输出轴的机械加工工艺及钻孔夹具设计论文 - 图文

毕业设计(论文)

题 目：输出轴机械加工工艺规程制定

及钻孔专用夹具设计

院 （系）： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 教 授

2013 年 11月 20 日

目 录

摘 要··························································2 第一部分 零件分析·············································3

一. 零件的功用分析··········································· 3 二. 零件的工艺分析··········································· 3

第二部分 机械加工工艺规程制定·······························4

一. 毛坯的确定··············································· 4 二. 定位基准的选择··········································· 4 三. 加工方法的选择··········································· 4

第三部分 工艺路线的拟

定······································· 6

一. 机械加工工序············································· 6 二. 热处理工序··············································· 6 三. 辅助工序················································· 7 四. 输出轴零件的工艺路线····································· 7 五. 确定加工余量及毛坯尺寸·································· 8 六

.

工

序

设

计················································ 13

七

.

确

定

切

削

用

量············································ 15

第四部分 钻床夹具的设计·····································25

一

.

定

位

夹

紧

方

案

的

确

定······································ 25

- 1 -

二. 切削力和夹紧力计算······································ 25 三

.

定

位

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差

分

析············································ 25

四

.

夹

具

的

结

构

特

点

及

应

用

情

况································ 28

参考文献 ······················································· 29 致 谢 ······················································· 30

摘 要

输出轴零件的主要作用是支撑零件、实现回转运动并传递转矩和动力。本文以一典型输出轴零件为例讨论了零件的机械加工工艺规程和专用夹具设计。对于工艺规程设计，在分析了输出轴零件的作用和加工工艺性后，先提出两种工艺方案，再甄选出最佳方案。输出轴零件的机械综合性能要求较高，一般选择锻件作为毛坯。对于夹具设计，本文选取其中钻斜孔工序来设计专用夹具。经过对工序要求进行分析后，采用一面两孔定位，转动压板加紧。导向装置采用可换的特殊钻套。

关键词：输出轴；工艺规程；夹具设计。

Abstract

Output shaft parts is supporting parts, realize the main function of rotary motion and torque and power. In this paper, a typical output shaft parts as an example to

- 2 -

discuss the parts machining process planning and special fixture design. For process planning design, the analysis of the output shaft parts after effect and processing technology, puts forward two kinds of process plan, and then select the best scheme. Comprehensive mechanical performance requirements of high output shaft parts, generally choose forgings as blank. For the fixture design, this article selects the drilling hole process to design special fixture. After analysis of the process requirements, the use of a two hole position, turn the platen press. Guide the special drill bush can change.

Key words: output shaft; Process planning; Fixture design.

第一部分 零件分析

1、零件的功用分析

本设计所加工的零件是输出轴，它是动力输出的主要零件。的孔与变速器配合起定心作用，通过的通孔将动力传至该轴，再由处通过键将动力输出。该轴在工作中需要承受一定的冲击载荷和较大的扭矩。因此，该轴应具有足够的耐磨性和抗扭强度。 2、零件的工艺分析

通过对零件图的详细审阅，该零件的基本工艺状况已经大致掌握。主要工艺状况如下叙述： 零件的材料为 45 号钢，45 号钢为优质碳素结构用钢，硬度不高易切削加工。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。根据对零件图的分析，该零件需要加工的表面以及加工表面之间的位置要求如下：

（1）.?55外圆表面，粗糙度为 1.6，圆跳动 0.04mm，及其外圆表面上的键槽的加工；

- 3 -

（2）.?60和?75外圆表面，其两者的中心连线为?55外圆和?80孔圆跳动的基准线，因此应尽可能的先加工出来，其表面粗糙度均为 1.6； （3）. ?65外圆表面，粗糙度为 1.6；

（4）. ?80mm的孔，其表面粗糙度为 3.2，以及与其具有位置度要求?0.05mm的8??20的通孔，其均匀分布，表面粗糙度为 3.2；

（5）. ?50和?104的孔、?176外圆表面及 30°的圆锥面， 它们的尺寸公差和表面粗糙度要求都不高，通过粗加工或半精加工就可达到要求。

通过上面零件的分析可知，该零件并没有复杂的加工曲面，属于较为简单的零件，所以根据各加工表面的技术要求采用常规的加工工艺均可保证。

第二部分 机械加工工艺规程制订

一、毛坯的确定

轴类零件最常用的毛坯是棒料和锻件，只有某些大型或结构复杂的轴（如曲轴），在质量允许下采用锻件。由于毛坯经过加热，锻造后能使金属内部的纤维组织表面均与分布，可获得较高的抗拉，抗弯及抗扭强度，所以除光轴外直径相差不大的阶梯轴可使用热轧棒料或冷轧棒料，一般比较重要的轴大部分都采用锻件，这样既可以改善力学性能，又能节约材料，减少机械加工量。

根据生产规模的大小，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻。自由锻多用于中小批量生产；模锻适用于大批量生产，而且毛坯制造精度高，加工余量小，生产效率高，可以锻造形状复杂的毛坯。本零件生产批量为大批量，所以综上所叙选择模锻。

二、定位基准的选择

1、精基准的选择

- 4 -

根据输出轴的装配要求，选择两顶尖中心孔作为定位精基准，中心孔作为设计基准，用其作为定位基准既符合基准重合，又符合基准统一。当零件的外圆精加工后可以以外圆为精基准加工法兰孔，由于半精加工利用中心孔加工的外圆同心度非常高，以外圆作为基准加工出来的孔的同轴度也很高。粗基准的选择 工件为回转体，属于轴类零件，一般情况下以外圆作为粗基准，保证定位准确夹紧可靠，利用外圆加工出中心孔。 三、选择加工方法

1、加工阶段的划分 （1）粗加工阶段：

其任务是切除毛坯上大部分余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此，主要目标是提高生产率，去除内孔，端面以及外圆表面的大部分余量，并为后续工序提供精基准，如加工?55、?60、?65、?75、?176外圆柱表面。 （2）半精加工阶段：

其任务是使主要表面达到一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备，如?55、?60、?65、?75外圆柱面，?80内孔等。 （3）精加工阶段：

其任务就是保证各主要表面达到规定的尺寸精度，并可完成一些次要表面的加工。如精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工质量，如各轴颈外圆精磨。

（4）热处理工序的安排:

热处理的目的是提高材料力学性能，消除残余应力和改善金属的加工性能。热处理主要分:预备热处理，最终热处理和内应力处理等。本零件输出轴材料为45钢，加工前进行正火预备热处理是在毛坯锻造之后消除零件的内应力。粗加工之后，为消除因加工变形残余内应力，同时降低材料的硬度，获得零件材料较高的综合力学性能，采用调质处理。

2、零件各加工表面的加工方法如下：

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加工表面 表面粗糙度 Ra3.2 Ra3.2 Ra1.6 Ra1.6 Ra1.6 Ra1.6 Ra3.2 Ra12.5 Ra3.2 Ra12.5 Ra3.2 Ra3.2 公差/精度等级 IT7 IT7 IT6 IT6 IT6 IT6 IT8 IT11 IT7 IT11 IT7 IT8 加工方法 粗铣-精铣 粗铣-精铣 粗车-半精车-粗磨-精磨 粗车-半精车-粗磨-精磨 粗车-半精车-粗磨-精磨 粗车-半精车-粗磨-精磨 粗车-半精车 粗镗 粗镗-半精镗-精镗 粗镗 钻孔-扩孔-粗铰-精铰 粗铣-精铣 ?55端面 ?176端面 ?55外圆柱表面 ?60外圆柱面 ?65外圆柱面 ?75外圆柱面 ?176外圆柱面 ?50孔 ?80孔 ?104孔 ?20通孔 键槽 第三部分 工艺路线的拟定

一、机械加工顺序 1.基面先行原则

该零件进行加工时，同时铣两端面打中心孔，再以中心轴线为基准来加工，因为两端面和?75外圆柱面为后续精基准表面加工而设定的，才能使定位基准更准确，从而保证各位置精度的要求，然后再把其余部分加工出来。 2.先粗后精原则

- 6 -

我们先安排粗加工工序，再安排精加工工序，粗加工将在较短时间内将工件表面上的大部分余量切掉，一方面提高金属切削效率，另一方面满足精车的余量均匀性要求，若粗加工后留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精加工。 3.先面后孔原则

对该零件应该先加工圆柱表面，后加工孔，这样安排加工顺序，一方面是利用加工过的平面定位，稳定可靠，另一方面是在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，所以对于输出轴来讲先加工φ75外圆柱面，做为定位基准再来加工其余各孔。 4.工序划分的确定

工序集中与工序分散：工序集中是指将工件的加工集中在少数几道工序内完成每道工序加工内容较多，工序集中使总工序数减少，这样就减少了安装次数，可以使装夹时间减少，减少夹具数目，并且利于采用高生产率的机床。故工序分散是将工件的加工分散在较多的工序中进行，每道工序的内容很少，最少时每道工序只包括一个简单工步，工序分散可使每个工序使用的设备，刀具等比较简单，机床调整工作简化，对操作工人的技术水平也要求低些。考虑到该零件的生产类型为大批量生产，设计工艺路线是我们主要考虑工序集中，将粗精加工尽量安排在一个工序中。 二、热处理工序

毛坯锻造成型后，应当对毛坯进行正火处理以去除内应力，然后再进行机械加工。在粗加工之后、精加工之前，安排调质处理，调质硬度为 HBS200，获得良好的综合机械性能。 三、辅助工序

在对本零件的所有加工工序完成之后，安排去毛刺、清洗、终检工序。 四、输出轴零件的工艺路线如下： 工序05：锻造毛坯 ；

工序10：以?75mm处外圆及左端面定位，粗车右端面，粗车Ф176mm外圆。 工序15：以?176mm处外圆及端面定位，钻左端中心孔。

- 7 -

?65mm，?60mm，?55mm 工序20：以?176mm处外圆及端面定位，粗车?75mm，

外圆， 30度斜面及?176mm和?55mm左端面。

工序25：以?75mm处外圆及左端面定位，钻?45mm的孔，车孔?50mm，车

孔?80mm, 留铰的余量，车孔?104mm，倒角。

工序305：修研中心孔。

?65mm，?60mm，?55mm 工序35：以?176mm处外圆及端面定位，半精车?75mm，

外圆。

工序40：热处理:调质处理。 工序45：修研中心孔。

?65mm，?60mm，?55mm 工序50：以?176mm处外圆及端面定位，粗磨?75mm，

外圆。

工序55：以?75mm处外圆及左端面定位，精铰?80mm孔到要求，倒角。 工序60：以?55mm和?755mm外圆定位，粗、精铣键槽。

工序65：以?75mm处外圆及左端面定位，钻孔?18mm，扩孔?19.8mm，铰孔

?20mm，倒角。

工序70：以?176mm处外圆及端面定位，倒角。 工序75：以?176mm右端面和10??20孔定位，钻?8孔。

?65mm，?60mm，?55mm 工序80：以?176mm处外圆及端面定位，精磨?75mm，

外圆。

工序85：去毛刺、清洗、检验 五、确定加工余量及毛坯尺寸 一.各工序加工余量的确定： （1）?55＋0.028－0.003外圆 工序名称 供需间余量工序间 工序间尺寸工序间 - 8 -

/mm 经济精度/mm 表面粗糙度Ra/μm /mm 尺寸、公差表面粗糙度Ra/μ/mm m ?55.0280?0.031精磨 0.1 IT6 0.16 55 粗磨 0.4 IT7 1.25 55+0.1=55.1 55.1+0.4=55.半精车 1.1 IT8 3.2 5 55.5+1.1=56.粗车 4.4 IT11 16 6 锻造

（2）?60＋0.065－0.045外圆

工序间 供需间余工序名称 量/mm /mm 度Ra/μm 经济精度表面粗糙/mm 差/mm Ra/μm ?60.0650?0.110.16 ?55.10?0.030 ?55.50?0.046 1.25 3.2 ?56.60?0.190 ?61?1.8 16 ?1.8 56.6+4.4=61 工序间 工序间尺寸尺寸、公糙度表面粗精磨 0.1 IT6 0.16 60 0.16 粗磨 0.4 IT7 1.25 60+0.1=60.1 ?60.10?0.030 1.25 - 9 -

半精车 粗车 锻造

1.1 4.4 IT8 IT11 3.2 16 060.1+0.4=60.5 ?60.5?0.046 3.2 16 60.5+1.1=61.6 61.6+4.4=66 ?61.60?0.190 ?1.8 ?66?1.8 （3）?65+0.023 -0.003外圆

工序间 工序间 表面供需间余工序名称 量/mm /mm Ra/μm 经济精度糙度/mm Ra/μm 表面粗工序间尺寸/mm 尺寸、公差度粗糙?65.0230?0.026精磨 0.1 IT6 0.16 65 粗磨 半精车 粗车 锻造

- 10 -

0.16 0.4 1.1 4.4 IT7 IT8 IT11 ?1.8 1.25 3.2 16 65+0.1＝65.1 65.1＋0.4＝65.5 56.5+1.1＝66.6 66.6+4.4＝71 ?65.10?0.030 1.25 3.2 1 ?65.50?0.046 ?66.60?0.190?71??1.8

（4）?75+0.023 +0.003外圆

工序间 供需间余工序名称 量/mm /mm Ra/μm 经济精度表面粗糙度寸/mm /mm 度Ra/μm 工序间尺尺寸、公差表面粗糙工序间 ?75.0230?0.020精磨 0.1 IT6 0.16 75 75+0.1=7粗磨 0.4 IT7 1.25 5.1 75.1+0.4半精车 1.1 IT/ 3.2 =75.5 75.5+1.1粗车 4.4 IT11 16 =76.6 76.6+4.4 =81

（5）过渡锥面

供需间工序名余量称 /mm /mm 度Ra/μm 经济精度表面粗糙/mm 尺寸、公差/mm 度Ra/μm 工序间 工序间尺寸表面粗糙工序间 0.16 ?75.10?0.030 1.25 ?75.50?0.046 3.2 ?76.60?0.190 16 锻造 ?1.8 ?81?1.8 - 11 -

半精车 1.0 IT8 3.2 82~116 0?820?0.054~?116?0.054 3.2 粗车 锻造

5.0 IT11 1.6 ?82~116??1 ??83~117?（83~117）?5 ?（88~122）0?830?0.22~?116?0.22 1.6 ?1.8 1.888~122??1.8 （6）?176外圆

工序间 供需间余工序名称 量/mm /mm 半精车 1.0 IT8 度Ra/μm 3.2 176 176 粗车 5.0 IT11 16 +1=177 177+5=18锻造 ?1.8 工序间 工序间尺尺寸、公差寸/mm /mm 度Ra/μm 3.2 表面粗糙经济精度表面粗糙?1760?0.063 ?1770?0.25 16 2 ?182?1.8

（7）?55小头端面

工序间 供需间余工序名称 量/mm /mm 度Ra/μm 经济精度表面粗糙寸/mm /mm 度Ra/μm 工序间尺尺寸、公差表面粗糙工序间 - 12 -

精铣 1.0 IT7 1.6 244 244+1=24 2440?0.0461.6 粗铣 2.0 IT11 16 5 245+2=242450?0.29 16 锻造 ?1.8 7 247?1.8

（8）?176大头端面

工序间 供需间余工序名称 量/mm /mm 精铣 1.0 IT7 度Ra/μm 1.6 247 247+1=24粗铣 2.0 IT11 16 8 248+2=25锻造 ?1.8 2480?0.29 工序间 工序间尺尺寸、公差寸/mm /mm 2470?0.046 经济精度表面粗糙表面粗糙度Ra/μm 1.6 16 0 250?1.8 （9）φ80+0.042 -0.012内孔

工序间 供需间余工序名称 量/mm /mm Ra/μm 精镗 0.5 IT7 3.2 80 ?0.030?800 工序间 工序间尺寸尺寸、公差糙度/mm /mm 度Ra/μm 表面粗糙表面粗经济精度3.2 - 13 -

半精镗 粗镗 锻造 1.5 3 IT9 IT11 6.3 12.5 80-0.5=79.5 79.5-1.5=78 78-3=75 ?0.074?79.50 ?0.190?780 6.3 12.5 ?1.6 75?1.6 （10）10×φ20-0.019 -0.042通孔

工序间 供需间工序名称 余量/mm /mm Ra/μm ?0.023?19.9580工序间 表面粗工序间尺寸/mm 尺寸、公差糙度/mm Ra/μm 表面粗经济精度糙度精铰 0.06 IT7 3.2 20 粗铰 扩孔 钻孔

0.14 1.8 18 IT8 IT10 IT11 6.3 10 12.5 20-0.06=19.94 19.94-0.14=19.8 19.8-1.8=18 ?0.033?19.940 ?0.084?19.80 ?0.130?180 （11）φ50内孔

工序间 供需间余工序名称 量/mm /mm 粗镗 锻造 4 IT11 ?1.6 工序间 工序间尺尺寸、公差寸/mm /mm 50 50-4=46 表面粗糙度Ra/μm 12.5 经济精度表面粗糙度Ra/μm 12.5 ?50 1.6?46??1.6 - 14 -

（12）10?φ104内孔

工序间 供需间余工序名称 量/mm /mm 粗镗 5 IT11 度Ra/μm 12.5 104 经济精度表面粗糙寸/mm /mm 度Ra/μm 12.5 工序间尺尺寸、公差表面粗糙工序间 ?104 99?1.8 锻造

?1.8 104-5=99 050?5?16?0.043键槽 （13）

工序间 供需间余工序名称 量/mm /mm 精铣 粗铣 毛坯

（14）绘制毛坯简图

2 3.5 IT8 IT11 ?2 工序间 工序间尺寸尺寸、公差/mm /mm 50 50+2=52 52+3.5=55.5 表面粗糙度Ra/μm 3.2 16 经济精度表面粗糙度Ra/μm 3.2 16 500?0.25 520?0.16 550?0.046 - 15 -

毛坯图

六、工序设计

机床及工艺装备的选择是制定工艺规程的一项重要工作，它不但直接影的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。 1、选择加工设备 （1）机床的选择原则

机床的加工尺寸范围应与零件的外廓尺寸相适应； 机床的精度应与工序要求的精度相适应； 机床的功率应与工序要求的功率相适应；

机床的生产率应与工件的生产类型相适应， 还应与现有的设备条件相

适应。

（2）工序10、15、20、25、30是粗车、半精车和精车 。各工序的工步数不多，中批生产不要求很高的生产率，故选用卧式车床就能满足要求，本零件精度要求不是很高，选用CA6140机床即可。车床的参数如下：型号CA6140，中心距750mm 1000 mm 1500 mm，床身上下最大回转直径￠400 mm，主电机功率7.5KW。 （3）工序35为钻孔，加工精度较高，需要精铰，选用Z525, 床的参数如下：型号Z525，最大钻孔直径25mm主轴行程175mm主轴转速97-1360r/mm，主电机

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功率2.8kw。

（4）工序60为铣键槽，采用X51，铣床的参数如下：

型号X51,主轴孔锥度7:24,主轴孔径25mm。主轴转速65～1800r/min。工作台T型槽数:槽数3、宽度14、槽距50。主电机功率7.5KW。

（5）工序75为钻孔，孔的精度要求不是很高，采用Z512，钻床的参数如下：型号Z512，最大钻孔直径12mm主轴行程100mm主轴转速460-4250r/mm，主电机功率0.6kw。 2、夹具的选择

夹具的选择原则：在单件小批生产中应尽量选用通用夹具，有时为了保证加工质量和提高生产率，可选用组合夹具；在大批大量生产中应选用高生产率的专用夹具。本零件的生产类型为大批量生产， 为提高生产效率， 所用的夹具应为专用夹具。 3、刀具的选择

刀具的选择原则：刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、 加工表面的尺寸、 工件材料、所要求的精度以及表面粗糙度、生产率及经济性等。在选择时应尽可能采用标准刀具，必要时可采用复合刀具和其他专用刀具。 4、量具的选择

量具的选择原则：量具主要根据生产类型和所检验的精度来选择。 在单件小批量生产中应采用通用量具，在大批量生产中则采用各种量规和一些高生产率的专用量具。

根据以上的选择原则，各工序所用机床设备、刀具、量具的选择如下： 工序号 工序05 工序10 工序15 工序20 工序25 工序名称 粗车大端 机床设备 CA6140 刀具 外圆车刀YT5 车刀TT5，中心钻 外圆车刀YT5 量具 游标卡尺 游标卡尺 游标深度尺 游标卡尺 粗车小端面 CA6140 粗车小端 CA6140 半精车大端 CA6140 外圆车刀YA6，麻花游标卡尺 钻 - 17 -

工序30 修研中心孔 卧式车床硬质合金顶尖 C630 工序35 工序40 工序45 半精车小端 CA6140 调质处理 外圆车刀YA6 游标卡尺 修研中心孔 卧式车床硬质合金顶尖 C630 工序50 工序55 工序60 工序65 粗磨 铰孔 铣键槽 钻端孔 M120 CK6140A 铣床X51 平行砂轮1 铰刀 键槽铣刀 游标卡尺 游标卡尺 游标卡尺 游标卡尺 塞规 摇臂钻床钻头 Z3025 工序70 倒角 摇臂钻床 Z3025 工序75 钻斜孔 立式钻床麻花钻 Z525 游标卡尺 塞规 工序80 精磨 M120 平行砂轮1 游标卡尺 七、确定切削用量

切削用量包含切削速度、进给量及背吃刀量三项，确定方法是先确定背吃刀量、进给量，最后确定切削速度。不同的加工性质，对切削加工的要求是不一样的。因此，在选择切削用量时，考虑的侧重点也不同。

粗加工时，一般优先选用尽可能大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后根据刀具的耐用度情况选择合适的切削速度。

精加工时，一般选择小得背吃刀量和进给量，从而尽可能的提高切削速度。

1.粗车φ55＋0.028－0.003 外圆的切削用量

本工序为粗车外圆φ55，机床采用最常用的CA6140卧式车床。

MPa已知：加工材料：45钢，?b?600，锻件，有外皮；工件尺寸：坯件D=60

㎜，车

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削后D=57.5㎜，加工长度l?80㎜； 加工要求：车削后表面粗糙度Ra6.3μm。

根据《机械加工工艺手册》表 7-4，选用的刀具为YT5牌号硬质合金车刀，选择的参数为：主偏角?r?60?，副偏角?r'?10?，后角?o?6?，前角?o?12?，刃倾角?s?0?，刀尖圆弧半径r。 .0mm??1（1）选择切削用量：

确定背吃刀量ap ,由于粗加工的余量为2.5mm,可以再一次走刀内完成，故ap=2.5/2=1.25mm。

确定进给量f, 由于零件本次加工的加工余量小，根据《机械加工工艺手册》表1.1-47及《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-42，取f=0.51mm/r。 (2)选择车刀磨钝标准和耐用度 :

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-40，后刀面最大磨损限度取1.1mm,刀具的耐用度为T=60 Min。

(3)确定切削速度v和工作台每分钟进给量Vf

本零件的材料为45钢，?b?600，ap=1.25mm，f=0.51mm/r，根据《机MPa械制造工艺学课程设计指导书》表5-32对车削速度进行修正：根据刀具的耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；根据工件材料的强度，得修正系数KMv=1.0；根据毛坯状态得修正系数Ksv=0.8；刀具的材料为YT5，得修正系数为：Ktv=0.65;此处为车削，得修正系数KKv =1.0；得修正系数为主偏角为60o得修正系数为KKrV=0.92。所以，KTv=1.0，KMv=1.0，Ksv=0.8 ，Ktv=0.65，KKv =1.0，KKrV=0.92

切削速度的公式为V=Cv/(Tm×apXv×fyv) , 根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-43，取数值：Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。

V=Cv/(Tm×apXv×fyv)×KTv×KMv×Ksv×Ktv×KKv×KKrV

所以带入数据后可算得V=67.92 m/min

转速n=1000V/πd=1000×67.92/π×60=360.32 r/min

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-44,取CA1640机床的主轴转速选择320 r/min，则实际切削速度为:V=πdn/1000=π×60×320/1000=60.32 m/min

- 19 -

(4)检验机床功率

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm的计算公式 .如下：

Fz=CFz×apxFz×fyFz×VnFz×KFz(N) Pm= FzV/60×1000 （KW）

式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=-0.15，KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz，

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32得：与刀具耐用度有关的修正系数

KTFz= 1.0；与工件材料有关的系数KMFz =1.0；与主偏角有关的修正系数KKrFz =0.94；与前角有关的修正系数Kr.Fz =1.10。因此总的修正系数为: KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz =1.034

所以,切削力为: Fz =2650×1.251.0×0.510.75×60.32-0.15×1.034=1118.5 N 切削功率为: Pm =1118.5×60.32/60×1000KW =1.124 KW

根据《机械加工工艺手册》，查得CA1640卧式车床主动机功率PE =7.5 KW ，因为

Pm＜PE,故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为： ap=1.25mm； f=0.51mm/r

V=60.32 m/min （n=320 r/min） 2.半精车φ55＋0.028－0.003外圆的切削用量

本工序为半精车外圆φ55，原来的直径为57.5㎜，车削后D=56㎜机床采用最常用的CA6140卧式车床。根据《机械加工工艺手册》表 7-4,选用的刀具为YT15牌号硬质合金车刀，选择的参数为：主偏角Kr=45o,副偏角K, r=10o,前角γ。=10o，刃倾角λs=-5o，后角α。=6o，车刀刀尖圆弧半径rε=0.6mm。 （1）选择切削用量：

确定背吃刀量ap ，由于粗加工的余量为1.5mm,可以再一次走刀内完成，故ap=1.5/2=0.75mm。

确定进给量f， 由于零件本次加工的加工余量小，根据《机械加工工艺手册》表1.1-47及《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-42，取f=0.30mm/r。

- 20 -

(2)选择车刀磨钝标准和耐用度

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-40，后刀面最大磨损限度取0.8mm,刀具的耐用度为T=60 Min。

(3)确定切削速度v和工作台每分钟进给量Vf

本零件的材料为45钢，?b?600，ap=0.75mm，f=0.30mm/r，根据《机MPa械制造工艺学课程设计指导书》表5-32对车削速度进行修正：根据刀具的耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；根据工件材料的强度，得修正系数KMv=1.0；根据毛坯状态得修正系数Ksv=1.0；刀具的材料为YT15，得修正系数为：Ktv=1.0;此处为车削，得修正系数KKv =1.0；得修正系数为主偏角为45o得修正系数为KKrV=1.0。 所以KTv=1.0，KMv=1.0，Ksv=1.0 ，Ktv=1.0，KKv =1.0，KKrV=1.0 ,切削速度的公式为V=Cv/(Tm×apXv×fyv)

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-43，取数值：Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。

V=Cv/(Tm×apXv×fyv)×KTv×KMv×Ksv×Ktv×KKv×KKrV

所以带入数据后可算得V=170.43 m/min

转速n=1000V/πd=1000×170.43/π×57.5=943.47 r/min

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-44,取CA1640机床的主轴转速选择710r/min，则实际切削速度为: V=πdn/1000=π×57.5×710/1000=128.26 m/min (4)检验机床功率

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm的计算公式如下：

Fz=CFz×apxFz×fyFz×VnFz×KFz(N) Pm= FzV/60×1000 （KW）

式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=-0.15，KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz， 根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32得：与刀具耐用度有关的修正系数KTFz= 1.0；与工件材料有关的系数KMFz =1.0；与主偏角有关的修正系数KKrFz =1.0；

与前角有关的修正系数Kr.Fz =1.04。因此总的修正系数为KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×

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Kr.Fz =1.04

所以,切削力为Fz =2650×0.751.0×0.300.75×128.26-0.15×1.04=291.88 N 切削功率为:Pm =291.88×128.26/60×1000 KW =0.624 KW

根据《机械加工工艺手册》，查得CA1640卧式车床主动机功率PE =7.5 KW ，因为

Pm＜PE,故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为： ap=0.75mm； f=0.30mm/r

V=128.26 m/min （n=710 r/min） 3.精车φ55＋0.028－0.003外圆的切削用量

本工序为半精车外圆φ55，原来的直径为56㎜，车削后D=55㎜，机床采用最常用的CA6140卧式车床。根据《机械加工工艺手册》表 7-4,选用的刀具为YT30牌号硬质合金车刀，选择的参数为：主偏角Kr=30o,副偏角K, r=5o,前角γ。=10o，刃倾角λs=0o，后角α。=6o，车刀刀尖圆弧半径rε=0.4mm。 (1)选择切削用量：

确定背吃刀量ap , 由于粗加工的余量为1.0mm,故ap=1.0/2=0.5mm。 确定进给量f, 由于零件本次加工的加工余量小，根据《机械加工工艺手册》表1.1-47及《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-42，取f=0.08 mm/r。 (2)选择车刀磨钝标准和耐用度

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-40，后刀面最大磨损限度取0.5mm,刀具的耐用度为T=60 Min。

(3)确定切削速度v和工作台每分钟进给量Vf

MPa 本零件的材料为45钢，?b?600，ap=0.50mm，f=0.08mm/r，根据《机

械制造工艺学课程设计指导书》表5-32对车削速度进行修正：根据刀具的耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；根据工件材料的强度，得修正系数KMv=1.0；根据毛坯状态得修正系数Ksv=1.0；刀具的材料为YT30，得修正系数为：Ktv=1.4;此处为车削，得修正系数KKv =1.0；得修正系数为主偏角为30o得修正系数为KKrV=1.13。所以KTv=1.0，KMv=1.0，Ksv=1.0 ，Ktv=1.4，KKv =1.0，KKrV=1.13

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切削速度的公式为V=Cv/(Tm×apXv×fyv)

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-43，取数值： Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。

V=Cv/(Tm×apXv×fyv)×KTv×KMv×Ksv×Ktv×KKv×KKrV

所以带入数据后可算得V=560.66 m/min转速n=1000V/πd=1000×560.66/π×56=3186.85 r/min

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-44,取CA1640机床的主轴转速选择1400 r/min，则实际切削速度为V=πdn/1000=π×56×1400/1000=246.3 m/min

(4)检验机床功率

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm的计算公式如下：

Fz=CFz×apxFz×fyFz×VnFz×KFz(N) Pm= FzV/60×1000 （KW）

式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=-0.15，KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz， 根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32得：与刀具耐用度有关的修正系数KTFz= 1.0；与工件材料有关的系数KMFz =1.0；与主偏角有关的修正系数KKrFz =1.13；

与前角有关的修正系数Kr.Fz =1.08。因此总的修正系数为KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz =1.2204

所以,切削力为Fz =2650×0.51.0×0.080.75×246.3-0.15×1.2204=106.2 N 切削功率为Pm =106.2×246.3/60×1000 KW =0.0.436 KW

根据《机械加工工艺手册》，查得CA1640卧式车床主动机功率PE =7.5 KW ，因为

Pm＜PE,故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为： ap=0.5mm； f=0.08mm/r

V=246.3 m/min （n=1400 r/min） 4.粗车φ60+0.065 -0.045外圆的切削用量

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1、选择机床 CA6140，双顶尖定位 2、选择刀具

⑴选择直头焊接式外圆车刀（可转位）

⑵根据书目《机械加工工艺手册》表1.1，由于CA6140车床的中心高200㎜（表1.31），故选刀杆尺寸B?H=16㎜?25㎜，刀片厚度4.5㎜

⑶根据书目《机械加工工艺手册》表1.2，粗车带外皮的锻件毛坯，选择YT5牌号硬质合金车刀

⑷车刀几何形状 根据书目《机械加工工艺手册》表1.3，选择选择卷屑槽带倒棱前

刀面，?r?60?，?s?0?，r.0mm?，?r'?10?，?o?6?，?o?12??1 3、选择切削用量

⑴确定切削深度ap

由于粗加工余量仅为4.4㎜，可在一次走刀内切完，故ap=4.4/2=2.2㎜ ⑵确定进给量f

根据书目《机械加工工艺手册》表1.4，f=0.5-0.9 ㎜/r,按CA6140车床说明书，选择f=0.86㎜/r,确定的进给量尚需满足车床进给机构强度的要求，故需进行校验。根据CA6140车床说明书，CA6140 机床进给机构允许的进给力 F max= 3530N 。《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32，当钢的强度 ， ap?2.4㎜，f?1.8 ㎜/r，?r?45?570~670MPa?，?c?65m/min（预b?计）时，进给力为F。根据表1.29-2，切削时Ff的修正系数为K1070?f??oFf?1.0，

，故实际进给力为F，由于 F fK1.0，K1.111071?1.11?1188.8??sFf??rFf?f? Fmax，故所选的f=0.86㎜/r可用。 ⑶选择车刀磨钝标准及寿命

由《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-40，车刀后刀面最大磨损量取为 1mm，可转位车刀耐用度 T⑷确定切削速度 ?c

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-44，

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60 min

， ??50~65m/min,选择??55m/mcc1000?1000?55则n， ?c?r/min?265.3r/min?D3.14?66 根据 CA6140车床说明书，选择n，则实际切削速度为 ?250r/min?Dn3.14?66?250???m/min?51.83m/min10001000c

⑸校验机床功率

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32，当?， 580~970MPab?2.4㎜，f?0.96㎜/r，?c? 57m/min，?ap?.9kW. c?2.92 切削功率的修正系数为?，?，?.65.8，????1.0，?r??0t??0s??0kW, 根据CA6140车床说明书， ?.0，?1.0，故?c?2.9?0.91?2.7???1???车床主电动机功率?，?c??E，故所选之切削用量可在CA6140车床上7.5kW??进行

综上：ap=2.2㎜，f=0.86㎜/r，?c=51.8m/min，n=250r/min 5.半精车?60?0.045外圆的切削用量 （1）选择刀具

车刀形状、刀杆尺寸及刀片厚度均与粗车相同。半精车的刀片牌号为YT150，车刀几何形状为 : ?r?45 ?，?s?3? ，r.0mm?，?r'?5?，?o?8?，?o?12??1（2）选择切削用量 1、确定切削深度ap 2、确定进给量f

半精加工进给量主要受加工表面粗糙度的限制。根据《机械加工工艺手册》，

ap=1.1/2=0.55㎜

?0.065?3.2m,r?1.0mm,?50m/min(预计)当表面的粗糙度为:R时，a?f?0.3~0.35mm/r0.3mm/r 。根据CA6140车床说明书，选择f???（3）选择车刀磨钝标准及寿命

由《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-40，车刀后刀面最大磨损量取为 0.4mm，可转位车刀耐用度T = 60 min

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（4）确定切削速度 ?c

根据书目【6】表5-2，YT15牌号硬质合金车刀加工碳素钢，，a，f?，硬度?200~250??S(?570~670MPa)0.3~2mm0.1~0.3mm/rbp?m/min，选取?,则 ?t?110~130115m/mint? n=

1000?c1000?115=，根据CA6140车床说明书，选择r/min?594.3r/min?D3.14?61.6?n=560r/min,

c则实际切削速度为

?Dn3.14?61.6?560 ???m/min?108.4m/min10001000（5）校验机床功率

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-44，当?， 580~970MPab??c?ap?2.0㎜，f?0.3㎜/r， 162m/min，?.4kW.根据CA6140车床说明书，c?2车床主电动机功率?，?c??E，故所选之切削用量可在CA6140车床上7.5kW??进行

综上:ap=0.55㎜，f=0.3㎜/r，?c=108.4m/min，n=560r/min 6.精车φ60＋0.023－0.003外圆的切削用量

本工序为半精车外圆φ60，原来的直径为56㎜，车削后D=60㎜，机床采用最常用的CA6140卧式车床。根据《机械加工工艺手册》表 7-4选用的刀具为YT30牌号硬质合金车刀，选择的参数为：主偏角Kr=30o,副偏角K, r=5o,前角γ。=10o，刃倾角λs=0o，后角α。=6o，车刀刀尖圆弧半径rε=0.4mm。 (1)选择切削用量：

确定背吃刀量ap ,由于精加工的余量为1.0mm,故ap=1.0/2=0.5mm。

确定进给量f, 由于零件本次加工的加工余量小，根据《机械加工工艺手册》表1.1-47及《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-42，取f=0.08 mm/r。 (2)选择车刀磨钝标准和耐用度

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-40，后刀面最大磨损限度取0.5mm,刀具的耐用度为T=60 Min。

(3)确定切削速度v和工作台每分钟进给量Vf

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本零件的材料为45钢，?b?600MPa，ap=0.50mm，f=0.08mm/r，根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32对车削速度进行修正：根据刀具的耐用度T=60min,得修正系数KTv=1.0；根据工件材料的强度，得修正系数KMv=1.0；根据毛坯状态得修正系数Ksv=1.0；刀具的材料为YT30，得修正系数为：Ktv=1.4;此处为车削，得修正系数KKv =1.0；得修正系数为主偏角为30o得修正系数为KKrV=1.13。所以，KTv=1.0，KMv=1.0，Ksv=1.0 ，Ktv=1.4，KKv =1.0，KKrV=1.13 切削速度的公式为V=Cv/(Tm×apXv×fyv)

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-43，取数值：Cv=291，Xv=0.15，yv=0.2,m=0.2。

V=Cv/(Tm×apXv×fyv)×KTv×KMv×Ksv×Ktv×KKv×KKrV 所以带入数据后可算得V=560.66 m/min

转速n=1000V/πd=1000×560.66/π×61=2926 r/min

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-44,取CA1640机床的主轴转速选择1120 r/min，则实际切削速度为:V=πdn/1000=π×61×1120/1000=214.6 m/min

(4)检验机床功率

根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-45,查得切削力Fz和切削功率Pm的计算公式如下：

Fz=CFz×apxFz×fyFz×VnFz×KFz(N) Pm= FzV/60×1000 （KW）

式中，CFz=2650,xFz=1.0, yFz=0.75，nFz,=-0.15，KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz， 根据《机械制造工艺学课程设计指导书》表5-32得：与刀具耐用度有关的修正系数KTFz= 1.0；与工件材料有关的系数KMFz =1.0；与主偏角有关的修正系数KKrFz =1.13；与前角有关的修正系数Kr.Fz =1.08。因此总的修正系数为:KFz = KTFz×KMFz×KKrFz×Kr.Fz =1.2204 所以切削力为:Fz =2650×0.51.0×0.080.75×246.3-0.15×1.2204=106.2 N 切削功率为:Pm =106.2×246.3/60×1000 KW =0.0.436 KW,根据《机械加工工艺手册》，查得CA1640卧式车床主动机功率PE =7.5 KW ，因为Pm＜PE,故上述切削用量可用。最后确定的切削用量为： ap=0.5mm； f=0.08mm/r

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V=214.6 m/min （n=1120 r/min）

综上可得，切削用量为ap=0.5mm；f=0.08mm/r；V=214.6 m/min （n=1120 r/min）

第四部分 钻床夹具的设计

1.夹具定位夹紧方案的确定：

选择对10??20孔的加工来设计专用夹具

专用夹具定位元件为一个固定V形块和一个支撑板，共限制了5个自由度，定位面为?75轴颈外圆和小头端面，定位基准即为轴心线；夹紧元件为一个活动V形块，采用螺柱螺母来提供夹紧力。 2.定位误差分析:

⑴确定设计基准与定位基准

工件以?75外圆的圆柱面为定位面，在V形块上定位此时定位基准是外圆轴线。由零件图可知?20孔的设计基准为φ80孔内壁，设同轴度误差为φ0.02。 ⑵确定定位误差

?dw??jb??jw，由于定位基准与设计基准不重合，故

基准不重合误差为?jb?0.02，根据书目6表3-1，基准位移误差为 ?jw??d2sin?2cos?，

式中?75轴颈公差?d?0.019 一次同时加工10个孔，与10，V形块夹角??90?，个孔相对应的?角分别为

??0???36???72???108? ??144???180???216???252???288???324?，

其定位误差分别为

?dw??jw??jb,?dw?0.033mm，?dw?0.031mm,?dw?0.024mm,?dw?0.031mm,?dw?0.033mm,?dw?0.007mm,?dw?0.009mm,?dw?0.016mm,?dw?0.024mm,?dw?0.031mm.

综上可得，定位误差符合加工精度要求和设计要求。 3.切削力和夹紧力的计算：

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由《机械加工工艺手册——钻削、扩削、铰削加工》表3.4-10，钻孔时 轴向力：F?cFd0zFf 转矩：M?cmd0zmfymyFkF

km

由《机械加工工艺手册——钻削、扩削、铰削加工》表3.4-10：

cF?600,zF?1.0,yF?0.7；cm?0.305,zm?2.0,ym?0.8；

由《机械加工工艺手册——钻削、扩削、铰削加工》表3.4-11：kF?km?1.0 所以 F?cFd0zFf M?cmd0zmfyF.6N kF=600?181.0?0.20.7?1.0?3500ymkm=0.305?182?0.20.8?1.0?27.3N?m

查《金属切削机床夹具设计手册》表3-21：为防止工件在切削扭矩?的作

k?sin?2 ，为防止工件在轴向力F作用

z用 下大打滑而转动所需的夹紧力Q1?2Rf1下打滑而轴向移动所需的夹紧力Q2?kFZsin2f2?2

对Q1：查《金属切削机床夹具设计手册》表3-19：取工件与V形块在圆周方向的摩擦系数：f1?0.8；

K0?1.5，K1?1.2，K2?1.5，K3?1.0，K4?1.3，K5?1.0，K6?1.5 故 安全系数 K=K0K1K2K3K4K5K6?1.5?1.2?1.5?1.0?1.3?1.0?1.5?5.265

k?sinQ1??2=5.265?27.3?sin45?1.69??,因一次同时加工2个孔，故所需 2Rf175?0.8?总夹紧力为Q?2Q1?3.38??，故单个螺母需要提供的夹紧力为

Q?Q1/2?0.845??

单个螺栓所受拉力为： F?Q11.69??0.845?? 22 - 29 -

查《金属切削机床夹具设计手册》表3-25，选择六角螺母，其尺寸规格为：GB/T 897-1988 M24，提供的夹紧力为Q?851N，满足要求。查《机械制图》表，选取配套双头螺栓的代号为：GB/T 897-1988 M24X110.对于夹具轴向受力，由于工件底下有垫块支承，故V形块沿轴向方向受力（即Q2）可忽略不计。 (1)校验螺栓许用夹紧力及夹紧扭矩：

根据《金属切削机床夹具设计手册》表3-26，Q许?2316?，?许?12.6??，故符合要求 (2)校核螺钉强度：

查《机械设计》表5-8：?s?640mpa，Sp?1.5，S??4 所以[?]??sS???640640??a?160??a，?p?s???a?426.67??a。挤压强度4Sr1.5条件为?p?所受载荷

F?FF?[?p],剪切强度条件为???[?]，??Fl，故单个螺钉

?d?Lmind?24?27.3F252.78???252.78?由挤压条件由d???mm?0.12mm，l108[?p]Lmin426.67?5剪切条件d??4F4?252.78?mm?1.42mm，故选取螺钉为内六角螺钉， ?[?]3.14?160其尺寸规格为：GB/T 70.1-2000 M24X100

综上所得，所设计的夹具符合切削力和夹紧力的精度要求与加工要求。 则夹具简图如下图：

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夹具简图

4.夹具的结构特点及应用情况：

这种钻模特点是：机械效率低，夹紧力不大。此外，由于滑柱和导向孔为间隙配合，因此被加工孔的垂直度和孔的位置尺寸难以达到较高的精度。但是，他的突出优点是：自锁可靠，结构简单，操作迅捷方便，通用可调性好。所以在大量生产和中小批量生产中广泛应用，适用于中小工件上孔与端面的垂直度紧固低于0.1mm。该夹具适用于角铁式车床夹具。

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参考文献

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致 谢

这次毕业设计过程中遇到了不少困难，在老师的帮助下和在图书馆查阅资料，最终解决了困难。而且，这次设计使我们能综合运用机械制造技术基础中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立地分析和解决了零件机械制造工艺问题，设计了机床专用夹具这一典型的工艺装备，提高了结构设计能力。在这次毕业设计中，还有一个重点的就是关于专用夹具的设计。机床夹具的设计在学习的过程中只是作为理论知识讲的，并没有亲自设计过。因此，在开始的设计过程中，存在这样或那样的问题。但在老师的细心指导下，查阅各种关于专用夹具的设计资料，我根据步骤一步一步的设计，画图。老师仔细分析我的图纸后提出了多点意见，我考虑了老师所说的意见后，我又开始查阅十分有限的资料了解相关的夹具结构及网上夹具视频，几经修改终于完成。虽然在这个反复过程中耗费了一些时间，但我仍然获益匪浅，了解到了相关的产品设计思想。

本次设计是在导师李玉平教授的指导下，亲自完成的。在整个设计中，李老师始终给予我热情的帮助和积极的指导。李老师对待工作认真负责，表现出崇高的敬业精神和高度的责任心；李老师对我要求严格，对设计中出现的问题总是耐心帮助解决并提出许多宝贵意见。在此毕业设计完成之际，向李老师表示感谢！感谢李老师在繁重的教学之余牺牲自己宝贵的休息时间给我指导毕业设计；感谢李老师在我遇到问题时及时给予我帮助；感谢李老师在整个毕业设计中给予我的支持和鼓励。

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