机械制造工艺学说明书

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中北大学课程设计说明书

序言

机械制造工艺学课程设计是我们学完了大学的所有课程之后进行的,也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总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。

就我个人而言,我希望能通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,特别是对零件的工艺分析是以后工作所要进行的主要工作。

由于能力所限,设计尚有许多不足之处,恳请老师给予指导。

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一.零件的工艺分析及生产类型的确定

1.零件的作用

题目所给的零件是CA6140车床的拨叉。它位于车床变速机构中,主要起换档及使主轴回转运动按照工作者的要求工作获得所需的速度和扭矩的作用。零件上方的φ22孔与操纵机构相连,零件下方的φ55的半孔则是用于与所控制齿轮所在的轴接触。通过上方的力拨动下方的齿轮变速。两件零件铸为一体,加工时分开。 2.零件的工艺分析

零件的材料为HT200,灰铸铁生产工艺简单,铸造性能优良,但塑性较差、脆性高,不适合磨削,为此以下是拨叉需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求:

0.021(1)小头孔?22?以及与此孔相通的?8的锥孔、M8螺纹孔 ?0(2)大头半圆孔?55

(3)大头半圆孔两端面与小头孔中心线的垂直度误差为0.07mm,小头孔上端面与其中心线的垂直度误差为0.05mm。

由上面分析可知,可以粗加工拨叉底面,然后以此作为粗基准采用专用夹具进行加工,并且保证位置精度要求。再根据各加工方法的经济精度及机床所能达到的位置精度,并且此拨叉零件没有复杂的加工曲面,所以根据上述技术要求采用常规的加工工艺均可保证。 3.确定生产类型

已知此拨叉零件的生产类型为大批量生产,所以初步确定工艺安排为:加工过程划分阶段;工序适当集中;加工设备以通用设备为主,大量采用专用工装。

二.确定毛坯

1.确定毛坯的种类

零件材料为HT200。考虑零件在机床运行过程中所受冲击不大,零件结构又比较简单,生产类型为中批量生产,故选择铸件毛坯。查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用铸件尺寸公差等级为CT-12。

2.确定铸件加工余量及形状

查《机械制造工艺设计简明手册》第41页表2.2-5,选用加工余量为MA-H级,并查表2.2-4确定各个加工面的铸件机械加工余量,铸件的分型面的选用及加工余量,如下表所示:

表1

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简 图 加工面代号 基 本 尺 寸 D1 D2 T2 T3

加工余量等级 加工 余量 说 明 22 55 73 50 73 H H H H H 3.0?2 孔降一级双侧加工 3.0?2 孔降一级双侧加工 6.5 2.5 6.5 单侧加工 单侧加工 单侧加工 T4

3.绘制铸件零件图(见附图)

三.工艺规程设计

1.选择定位基准

(1)粗基准的选择:以零件的底面为主要的定位粗基准,以两个小头孔外圆表面为辅助粗基准。

(2)精基准的选择:考虑要保证零件的加工精度和装夹准确方便,依据“基准重合”原则和“基准统一”原则,以粗加工后的底面为主要的定位精基准,以两个小头孔外圆柱表面为辅助的定位精基准。 2.制定工艺路线

根据零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求,以及加工方法所能达到的经济精度,在生产纲领已确定的情况下,可以考虑采用万能性机床配以专用工卡具,并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外,还应当考虑经济效果,以便使生产成本尽量下降。查《机械制造工艺设计简明手册》第20页表1.4-7、1.4-8、1.4-11,选择零件的加工方法及工艺路线方案如下:

工序01 粗铣Φ22、Φ55下端面,以T2为粗基准,采用X51立式铣床加专用夹具; 工序02 粗铣Φ22上端面,以T1为定位基准,采用X51立式铣床加专用夹具; 工序03 粗铣Φ55上端面,以T4为定位基准,采用X51立式铣床加专用夹具;

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工序04 钻、扩Φ22孔,以Φ40外圆和T2为基准,采用Z525立式钻床加专用夹具; 工序05 粗镗Φ55孔,以D1为定位基准,采用T616卧式镗床加专用夹具; 工序06 铣斜肩,以D1和T2为定位基准,采用X51立式铣床加专用夹具; 工序07 精铣Φ22下端面,以T2为基准,采用X51立式铣床加专用夹具; 工序08 精铣Φ22上端面,以T1为基准,采用X51立式铣床加专用夹具;

工序09 粗铰、精铰Φ22孔,以T2和Φ40外圆为基准,采用Z525立式钻床加专用夹具;

工序10 精铣Φ55端面,以D1为基准,采用X51立式铣床加专用夹具; 工序11 半精镗Φ55孔,以D1做定位基准,采用T616卧式镗床加专用夹具; 工序12 钻、铰Φ8锥孔,以T1和零件中线为基准,采用Z525立式钻床加专用夹具; 工序13 钻M8底孔,攻螺纹,以T1和零件中线为基准,采用Z525立式钻床并采用专用夹具;

工序14 铣断,以D1为基准,采用X60卧式铣床加专用夹具; 工序15 去毛刺; 工序16 终检。 3.选择加工设备和工艺设备

(1)机床的选择:

工序01~08均为铣平面,可采用X6140卧式铣床。 工序09~11采用镗床。

工序12~13采用钻床。多刀具组合机床。 工序14采用铣断机床。

(2)选择夹具:该拨叉的生产纲领为大批生产,所以采用专用夹具。

(3)选择刀具:在铣床上加工的各工序,采用硬质合金铣刀即可保证加工质量。在铰孔

?55,由于精度不高,可采用硬质合金铰刀。

(4)选择量具:两小头孔、中间孔均采用极限量规。

(5)其他:对垂直度误差采用千分表进行检测,对角度尺寸利用专用夹具保证,其他尺

寸采用通用量具即可。

4.机械加工余量、工序尺寸及公差的确定

(1)圆柱表面工序尺寸:

前面根据资料已初步确定工件各面的总加工余量,现在确定各表面的各个加工工序的加

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工余量如下:

表2

加工 加工 加工精度工序 表面粗 工序余量 表面 内容 余量 等级 尺寸 糙度 最小 最大 铸件 6.0 CT12 ?49?0.250 0 Φ55 粗镗 5.8 IT12 ?54?0.250(D2) 0 6.3 0.95 6.8 半精镗 0.2 IT10 ?55?0.120 3.2 2.9 3.25 钻 18 IT11 ?16?0.110 17.818 9 Φ22 扩 1.8 IT10 ?19.8?0.0840 6.3 1.711.91(D1) 6 0 粗铰 0.14 IT8 ?21?0.0210 3.2 0.100.227 4 精铰 0.06 IT7 ?22?0.0210.030.090 1.6 9 3

(2)平面工序尺寸:

表3

工序工序 加工 基本 经济 工序尺工序余量 号 内容 余量 尺寸 精度 寸偏差 最小 最大 铸件 2.5 CT12 ?2.5 01 粗铣Φ222.0 36.0 12 0-0.25 1.5 7.75 孔下端面 02 粗铣Φ222.0 32.0 12 0-0.25 1.5 7.75 孔上端面 03 粗铣Φ554.5 14.0 12 0-0.018 1.8 6.38 5

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孔上端面 07 精铣Φ22孔下端面 08 精铣Φ22孔上端面 10 精铣Φ55孔端面 0.5×2 12.0 8 ?0.0160.5 31.0 8 0-0.033 0.75 1.283 0.5 30.0 8 0-0.033 0.75 1.283 0.951 1.016 (3)确定切削用量及时间定额:

工序01 粗铣Φ22、Φ55下端面,以T2为粗基准。 1) 加工条件

工件材料:HT200,σb =170~240MPa,铸造;工件尺寸:aemax=72mm,l=176mm; 加工要求:粗铣Φ22孔下端面,加工余量2mm; 机床:X51立式铣床;

刀具:YG6硬质合金端铣刀。铣削宽度ae≤90,深度ap≤6,齿数z=12,故根据《机械制造工艺设计简明手册》(后简称《简明手册》)表3.1,取刀具直径d0=125mm。根据《切削用量手册》(后简称《切削手册》)表3.16,选择刀具前角γ0=0°后角α0=8°,副后角α0’=10°,刃倾角:λs=-10°,主偏角Kr=60°,过渡刃Krε=30°,副偏角Kr’=5°。

2)切削用量

a.确定切削深度ap

因为余量较小,故选择ap=2mm,一次走刀即可完成。 b.确定每齿进给量fz

由于本工序为粗加工,尺寸精度和表面质量可不考虑,从而可采用不对称端铣,以提高进给量提高加工效率。根据《切削手册》表3.5,使用YG6硬质合金端铣刀加工,机床功率为4.5kw(据《简明手册》表4.2-35,X51立式铣床)时:

fz=0.09~0.18mm/z 故选择:fz=0.18mm/z。 c.确定刀具寿命及磨钝标准

根据《切削手册》表3.7,铣刀刀齿后刀面最大磨损量为1.5mm;由于铣刀直径d0=125mm,故刀具使用寿命T=180min(据《简明手册》表3.8)。

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d.计算切削速度vc和每分钟进给量vf

根据《切削手册》表3.16,当d0=125mm,Z=12,ap≤7.5,fz≤0.18mm/z时,

vt=98m/min,nt=250r/min,vft=471mm/min。各修正系数为:kMV= 1.0,kSV= 0.8。切削速度计算公式为:

vc?cvd0qvrapxvyva0vmzmnk

?2mm其中a0?72mm, ap, cv?245, qv?0.2, xv?0.15, yvz?0.35,

kv?kMvkSv?0.8, uv?0.24, pv?0, m=0.32,T=180, fz?0.18mm,Z=12,将以上

数据代入公式:

vc?cvd0qvrapxvyva0vmzmnk?141mmin

确定机床主轴转速: ns1000vc?dv?361rmin

根据《简明手册》表4.2-36,选择nc=300r/min,vfc=390mm/min,因此,实际进给量和每分钟进给量为:

vc??d0n1000?118mmin

f zc=v fc/ncz=390/300×12 mm/z=0.1mm/z 5)校验机床功率

根据《切削手册》表3.24,近似为Pcc=3.3kw,根据机床使用说明书,主轴允许功率Pcm=4.5×0.75kw=3.375kw>Pcc。故校验合格。最终确定:ap=2.0mm,nc=300r/min,vf=390mm/s,vc=118m/min,fz=0.1mm/z。

6)计算基本工时

tm=L/ vf,L=l+ y+Δ,l=176mm.

查《切削手册》表3. 26,入切量及超切量为:y+Δ=40mm,则: tm=L/ Vf=(176+40)/390=0.81min。 工序02 粗铣Φ22上端面,以T1为定位基准。 切削用量和时间定额及其计算过程同工序01。 工序03 粗铣Φ55上端面,以T4为定位基准

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刀具:YG6硬质合金端铣刀,d0?40mm,Z?10

机床:X51立式铣床根据《切削手册》查得,fz?0.13mm/z,ap?4.5mm。根据《简明手册》表

4.2-36

查得,取:

?dwnw1000?,nw?300r/min?37.7m/min故实际切削速度:

v?当nw?300r/min??40?3001000时,工作台每分钟进给量应为:

fm?fz?Z?nw?0.13?10?300?390mm/min

m查说明书,取f?400mm/min

计算切削基本工时:

L?72?y???72?10?82mm

因此,tm?Lfm?82390?0.205min

工序04 钻、扩Φ22孔,以Φ40外圆和T2为基准,保证垂直度误差不超过0.05mm,孔的精度达到IT10。 1. 选择钻头

根据《切削手册》表2.1.2.2,选择高速钢麻花钻钻头,粗钻时do=18mm,钻头采用双锥后磨横刀,后角αo=12°,二重刃长度bε=3.5mm,横刀长b=2mm,宽l=4mm,棱带长度

l1?1.5mm,2??100°,??30°

2.选择切削用量 (1)确定进给量

按加工要求确定进给量:查《切削手册》,f由《切削手册》表2.7,系数为0.5,则:

f?(0.43~0.53)?0.5?(0.215~0.265)mm/r?0.43~0.53mm/r,ld?3018?1.67?3,

f?2.0mm/r按钻头强度选择:查《切削手册》表2.8,钻头允许进给量为:;

按机床进给机构强度选择:查《切削手册》表2.9,机床进给机构允许轴向力为8330N时,进给量为

f?0.93mm/r。

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以上三个进给量比较得出,受限制的进给量是工艺要求,其值为:0.215~0.265mm/r。根据《简明手册》表4.2-16,最终选择进给量

f?0.22mm/r。

由于是通孔加工,为避免即将钻穿时钻头折断,故应在即将钻穿时停止自动进给而改为手动进给。

根据《切削手册》表2.19查出,钻孔时轴向力Ff=2500N,轴向力修正系数为1.0,故Ff=2500N。根据Z525立式钻床使用说明书,机床进给机构允许的最大轴向力为8830N﹥Ff,故所选进给量可用。

(2)确定钻头磨钝标准及寿命

后刀面最大磨损限度(查《简明手册》)为0.6mm,寿命T?45min. (3)切削速度

查《切削手册》表2.30,切削速度计算公式为:

vc?cvdTap0m0xvzvfyvkv (m/min)

其中,Cv?9.5,d?18mm,zv?0.25,m?0.125,ap?3.8,xv?0,yv?0.55,f?0.22,

查得修正系数:kv?1.0,klv?0.85,ktv?1.0,故实际的切削速度:

Tvc?9.5?18600.1250.250.55?1?0.22?0.85?9.5m/min

(4)检验机床扭矩及功率

查《切削手册》表2.20,当f≤0.26, do≤19mm时,Mt=31.78N?m,修正系数均为1.0,故MC=31.78 N?m。

查机床使用说明书:Mm =144.2 N?m。

查《切削手册》表2.23,钻头消耗功率:Pc=1.3kw。 查机床使用说明书,P?2.8?0.81?2.26kw。

E由于Mc?Mm,P?P,故切削用量可用,即:

CEf?0.22mm/r,n?nc?272r/min,vc?15.4m/min

3、计算工时

tm?Lnf?30?8272?0.22?0.64min

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4、扩孔至Φ19.8

查《切削手册》表2.10,扩孔进给量为:选定进给量为:

f?0.81mm/rf?0.7~0.8mm/r,并由机床使用说明书最终

为用钻头钻同样尺寸实心孔时的切削速度,故:

,根据机床使用说明书选取:

根据资料,切削速度 v?0.4v钻,其中v钻v?0.4?9.5?3.8m/min,ns?1000?3.819.8???61.1r/minnw?97r/min。

基本工时: t?L?y??97?0.81?30?897?0.81?0.48min

工序05 粗镗Φ55孔,以D1为定位基准。

机床:T60卧式镗床 单边余量 Zf?0.52mm/r?4.5mm,可一次切除,则 ap?1.2mm。根据《简明手册》4.2-20查得,取

。根据《简明手册》4.2-21查得,取:n?200r/min。

计算切削基本工时:

tm?Lfm?12?2?1200?0.52?0.13min

工序06 铣斜肩,以D1和T2为定位基准。

刀具:硬质合金三面刃铣刀 机床:X51立式铣床

根据《简明手册》查得:dw?63mm,Z?16。根据《切削手册》查得:fz?0.10mm/z,因此:

ns?1000v?1000?27?136r/min

?dw??63现采用X51立式铣床,取:nwv??100r/min,故实际切削速度为:

?dwnw1000???63?1001000?19.8m/min

当nw?300r/min时,工作台每分钟进给量应为:

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f?fz?Z?nw?0.10?16?100?160mm/min

mm根据《切削手册》表4.2-37查得,取:f计算切削基本工时:

L?l?y???12.5?25?37.5mm?165mm/min。

因此:tm?Lfm?37.5165?0.227min

工序07 精铣Φ22下端面,以T2为基准。

刀具:YG6硬质合金端铣刀; 机床:X51立式铣床;

查《切削手册》表3.5,进给量为:fz?0.5~1.0mm/min,取为0.5mm/r

参考有关手册,确定v?124m/min,采用YG6硬质合金端铣刀,dw?125mm,z?12,则:

ns?1000v?1000?124?316r/min

?dw??125现采用X51立式铣床,根据《简明手册》表4.2-36,取nw v?当

fm?300r/min,故实际切削速度:

?dwnw1000???125?3001000?117.75m/min

nw?300r/min时,工作台每分钟进给量:

?fz?z?nw?0.5?12?300?1800mm/min,取为980mm/min

本工序切削时间为:

t?2tm?2lfm?2?176?125980?0.62min

工序08 精铣Φ22上端面,以T1为基准。

切削用量同工序07 精铣时y???d0?125mm 基本工时:tm?lfm?176?125980?0.31

工序09 粗铰、精铰Φ22孔,以T2和Φ40外圆为基准。

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(1)粗铰至?21mm

刀具:专用铰刀 机床:Z525立式钻床

根据有关手册的规定,铰刀的进给量为

fz?0.8~1.2mm/z,进给量取fz?0.81mm/r,机

床主轴转速取为nw=140r/min,则其切削速度为:

v?n?d?8.77m/min。

机动时切削工时,l?30?8=38mm,

tm?38nw?f?38140?0.81?0.34min

(2) 精铰至?22mm

刀具:dw?20mm 机床:Z525立式钻床

根据有关手册的规定,铰刀的进给量取f?0.48mm/r,机床主轴转速取为:nw=140r/min,则其切削速度为:v?n?d?8.8m/min

机动时切削工时,ltm?38nw?f?38140?0.48?30?8=38mm

?0.57min

工序10 精铣Φ55端面,以D1为基准。

机床:X51立式铣床

刀具:硬质合金立铣刀(镶齿螺旋形刀片),由《切削手册》表3.6查得:v?0.45m/s,

d?40,z?6,f?0.08mm/min,即27m/min,因此,ns?1000vz?dw?1000?27??40?214r/min。

现采用X51立式铣床,取

fmnw?210r/min,工作台每分钟进给量fm应为:

?fz?z?nw?0.08?6?210?100.8mm/min,

m查机床使用说明书,取 f铣削基本工时:tm??100mm/min。

72?12100?0.84min

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2tm?0.84?2?1.68min

工序11 半精镗Φ55孔,以D1做定位基准。

单边余量z?1.0mm,可一次切除,则 ap?1.0mm。

由《切削手册》表1.6查得,进给量fz?0.25~0.40mm/r,取为0.27mm/r。由《切削手册》表1.1查得,v?100m/min,则:

nw?1000v?1000?100?637r/min

?dw??50查《简明手册》表4.2-20,nw取为630r/min。

加工基本工时:t?lnw?f?12630?0.5?0.038min

工序12 钻、铰Φ8锥孔,以T1和零件中线为基准。

刀具:专用刀具 机床:Z525立式钻床

确定进给量f:根据《切削手册》表2.7查得,f?0.22~0.26mm/r,查Z525机床使用

说明书,现取f?0.22mm/r。查《切削手册》表2.15,v?17m/min,计算机床主轴转速:

ns?1000v?1000?17?694r/min

?dw??7.8按机床选取nwv??680/min,所以实际切削速度为:

?16.66m/min

?dwnw1000???7.8?6801000计算切削基本工时:

tm?l?y??fm?6?4680?0.22?0.066min

工序13 钻M8底孔,攻螺纹,以T1和零件中线为基准 (1)钻螺纹底孔?6mm

机床:Z525立式钻床 刀具:高速钢麻花钻

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根据《切削手册》查得,进给量为f?0.18~0.22mm/z,现取f=0.22mm/z,v=17m/min,则:

ns?1000v?1000?17?1128r/min

?dw??4.8查《简明手册》表4.2-15,取nwv??960r/min。所以实际切削速度为:

?dwnw1000???4.8?9601000?14.48m/min

计算切削基本工时:

tm?l?y??fm?6?4960?0.22?0.047min

(2)攻螺纹M8

机床:Z525立式钻床 刀具:丝锥M8,P=1mm

切削用量选为:v?0.1m/s?6m/min,机床主轴转速为:ns?318r/min,按机床使用说明书选取:nw基本工时:

tm?lf?n?101?272?0.04min

?272r/min,则 v?5.1m/min;机动时,l?6?4?10mm,计算切削

工序14 铣断,以D1为基准。

选择锯片铣刀,d=160mm,l=4mm,中齿,Z=40 采用X61卧式铣床

查《切削手册》,选择进给量为:

ns?1000v?1000?27f?0.10mm/z,切削速度为:v?27m/min,则:

?dw??160?54r/min

根据《简明手册》表4.2-39,取nwv??100r/min,故实际切削速度为:

?dwnw1000???80?1001000?50.2m/min

此时工作台每分钟进给量fm应为:

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f?fzZnw?0.1?40?100?400mm/min

mm查《切削手册》表4.2-40,刚好有f计算切削基本工时:

tm?l?y??fm?400mm/min。

?72?30400?0.255min

四.夹具设计

为了提高劳动生产率,保证加工质量,降低劳动强度,需要设计专用夹具。 1.问题的提出

本夹具是用来钻两个?22mm的小头孔,零件图中大小孔的中心距有公差要求,因此这两个小头孔的中心距也有一定的公差要求.另外,此中心线为三个侧平面的设计基准,有一定的垂直公差要求.但此工序只是粗加工,因此本工序加工时主要考虑如何提高劳动生产率,降低劳动强度,而精度则不是主要问题. 2.夹具设计

(1)定位基准选择

底面对孔的中心线有一定的垂直度公差要求,因此应以地面为主要定位基准..由于铸件的公差要求较大,利用小头孔的外圆表面作为辅助定位基准时,只有采用自动对中夹具才能同时保证对称的两个零件的大小孔的中心距的公差要求.为了提高加工效率,现决定采用两把麻花钻同时加工出两个?8mm的通孔.

(2)切削力及夹紧力计算

由于实际加工的经验可知,钻削时的主要切削力为钻头的切削方向,即垂直于第一定位基准面,在两侧只需要采用两个V型块适当夹紧后本夹具即可安全工作.因此,无须再对切削力进行计算.

(3)定位误差分析

零件图规定大孔与小孔的中心距为60mm.采用自动对中夹具后,定位误差取决于对中块\\螺杆以及滑块的制造误差.同时,对对中块利用调整螺钉进行调整并加装钻套后,钻孔后的误差只有0.08mm.在后续的铣断工序中,利用中间大孔定位,孔壁与定位销的配合间隙为0.05mm.因此加工完成后大孔与小孔的中心距的最大误差为

??0.08+0.05=0.13?0.2mm

所以能满足精度要求.

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(4)钻床夹具的装配图(见附图)

五.总结

工艺课程设计即将结束。回顾整个过程,经过老师和同学的帮助,还有自己不懈的努力,终于定时定量的完成了这次课程设计。课程设计作为机械设计制造及自动化专业的重点,使理论与实践结合,对理论知识加深了理解,使生产实习中的理解和认识也到了强化。机械加工工艺规程设计运用了基准选择等知识,夹具设计的运用了工件定位、夹紧机构等知识。通过此次设计,使我基本掌握了零件的加工过程分析、工艺文件的编制、专用夹具设计的方法和步骤等。学会了查相关手册、选择使用工艺装备等等。

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