CNC凸台加工中心加工综合设计毕业设计说明书.docx
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CNC凸台加工中心加工综合设计毕业设计说明书
郑州电力职业技术学院
毕业设计说明
设计题目CNC凸台加工中心加工综合设计
学生姓名
班级10级数控一班
业数控技术
指导教师
（完成日期）2013年06月13日
、八—
刖言
二十一世纪是一个科技创新和发展生产力相互作用的时代，科技的创新发展提高了
生产力的发展水平，生产力水平的不满足促进了科技的创新。
尤其：
是作为一个国家经济发展水平的制造业，对制造业起着重要作用。
数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家
基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。
数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。
特别是计算机辅助制造CAD/CAM、UG、Mastercam和ProE软件的发展，对制造业人工无法完成的事情，计算机辅助制造提供较为快捷的运用，让异想天开变为了现实。
本次毕业设计题目的选择主要加工中心体现了工序集中现代制造业的主要方法。
用
到了铣端面、铣凸台、钻孔、绞丝、攻螺纹。
对我们学的知识大致都都进行了个概括和总结。
这次毕业设计的工作量主要包括六大的部分：
一、零件图的分析二、毛坯的选
择三、数控设备的选择四、数控加工工艺的分析和加工方案的制定五、计算程序与
程序校验六、零件数控加工及检验。
零件图通过在AUTOCAD上用平面的形式变现出来，更加清楚零件的结构形状，然后具体分析零件结构。
数控加工工艺分析，通过对零件的工艺分析，可以深入全面的了解零件的结构、技术要求与工艺要求，进而确定零件适合在哪一种数控机床上加工，本次的零件图需要多次换刀，因此；我选择在加工中心上进行，因为加工中心具有自动换刀装置，在一次安装中，可以完成零件上平面的铣削、镗削、铰削及攻螺纹等多工位加工。
加工的部位可以在同一个平面上面，也可以在不同的平面上面，既有平面又有孔系是加工中心的首选对象。
工序的确定首先选择定位基准；零件的定位基准一方面要保证零件经多次装夹后其加工表面之间相互位置的正确性，另
一方面要满足加工中心工序集中的特点既一次安装尽可能完成零件上较多表面的加工。
定位基准最好是已有的面和孔，然后确定所有的加工表面的加工方法和加工方案；选择刀具和切削用量。
然后确定所有工步的加工顺序。
要计算程序，然后进行程序的校验；最后;进行数控加工及检验。
就得到了要求零件的数控加工工艺路线。
现在制造业中数控技术的日益广泛使用，使得我认识到学好数控技术的重要性。
我相信接此次毕业设计会对我三年来的学习会是一次巩固和复习，更会提高我们的综合能
力的运用，将会进一步认识到数控技术的重要性，同时；为以后我们工作与发展打下很好的基础平台。
胡现伟
零件图的分析
1.1.零件图的正确分析及完整性分析
1.2零件结构及其工艺性分析
1.3零件精度及技术要求分析
确定毛坯
2.1毛坯的选择
2.2毛坯的形状和尺寸的确定
机床设备的选择
3.1机床类型的选择
3.1.1按工艺用途分类
3.1.2按控制功能分类
3.1.3按进给伺服系统类型分类
3.2机床的规格选择
3.3机床精度等级的选择
定位基准及装夹方式的确定
4.1定位基准的选择
4.2确定工件的装夹方式
对刀方式及对刀点的确定
5.1正确选择对刀点
5.2对刀点及换刀点的合理选择
制订数控加工方案
6.1合理划分数控加工工序
6.2确定各工序的工步顺序、进给路线、绘制走刀路线图
6.3确定各工序刀具，填写刀具卡片
确定数控加工余量，工序尺寸及公差
7.1加工余量的确定
7.2影响加工余量的因素
7.3确定加工余量的方法
确定数控加工切削用量
8.1确定背刀量
8.2主轴转速的确定
8.3进给速度
编写数控加工程序并进行程序校验
9.1编制数控加工程序
9.2进行数控仿真加工程序校验
3
3
4
5
5
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33
总结参考文献……
零件图的分析
零件图是制定工艺规程最基本的原始原始资料之一。
对零件图分析得是否透彻，将直接影响所制订工艺规程的科学性、合理性和经济性。
分析零件图，主要从以下两个方面进行。
1.1•零件图的正确分析及完整性分析
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在了解零件形状和结构之前，应检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标准是否齐全、合理等。
零件图是制订工艺规程最主要的原始资料，在制订工艺规程时，必须首先加以认真
分析。
零件图中应以最简单的视图表达清楚各个部分。
此零件图包括包括大外圆、凸台、
孔、螺纹孔、凹槽、圆弧连接的凸台等。
该零件图由一个主视图、一个前视图和一个右视图组成，将零件的内、外轮廓描述的清楚完整；各部位尺寸标注完整并符合国家标准,有利于编制程序时的数据分析和计算；表面粗糙度的标注明确了各加工面的加工精度要。
经分析零件尺寸精度和表面粗糙要求均较高。
零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求：
轮廓描述清楚完整。
零件材料为45钢，经调质处理后，其综合加工性能较好。
是当今最常用的工业金属之一，广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。
切削加工性能较好。
零件图的粗实线、细实线、点画线的线型均符合于国家标准。
零件图的尺寸比较
多，所以在各个视图上都有尺寸的标注，各个视图均有尺寸标注且多而不乱，零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求。
1.2零件结构及其工艺性分析
由于各种零件的应用场合和使用不同，所以在结构和尺寸上差异很大。
但只要仔细地观察和分析，各种零件从其形体上看，大都是由一些基本表面和特形表面组成。
基本表面主要有内外圆柱面、圆锥面、球面、圆环面和平面等：
特形表面主要有螺旋面、渐开线齿形表面及其他一些成形表面。
将组成的基本表面和特形表面分析清楚之后，便可针对每一种基本表面和特形表面，选择出相应的加工方法。
如对于表面，可以选择刨削、铣削、拉削或磨削等进行加工；对于孔，可以钻削、车削、镗削、拉削或磨削等方法进行加工。
对零件进行结构分析，就是分析组成零件的基本表面和特形表面的组合情况和尺寸的大小。
组合情况和尺寸大小的不同，形成了各种零件在结构特点上和加工方案选择上的差别。
在机械制造业中，通常按零件的结构特点和工艺过程的相似性，以孔和表面为例：
对于凸台类零件上的平面，一般多选择刨削、铣削、磨削等加工方法。
对于该零件圆弧连接的凸台，凹槽、通孔都有尺寸公差，椭圆凹槽的编程需要借助宏程序，对机床精度有较高的要求。
另外，圆弧连接的右端凹槽，为了方便加工以及简便编程，使用旋转指令进行加工；两个螺纹孔按定位要求进行加工就行。
然而，在对零件进行结构分析时，还应注意另一个重要的问题，即零件的结构工艺性。
所谓零件的结构工艺性，是指零件的结构在保证使用的要求下，能否提较高的生产
率和最低的成本方便地制造出来的特性。
结构工艺性所涉及的问题比较多，即有毛坯制造工艺性、机械加工工艺性等，零件结构的合理，直接影响到零件制造的工艺过程。
例如零件的功能和用途完全相同，但结构不同，则会对零件制造的加工方法与制造成本会相差很大。
对于该凸台零件毛坯表面要有较好的平面度要求，通孔待平面粗加工之后再加工，以免对刀具及机床产生振动。
这样以便获得较好的加工方法，尽量降低制造成本的增加,形成更好的经济效益。
1.3零件精度及技术要求分析
零件的技术要求分析，是制定工艺规程的重要环节。
只有认真地分析零件的技术要求，分清主、次后，才能科学合理地选择每一加工表面应采用的加工方法和加工方案，以及整个零件的加工路线。
零件的技术要求分析主要有以下方面。
（1）精度分析，包括被加工表面的尺寸精度、形状精度和相互位置精度的分析。
（2）表面粗糙度及其它表面质量要求分析。
（3）热处理要求分析。
该零件的表面粗糙度为Ra1.6mm,在现有的铣床的条件下容易实现，以及零件的加工精度为IT7级其经济又合理。
尺寸精度有圆弧尺寸精度、凸台尺寸精度以及角度都有精度要求，其偏差都是在现有的机床加工条件之内。
通孔孔有螺距要求其位置按照定位尺寸加工就行，由于此零件无热处理要求，不进行热处理，待加工完后只需除去毛刺就行，以保证表面光洁和外形美观。
认真分析了零件的技术要求后，结合零件特点，对零件的加工工艺过程便有一个初步轮廓。
加工表面的尺寸精度、表面粗糙和有无热处理要求，决定了该表面的最终加工方法，进而更容易得出中间工序和粗加工工序所采用的加工方法。
确定毛坯
确定毛坯的主要任务是：
根据零件的技术要求、结构特点、材料、生产纲领等方面的要求，合理地确定毛坯的种类、毛坯的制造方法、毛坯的形状、毛坯的尺寸等，最后绘制出毛坯图。
毛坯的确定，不仅影响毛坯制造的经济性，而且影响机械加工的经济性。
所以在确定毛坯时，既要考虑热加工方面的因素，也要兼顾冷加工方面的要求，以便从确定毛坯这一环节中，降低零件的制造成本。
2.1毛坯的选择
根据零件的工艺等特点毛坯有以下种类；
（1）铸件当零件的结构比较复杂，所用材料又具备可铸性时，零件的毛坯选择铸件。
（2）锻件锻件又分为自由锻造件和模锻件，由于手工操作成形，精度低、加工余量大，以及自由锻件的生产效率不高，适用于单件小批量生产中采用自由锻件。
比自由锻件的精度、表面质量及综合力学性能都比自由锻件高，结构可以比自由锻件的结构复杂的称为模锻。
（3）型材是指各种不同截面的热轧和冷轧钢材。
（4）组合焊接件是指用焊接的方法将同种材料或不同材料焊接在一起从而获得毛坯。
由于该零件属于中小型零件、毛坯的精度要求不高、加工余量大，适合单件和小批量生产、成本相对不高，因此；选用铸件。
2.2毛坯的形状和尺寸的确定
毛坯的形状和尺寸，基本上取决于零件的形状和尺寸。
零件和毛坯的主要差别，在于零件需要加工的表面上，加上一定的机械加工余量，即毛坯加工余量。
毛坯制造时，同样会产生误差，毛坯制造的尺寸公差称为毛坯公差。
毛坯加工余量和公差的大小，直接影响机械加工的劳动量和原材料的消耗，从而影响产品的制造成本。
所以在确定毛坯的时候，考虑到毛坯的精化，力求毛坯的形状和尺寸尽量与零件一样，做到少切屑。
从而降低生产成本的增加，提高资源的高效利用。
根据图纸的形状要求应选用方形，以及图纸的尺寸要求毛坯尺寸为：
120mm45号钢的型材，金属材料的硬度大致在225〜325HBS范围内切削加工性能较好，且满足零件图的工艺和加工要求。
机床设备的选择
3.1机床类型的选择
数控机床是在通用机床的基础上发展起来的，它们和传统的通用机床工艺用途相
似。
因此，按工艺用途对数控机床进行分类，是最基本的分类方法。
还可以按数控系统控制运动的方式或按伺服驱动的控制方式对数控机床进行分类。
3.1.1按工艺用途分类
1.切削类
2.成型类
3.快速成型机
3.1.2按控制功能分类
1.点位控制数控机床
2.直线控制数控机床
3.轮廓控制数控机床3.1.3按进给伺服系统类型分类
1.开环数控机床
2.半闭环数控机床
3.闭环数控机床
由于我设计的零件为盘盖凸台类，有较多的尺寸偏差，尺寸精度要求较高。
且有表面粗糙度和精度等级要求。
以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿。
然而；考虑到科学合理地选择机床，即满足加工精度要求，又能提高加工效率，应选用具有半闭环控制的加工中心机床。
机床型号为：
FAUNCSeries0iMate-MD3.2机床的规格选择
机床的规格应根据零件的外形及尺寸特点选择，在选择机床的规格时应注意以下几点;
八\、5
机床加工尺寸范围应与零件的外轮廓相适应。
机床的工作精度应与工序的精度要求相适应。
机床的选择应考虑车间现有设备条件，尽量采用现有设备。
机床的生产效率应与零件的生产类型相适应。
（4）
本次加工的盘类零件尺寸为170mr>170mr>40mm，,零件是由凸台、螺纹孔等，形状比较复杂。
而数控机床最大工作台长度为：
900mm,最大工作台宽度为：
400mm
主轴转速（rpm）:
200-5000最大快进速度15m/min，分辨率最小设定单位0.001mm,定
位精度X0.04、Z轴、0.05mmY轴0.04mm,重复定位精度0.002mm,机床外形尺寸2500>2295>2550m,机床净重4500kg，数控系统；FANUC0iMate-MB。
该数控加工中心可以加工复杂的轴、盘类零件，数控车床机床主轴采用高性能的变频无级调速驱动系统,具有过载保护功能。
数控车床步进或交流伺服驱动，进给传动采用预载荷滚珠丝杆驱动,定位精度高。
采用24把盘式刀库，满足一次装夹完成多工序的加工，减少了换刀
时间，提高了工作效率。
3.3机床精度等级的选择
数控机床的几何精度是综合反映机床的关键部件及其组装后的几何形位误差的指标。
该指标可分为两类：
一类是机床的基础部件和运动大件（如床身、立柱、工作台、主轴箱等）的直线度、平面度、垂直度等的要求，如工作台面的平面度，各坐标方向移动的直线度和相互垂直度，X、丫、Z坐标方向移动时工作台面的平行度，另一类是对机床主轴的要求，如主轴的轴向窜动，主轴的径向跳动，主轴箱移动时主轴轴线的平行度，主轴轴线与工作台面的垂直度或平行度等。
选择机床的精度等级应根据典型零件
关键部位加工精度要求来定，数控机床精度一般可分为为普通型和精密型两种。
另外还有一些经济性数控机床配置开环伺服系统的则精度更低一些，每台机床的精度检验项目
很多，但反应数控机床关键精度的项目只有几项。
由于我选择的数控机床型号为；FAUNCSeries0iMate-MD,是一款性价比比较高的数控加工中心，符合我零件的加工要求。
四定位基准及装夹方式的确定
4.1定位基准的选择
制订工艺规程时，能否正确且合理地选择定位基准，将直接影响到被加工零件的位置精度、各表面加工的顺序，在某些情况下，还会影响到所采用工艺设备的复杂程度，因此，必须重视定位基准的选择。
然而；定位基准又分为：
粗基准和精基准的选择。
确定定位基准时，为了保证工件加工精度要求，因此；定位基准的选择应先选择精基准,再选择粗基准。
先把精加工基准面加工出来，在加工另一面。
选择精基准，主要应考虑如何减小定位误差，保证加工精度，使工件装夹方便、可靠。
因此，选择精基准一般应遵循并考虑保证加工精度和工件安装方便可靠。
为了合理选择精基准应遵循以下原则：
（1）基准重合原则即选用设计基准作为定位基准，以免定位基准与设计基准不重
合而引起的基准不重合误差。
（2）基准统一原则应采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面，这就是基准统一原则。
这样做可以简化工艺规程的制订工作，减少夹具设计、制造工作量和成本缩短生产准备周期；由于减少了基准转换，便于保证各加工表面的相互位置精度。
（3）自为基准原则即选择加工表面本身作为定位基准。
互为基准原则当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进
（4）加工时，需要用两个表面相互作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。
最后；除了以上四个原则外，选择精基准时，还应考虑所选择精基准能使工件定位准确、稳定、夹紧方便可靠、夹具的结构简单、操作方便。
由于我所设计课题是加工中心，根据零件的形状特点和加工精度要求，以及考虑到装夹位置，应选用毛坯的四个角作为任一定位基准。
这样加工方便、简单。
粗基准的选择原则。
选择粗基准主要应考虑如何保证各加工表面都要有足够的加工余量，不加工的表面
及尺寸、位置应符合图纸要求。
粗基准的选择应遵循以下原则：
（1）选择重要表面为粗基准。
（2）选择不加工表面为粗基准。
（3）选择加工余量最小的表面为粗基准。
（4）选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准。
（5）粗基准在同一尺寸方向上只能是有一次。
由于我选择的是45号钢方形毛坯，所以；各个面都可以作为粗基准来选择，这样就满足了粗基准互为基准的原则。
从而能够提高重要表面间的相互位置精度，或使加工余量小而均匀。
4.2确定工件的装夹方式
1.对夹具的基本要求：
夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开;夹具在机床上能实现定向安装；夹具的刚性与稳定性要好。
（1）
（2）
元件所构成；
⑷
活性；
专用夹具：
专为某一项或类似的几项加工设计制造的夹具；
可调整夹具：
组合夹具与专用夹具的结合，既能保证加工的精度，装夹更具灵
多工位夹具：
可同时装夹多个工件的夹具；
（6）
的工件的装夹。
成组夹具：
专门用于形状相似、尺寸相近且定位、夹紧、加工方法相同或相似
根据该零件的形状与特征，本次的夹具选择应选择通用夹具；虎钳，且通用性强、结构简单，装夹工件时无需调整或稍加调整即可。
但是；为了工件装夹位置应保证工件在机床各轴的加工行程范围内，提高刀具的加工刚性，夹具应安装在移动平台中间。
五对刀方式及对刀点的确定
对刀点是用来确定刀具与工件的相对位置的关系点，是确定共建坐标系与机床坐标
系的关系点。
对刀就是将刀具的刀位点置于对刀点上，以便建立工件坐标系。
本零件采
用手动对刀。
5.1正确选择对刀点
对刀方式分为机内对刀和机外对刀，本次因为加工的使用的刀具比较少，所以采用
机内对刀。
对刀方法
1.试切对刀采用G54指令建立工件坐标系对刀采用G54〜G59零点偏置指令建立工件坐标系对刀改变参考点位置，通过回参考点直接对刀多刀加工时的对刀一利用刀具长度补偿功能对刀
2.机外对刀仪对刀
3.ATC对刀
4.自动对刀
其操作步骤为：
a.将所用刀具装到主轴上使主轴中速转动；
b.将主轴沿X方向靠近，直至刀刃轻微接触到工件端面，即产生稍微摩擦；
C.X方向保持不变，将毛坯的半径输入到X工件坐标系设定中进行测量，得到X的对刀点。
d.Z轴方向上提远离工件，靠近丫轴工件的端面，丫轴方向保持不变，将毛坯的半径输入到丫工件坐标系设定中进行测量，得到丫的对刀点。
e.提起Z轴向上表面靠近，直至刀刃轻微接触到工件表面，即产生轻微摩擦，将零输入到Z工件坐标系设定中进行测量，得到Z的对刀点。
f.进行验刀，验刀正确，即对刀完成。
5.2对刀点及换刀点的合理选择
正确选择对刀点：
对刀点可以设在被加工零件上，也可以设在与零件定位基准有固
尺寸联系的夹具的某一位置或机床上。
其选择原则如下:
（1）对刀点的位置容易确定；
（2）能够方便换刀,以便与换刀点重合；
采用G54-G95建立工件坐标系时，对刀点应与工件坐标系原点重合；批量加工时为应用调整法获得尺寸，即一次对刀可加工一批工件，对刀点应选在夹具定位元件的起
始基准上,并将编程原点与定位基准重合，以便直接按定位基准对刀或将对刀点选在夹具中专设的对刀元件上，以方便对刀。
由于选择了G54来建立工件坐标系对刀，所以刀位点就与工件坐标系原点重合。
所
以对刀点就选在工件上。
这样对刀点的位置就容易确定，换刀就很容易，可以直接从对刀点进给到换刀点。
缩短了刀具的空行程，缩短了加工时间。
正确选择换刀点：
数控程序中指定用于换刀的位置点。
在数控车床上加工工件时，需要经常换刀，在程序编制时，就要设置换刀点。
换刀点的位置应避免与工件，夹具和机床干涉。
普通数控车床的换刀点由编程人员指定，通常将其与对刀点重合。
由于是用G54建立的工件坐标系，对刀点在工件上，换刀点就无法与对刀点重合。
为了使换刀点不与工件，夹具和机床干涉,缩短空行程的原则我把换刀点设立在X-100，Z100的位置上。
六制订数控加工方案
6.1合理划分数控加工工序
对于多台不同的数控机床、多道工序才能完成加工的零件，工序的划分自然以
数控
机床为单位来进行。
而对于需要很少的数控机床就能加工完零件全部内容的情况加工工序的划分一般按照下列方法进行:
（1）按所使用刀具划分，用同一把刀具加工完工件上所有该刀具应加工的表面后,再换第二把刀具。
这种方法可以减少换刀次数，减少空行程时间，消除不必要的定位误差。
（2）按工件安装次数划分，以一次装夹的加工内容作为一道工序，适合于加工内容不多的工件。
有同轴度要求的内外圆柱面或外圆和端面之间有垂直度要求的，尽可能在一次装夹中完成。
（3）按粗精加工划分，根据零件的形状、尺寸精度等因素，按粗、精加工分开的原则，先粗加工，再半精加工，最后精加工。
（4）按加工部位划分，对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。
即先加工平面、定位面，再加工孔；先加工形状简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度比较低的部位，再加工精度比较高的部位。
所以综合考虑具体情况和经济性，机床设备、现有的工装设备等因素，为了更好的完成加工，我制定了如下方案：
方案一:
以刀具划分和装夹划分需要三道工序。
工序一：
先进行粗铣、半精铣、精铣平面，后进行外轮廓的粗、半精、精加工。
工序二：
加工平面的圆弧、凹槽、凸台和矩形形状的粗加工、半精和精加工。
工序三：
最后进行通孔、螺纹孔的粗加工和精加工。
方案二:
以装夹划分需要两道工序。
工序一:
第一次装夹然后进行粗精加工使工件达到加工精度。
工序二:
掉头装夹进行粗精加工。
经过方案一与方案二的分析，为了保证各尺寸精度、保证表面粗糙度和技术要求，以一次换刀所加工作为一道工序，完成了一次装夹刀具加工所有平面，提高了生产效率、降低了劳动量、减少来了换刀时间、缩短了工时额、提高了经济效益，这样即保证了加工尺寸精度、表面粗糙度和技术要求，又符合以低生产成本加工高质量的产品，符合机械加工的原则。
6.2确定各工序的工步顺序、进给路线、绘制走刀路线图
1.工步顺序的确定
加工顺序的安排应根据零件是由多个表面构成的，这些表面有自己的精度要求，各表面之间也有相应的精度要求。
工件的结构和毛坯状况，选择工件定位和安装方式，重点保证工件的刚度不被破坏，尽量减少变形，因此加工顺序的安排应遵循以下原则
1）先粗后精的原则
各表面的加工顺序按照粗加工、半精加工、精加工和光整加工的顺序进行，目的是逐步提高零件加工表面的精度和表面质量。
如果零件的全部表面均由数控机床加工，工序安排一般按粗加工、半精加工、精加工的顺序进行，即粗加工全部完成后再进行半精加工和精加工。
粗加工时可快速去除大部分加工余量，再依次精加工各个表面，这样可提高生产效率，又可保证零件的加工精度和表面粗糙度。
该方法适用于位置精度要求较高的加工表面。
根据零件的实际情况，对于一些尺寸精度要求较高的加工表面，考虑到零件的刚度、变形及尺寸精度等要求，也可以考虑这些加工表面分别按粗加工、半精加工、精加工的顺序完成。
2）基准面先加工原则
加工一开始，总是把用作精加工基准的表面加工出来，因为定位基准的表面精确，装夹误差就小，所以任何零件的加工过程，总是先对定位基准面进行粗加工和半精加工,必要时还要进行精加工，例如，轴类零件总是对定位基准面进行粗加工和半精加工，再进行精加工。
例如轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔
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