,1.1-46，f=0.15-0.25 mm/r取f=0.20 mm/r切削速度v=40-80 m/min取v=60 m/min。确定主轴转速n由v=πd n/1000可得出 n=1000v/πd=1000×60/3.14×130=146.99r/min按机床取n=175r /min切削工时t=L/2/f n=130/2/0.2 175=1.86 min 6.半精车左端面φ82 mm外圆端面

半精车φ82mm外圆端面，轴向方向上余量为2mm。故可2次走刀，每次ap=1mm。进给量f切削速度v根据《机械加工工艺手册》表1.1-47,1.1-46，f=0.15-0.20 mm/r取f=0.20 mm/r切削速度v=40-80 m/min取v=60 m/min确定主轴速度n由v=πd n/1000可得出：n=1000v/πd=1000×60/3.14×82=234.03r/min 按机床取n=210r/min。实际切削速度v=54.07 m/min 切削工时t=L/f n=82/0.20×210=0.98 min 7.精车下端面φ82 mm外圆端面

精车下端面φ82 mm外圆端面,高度方向上余量为0.2mm。故可一次走刀ap=0.5mm。进给量f切削速度v根据《机械加工工艺手册》表1.1-47,1.1-46，f=0.04-0.1 mm/r取f=0.05 mm/r切削速度v=40-80 m/mi取v=80m/min确定主轴速度n由v=πd n/1000可得出： n=1000v/πd=1000×80/3.14×82=310.70r/min

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按机床取n=350r/min实际切削速度v=90.12 m/min 切削工时t=L/2/f n=82/2/0.05×350=2.34 min （二）．加工条件

工件材料：HT200 机床：CA6140 刀具材料：硬质合金镗刀 1.镗φ55H7 mm孔 （1）.计算切削用量

已知φ53孔毛坯加工总余量为2 mm。故可两次走刀，每次ap=0.5 （2）.进给量f

根据《机械加工工艺手册》表1.1-47，f=0.1-0.6 mm/r取f=0.3mm/r (3).计算切削速度 v

根据《机械加工工艺手册》表1.1-47，v=40-80m/min取v=40m/min (4).确定主轴转速n

由v=πd n/1000可计算n=1000v/πd=1000×40/3.14×53=240.36 m/min按机床取n=250 r/min实际切削速度v=41.62 m/min (5).切削工时t=L/f n=60/0.3×250=0.8 min 2.半精镗φ55H7孔

半精镗φ54 mm孔,留机械加工余量0.8mm。故可两次走刀，每次ap=0.4 mm。进给量f，切削速度v，根据《机械加工工艺手册》表1.1-48,f=0.1-0.15 mm/r取f=0.15 mm/r切削速度v=40-80 m/min取v=60 m/min确定主轴速度n由v=πd n/1000可计算出n=1000v/πd=1000×60/3.14×54=347.42 r/min按机床取n=350 r/min实际切削速度

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v=60.445 m/min 切削工时t=L/f n=60/0.15×350=1.14min 3.精镗φ55H7 mm孔

精镗φ54.8 mm孔,留机械加工余量0.2 mm。故可两次走刀，每次ap=0.1 mm。进给量f，切削速度v，根据《机械加工工艺手册》表1.1-47,f=0.02-0.06 mm/r取f=0.04 mm/r切削速度v=40-80 m/min取v=80 m/min确定主轴速度n由v=πd n/1000可计算出n=1000v/πd=1000×80/3.14×54.8=464.92 r/min按机床取n=465 r/min 实际切削速度v=80.01 m/min 切削工时t=L/f n=60/0.04×465=3.23 min 三．加工条件

工件材料：HT200机床：卧式CA6140 刀具材料：硬质合金镗刀 1.镗φ52J7孔 （1）.计算切削用量

已知φ50 mm孔毛坯加工余量为2 mm。故可两次走刀，每次ap=0.5 mm。 （2）.进给量f

根据《机械加工工艺手册》表1.1-47，f=0.1-0.6 mm/r取f=0.3 mm/r （3）.计算切削速度 v

根据《机械加工工艺手册》表1.1-47，v=40-80 m/min取v=40 m/min （4）.确定主轴转速n

由v=πdn/1000可计算出n=1000v/πd=1000×40/3.14×50=254.77 m/min按机床取n=275 m/min 实际切削速度v=43.175 m/min

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（5）.切削工时t

t=L/f n=35/0.3×275=0.42 min 2.半精镗φ52J7 mm孔

半精镗φ51 mm孔,留机械加工余量0.8 mm。故可两次走刀，每次ap=0.4 mm。进给量f，切削速度v，根据《机械加工工艺手册》表1.1-48,f=0.1-0.15mm/r取f=0.15 mm/r切削速度v=40-80 m/min取v=60 m/min确定主轴速度n=1000v/πd=1000×60/3.14×51=374.67 r/min按机床取n=375 r/min 实际切削速度v=60.05 m/min 切削工时t=L/f n=35/0.15×375=0.62 min 3.精镗φ52J7 mm孔

精镗φ51.8 mm孔,留机械加工余量0.2 mm。故可两次走刀，每次ap=0.1 mm。进给量f，切削速度v，根据《机械加工工艺手册》表1.1-47,f=0.02-0.06 mm/r取f=0.04 mm/r切削速度v=40-80 m/min取v=80 m/min确定主轴速度n=1000v/πd=1000×80/3.14×51.8=491.85 r/min按机床取n=500 r/min 实际切削速度v=81.64 m/min 切削工时t=L/f n=35/0.04×500=1.75 min

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七．夹具原理简要说明

在机床用于装夹工件的装置称为机床夹具，其主要作用表现在以下几个方面。缩短辅助时间，提高劳动生产率；确保稳定加工精度，保证产品质量；降低对操作工人的技术要求和劳动强度；扩大了机床的加工范围等。

角铁式夹具的结构特点是具有类似于角铁的夹具体。常用来加工 壳体、支座、接头等类零件上的圆柱面及端面。

该工装以角铁和φ55H7 mm孔中心轴定位，其中角铁固定下端面。这样定位能很好的保证φ55H7 mm孔中心线的位置尺寸及公差。将工件定位后用花盘装夹在车床主轴上进而加工φ52J7 mm孔，保证了与基准A的垂直度。但由于加工过程中工件悬臂较长为增加稳定性及夹紧力，需采用两只可调辅助支撑对心夹紧，同时为使整个夹具回转平衡，增添了配重块。为了保证中心距L=60±0.08，中心高H=80±0.1，根据基准重合原则，选择下端面B为定位基准限制三个自由度，在夹具体上用螺钉作为定位元件，以心轴定位限制两个自由度。角铁式夹具用螺钉与过渡盘连接，过渡盘与主轴前端部连接。过渡盘一般为车床附件，随车床一起提供。

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八、工艺过程卡片

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九、工序卡片

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十．毕业设计心得体会

通过本次设计我学到的不仅仅壳体方面的问题，让我熟悉了设 计的各个方面的流程，学会了把所学知识运用到实际工作中的方法，以前感觉学的许多科目没有多大实际意义，现在觉得以前的专业知识不够扎实。这次设计将我以前学过的机械制造工艺与装备、公差与配合、机械制图、金属工艺等知识很好的串联了起来，起到了穿针引线的作用，巩固了所学的知识的作用。在毕业设计中，首先是对工件机械加工工艺过程的拟定，这样在加工工件就可以知道用什么机床加工，怎样加工，加工工艺装备及设备等，因此，工件机械加工工艺规程的制定是至关重要的。通过这次的毕业设计，培养了自己的综合能力，学习能力等能够灵活运用所学知识。

毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们走 向社会、从事工作的第一步。认真地进行毕业设计，理解设计资料，探讨问题，分析数据，得出结论使我们得到了更多的锻炼和收获。

在设计过程中，通过查阅大量相关资料，向老师请教和同学交 流的方式，使自己获益匪浅，在整个设计中懂得了许多，培养了独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心。这次毕业设计是我充分

体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。 整个设计由于水平及知识范围有限，难免会有错误。希望老师 你给予指正，同时还希望答辩时老师多提些问题，由此便能更好地了 解自己的不足，一边课后加以弥补。

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十一、 参考书目

1. 王先逵主编《机械加工工艺手册》机械工业出版社 2. 倪森寿主编《机械制造工艺与装备》化学工业出版社 3. 艾兴、肖诗纲主编《切削用量手册》机械工业出版社 4. 寇世瑶主编《机械制图》高等教育出版社

5. 邹青主编《机械制造技术基础课程设计指导教程》机械工业出版社

6. 周文玲主编《互换性与测量技术》 7. 李华主编《机械制造技术》机械工业出版社

8. 刘俊尧主编《金属工艺基础》西北工业大学大学出版社 9. 王凡主编《使用机械制造工业设计手册》机械工业出版社 10. 王先逵主编《机械加工工艺手册单行本—蜗轮蜗杆》机械工业出版社

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