011807404442彭佳铣床尾座顶尖套双槽夹具设计.docx
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011807404442彭佳铣床尾座顶尖套双槽夹具设计
高等教育自学考试本科毕业论文
铣床尾座顶尖套双槽夹具设计
考生姓名：
彭佳准考证号：
011807404442
专业层次：
本科院（系）：
机械与动力工程
指导教师：
梁雪峰职称：
讲师
重庆科技学院
二OO九年12月20日
高等教育自学考试本科毕业论文
铣床尾座顶尖套双槽夹具设计
考生姓名：
彭佳
准考证号：
011807404442
指导教师：
梁雪峰
院（系）：
机械与动力工程学院
重庆科技学院
二OO九年12月20日
摘要
本文首先介绍了夹具的研究背景和发展趋势、课题的作用和意义、夹具的组成以及铣床夹具的结构特点，通过对参考文献进详细的分析，阐述了定位方案的选择、夹紧方案的确定、对刀方案的选择、夹具体与定位键、夹具总图上的尺寸、公差和技术要求以及加工精度分析。
关键字：
定位，夹紧，对刀，铣夹具
Slotmillingfixturedesigntailstocksleevetop
Abstract
Thisarticlefirstintroducestheresearchbackgroundofthefixtureandtrendsintheroleandsignificanceofthesubject,thecompositionofthefixture,aswellasthestructuralcharacteristicsofmillingfixture,throughreferencetoliteratureintoadetailedanalysisoftheprogramdescribedthechoiceofpositioning,clampingtheprogramdeterminedthechoiceoftheprogramontheknife,aspecificfolderandpositioningkeyfixtureontheoverallmapsize,tolerancesandtechnicalrequirementsaswellastheprocessingprecisionanalysis.
Keywords:
positioning,clamping,toknives,millingfixture
目录
摘要I
SlotmillingfixturedesigntailstocksleevetopII
1绪论1
1.1课题背景及发展趋势1
1.1.1课题背景1
1.2.2机床夹具的发展趋势1
1.2课题的作用与意义2
1.2.1保证加工精度，降低人工等级3
1.2.2提高劳动生产率和降低加工成本3
1.2.3扩大机床工艺范围3
1.2.4改变原机床的用途，扩大机床适用范围3
1.2.5减轻操作的劳动强度，做到安全生产3
2铣床夹具概述4
2.1夹具的分类及组成4
2.2铣床夹具的组成4
2.3铣床夹具的主要类型及结构特点5
3夹具的设计7
3.1设计步骤7
3.2设计要点8
3.3初定夹具结构方案9
3.4铣床尾座顶尖套双槽夹具设计10
3.5工艺规程设计12
结论21
致谢22
论文原创性声明23
1绪论
机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。
又称卡具。
从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。
1.1课题背景及发展趋势
1.1.1课题背景
2009年中国自动化工装夹具行业发展迅速，国内生产技术不断提升。
国内企业为了获得更大的投资收益，在生产规模和产品质量上不断提升。
但是来自国际金融危机、外部政策环境恶化、产业上游原料价格上涨，下游需求萎缩等众多不利因素使得自动化工装夹具行业在2010年的市场状况及价格走势备受关注。
夹具最早出现在18世纪后期。
随着科学技术的不断进步，夹具已从一种辅助工具发展成为门类齐全的工艺装备。
有关统计表明，目前的中、小批多品种生产的工件品种已占工件种类总数的85％左右。
现代生产要求企业所制造的产品品种经常更新换代，以适应市场的需求与竞争。
然而，一般企业都仍习惯于大量采用传统的专用夹具，一般在具有中等生产能力的工厂里，约拥有数千甚至近万套专用夹具；另一方面，在多品种生产的企业中，每隔3～4年就要更新50～80％左右专用夹具，而夹具的实际磨损量仅为10～20％左右。
特别是近年来，数控机床、加工中心、成组技术、柔性制造系统（FMS）等新加工技术的应用，对机床夹具提出了如下新的要求：
（1）能迅速而方便地装备新产品的投产，以缩短生产准备周期，降低生产成本；
（2）能装夹一组具有相似性特征的工件；
（3）能适用于精密加工的高精度机床夹具；
（4）能适用于各种现代化制造技术的新型机床夹具；
（5）采用以液压站等为动力源的高效夹紧装置，以进一步减轻劳动强度和提高劳动生产率；
（6）提高机床夹具的标准化程度。
所以，老式的夹具已经不能满足生产需要了，更经济化、高效化的夹具也就慢慢的发展出来。
1.2.2机床夹具的发展趋势
机床夹具的发展方向主要表现为标准化、精密化、高效化和柔性化等四个方面。
（1）标准化机床夹具的标准化与通用化是相互联系的两个方面。
目前我国已有夹具零件及部件的国家标准：
GB/T2148～T2259－91以及各类通用夹具、组合夹具标准等。
机床夹具的标准化，有利于夹具的商品化生产，有利于缩短生产准备周期，降低生产总成本。
（2）精密化随着机械产品精度的日益提高，势必相应提高了对夹具的精度要求。
精密化夹具的结构类型很多，例如用于精密分度的多齿盘，其分度精度可达±0.1"；用于精密车削的高精度三爪自定心卡盘，其定心精度为5μm。
（3）高效化高效化夹具主要用来减少工件加工的基本时间和辅助时间，以提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度。
常见的高效化夹具有自动化夹具、高速化夹具和具有夹紧力装置的夹具等。
例如，在铣床上使用电动虎钳装夹工件，效率可提高5倍左右；在车床上使用高速三爪自定心卡盘，可保证卡爪在试验转速为9000r/min的条件下仍能牢固地夹紧工件，从而使切削速度大幅度提高。
目前，除了在生产流水线、自动线配置相应的高效、自动化夹具外，在数控机床上，尤其在加工中心上出现了各种自动装夹工件的夹具以及自动更换夹具的装置，充分发挥了数控机床的效率。
（4）柔性化机床夹具的柔性化与机床的柔性化相似，它是指机床夹具通过调整、组合等方式，以适应工艺可变因素的能力。
工艺的可变因素主要有：
工序特征、生产批量、工件的形状和尺寸等。
具有柔性化特征的新型夹具种类主要有：
组合夹具、通用可调夹具、成组夹具、模块化夹具、数控夹具等。
为适应现代机械工业多品种、中小批量生产的需要，扩大夹具的柔性化程度，改变专用夹具的不可拆结构为可拆结构，发展可调夹具结构，将是当前夹具发展的主要方向。
综上所述，夹具在机械加工生产过程中起着重大的作用，夹具的发展是为了满足当代机械加工工艺的需要，可以说是社会的发展、生产的需要带动着夹具的发展，其发展过程是是必然的。
1.2课题的作用与意义
由于专用夹具可以按照工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施来保证操作的安全。
对工件进行机械加工时，为了保证加工要求，首先要使工件相对刀具（或机床）有正确的位置，并使这个位置在加工过程中不因外力的影响而变动，为此，进行机械加工之前，先将工件装夹好。
工件的装夹方法有两种：
一种使工件直接装夹在机床的工作台或花盘上；另一种使工件装夹在夹具上。
采用第一种方法装夹工件时，一般要先按图样要求在工件表面划线，划出加工表面的尺寸和位置，装夹时用划针或百分表找正后再夹紧。
这种方法不需专门装备，但效率低，一般用于单件或者小批生产。
批量较大时，大都采用夹具装夹工件。
用夹具装夹工件有以下优点：
1.2.1保证加工精度，降低人工等级
零件的加工精度，包括尺寸精度，几何形状精度和表面相互位置精度三种。
实用夹具的最大功用，是保证零件上加工表面的位置精度。
例如，在摇臂钻床上使用钻夹具加工孔系时，可保证达到0.10～0.20mm的中心距精度，而按划线找正加工时，仅能保证0.4～1.0mm，而且受到操作技术的影响，同批零件的质量也不稳定。
当工件的形状复杂及精度要求高时，往往不易或不能依靠通用机床及其附件来达到加工要求，因此需要采用专用夹具
1.2.2提高劳动生产率和降低加工成本
使用夹具后，免除了每件都要找正、对刀等时间，加速工件的装卸，从而大大减少了有关工件安装的辅助时间。
特别对那些机动时间较短而辅助时间长的中小件加工意义更大。
此外，用夹具安装还容易实现多件加工、多工位加工、可进一步缩短辅助时间，提高劳动生产率。
1.2.3扩大机床工艺范围
工件的结构形状时各式各样的，现在对精度和生产率的要求也越来越高，在某些情况下，原有机床难以适应。
为解决这一困难，往往采用专用夹具以扩大机床的适用范围，实现“一机多用”。
例如在机床上使用镗夹具，就可以代替镗床来做镗孔工作，解决缺乏设备的困难
1.2.4改变原机床的用途，扩大机床适用范围
在产品更换时，工厂现有的机床设备，有时往往不能适应新产品的要求。
为此，可以采用夹具来改变机床的用途
1.2.5减轻操作的劳动强度，做到安全生产
由于夹具中可以采用扩力机构来减小操作的原始力，而且有时还可以采用各种机动夹紧装置，故可使操作省力，减轻劳动强度。
由于专用夹具可以按照工件加工的具体要求进行设计，故可事先采取措施来保证操作的安全。
2铣床夹具概述
2.1夹具的分类及组成
夹具的分类
机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。
常用的分类方法有以下几种。
1.按夹具的使用特点分类
（1）通用夹具已经标准化的，可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，如三爪定心卡盘、机床用平口虎钳、万能分度头、磁力工作台等。
这些夹具已作为机床附件的专门工厂制造供应，只需选购即可。
（2）专用夹具专门为某一工件的某道工序设计制造的夹具，称为专用夹具。
专用夹具一般在批量生产中使用。
（3）可调夹具夹具的某些元件可调整或可更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调夹具。
它还分为通用可调夹具和成组夹具两类。
（4）组合夹具采用标准的组合夹具元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组合夹具。
（5）拼装夹具用专门的标准化、系列化的拼装夹具而成的夹具，称为拼装夹具。
它具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。
它的基础板和夹紧部件中常带有小型液压缸。
。
此类夹具更适合在数控机床上使用。
2.按使用机床分类
夹具按使用机床可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其它机床夹具等。
3.按夹紧的动力源分类
夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具以及真空夹具等。
2.2铣床夹具的组成
铣床夹具的种类和结构虽然繁多，但它们的组成均可概括为下面几个部分。
1．定位装置定位装置的作用是使工件在夹具中占据正确的位置。
2．夹紧装置夹紧装置的作用是将工件压紧夹牢，保证工件在加工过程中受到外力作用是不离开已经占据的正确位置。
3．对刀或导向装置对刀或导向装置用于确定刀具相对于定位元件的正确位置。
4．连接元件连接元件是确定夹具在机床上正确位置的元件。
5．夹具体夹具体是机床夹具的基础件。
6．其它装置或元件它们是指夹具中因特殊需要而设置的装置或元件。
如需加工按一定规律分布的多个表面时，常设置分度装置；为能方便、准确地定位，常设置预定位装置；对于大型夹具，常设置吊装元件等。
2.3铣床夹具的主要类型及结构特点
一、铣床夹具的主要类型及结构形式
在铣削加工时，往往把夹具安装在铣床工作台上，工件连同夹具随工作台作进给运动。
根据工件的进给方式，一般可将铣床夹具分为下列二种类型：
在铣削加工时，往往把夹具安装在铣床工作台上，工件连同夹具随工作台作进给运动。
根据工件的进给方式，一般可将铣床夹具分为下列二种类型：
在铣削加工时，往往把夹具安装在铣床工作台上，工件连同夹具随工作台作进给运动。
根据工件的进给方式，一般可将铣床夹具分为下列二种类型：
1.直线进给式铣夹具
这类夹具在铣削加工中随铣床工作台作直线进给运动。
如图2-1所示为双工位直线进给铣床夹具。
夹具1、2安装在双工位转台3上，当夹具1工作时，可以在夹具2上装卸工件。
夹具1上的工件加工完毕，可将工作台5退出，然后将工位转台转180度，这样可以对夹具2上的工件进行加工，同时在夹具1上装卸工件。
2.圆周进给铣床夹具
这类夹具常用于具有回转工作台的铣床上，工件连同夹具随工作台作连续、缓慢的回转进给运动，不需停车就可装卸工件。
如图2-2所示为一圆周进给的铣床夹具。
工件1依次装夹在沿回转工件台3圆周位置安装的夹具上，铣刀2不停地铣削，回转工作台3作连续的回转运动，将工件依次送入切削。
此例是用一个铣刀头加工的。
根据加工要求，也可用两个铣刀头同时进行粗、精加工。
3夹具的设计
3.1设计步骤
1.明确设计任务与收集设计资料
夹具设计的第一步是在已知生产纲领的前提下，研究被加工零件的零件图、工序图、工艺规程和设计任务书，对工件进行工艺分析。
其内容主要是了解工件的结构特点、材料；确定本工序的加工表面、加工要求、加工余量、定位基准和夹紧表面及所用的机床、刀具、量具等。
其次是根据设计任务收集有关资料，如机床的技术参数，夹具零部件的国家标准、部颁标准和厂订标准，各类夹具图册、夹具设计手册等，还可收集一些同类夹具的设计图样，并了解该厂的工装制造水平，以供参考。
2.拟订夹具结构方案与绘制夹具草图
1）确定工件的定位方案，设计定位装置。
2）确定工件的夹紧方案，设计夹紧装置。
3）确定对刀或导向方案，设计对刀或导向装置。
4）确定夹具与机床的连接方式，设计连接元件及安装基面。
5）确定和设计其它装置及元件的结构形式。
如分度装置、预定位装置及吊装元件等。
6）确定夹具体的结构形式及夹具在机床上的安装方式。
7）绘制夹具草图，并标注尺寸、公差及技术要求。
8）进行必要的分析计算。
工件的加工精度较高时，应进行工件加工精度分析。
有动力装置的夹具，需计算夹紧力。
当有几种夹具方案时，可进行经济分析，选用经济效益较高的方案。
3.审查方案与改进设计
夹具草图画出后，应征求有关人员的意见，并送有关部门审查，然后根据根据他们的意见对夹具方案作进一步修改。
4.绘制夹具装配总图
夹具的总装配图应按国家制图标准绘制。
绘图比例尽量采用1：
1。
主视图按夹具面对操作者的方向绘制。
总图应把夹具的工作原理、个种装置的结构及其相互关系表达清楚。
夹具总图绘制次序如下：
1.用双点划线将工件的外形轮廓、定位基面、夹紧表面及加工表面绘制在各个视图的合适位置上。
在总图中，工件可看作透明体，不遮挡后面夹具上的线条。
2.依次绘出定位装置、夹紧装置、对刀或导向装置、其它装置、夹具体及连接元件和安装基面。
3.标注必要的尺寸、公差和技术要求。
4.编制夹具明细表及标题栏。
5..绘制夹具零件图
夹具中的非标准零件均要画零件图，并按夹具总图的要求，确定零件的尺寸、公差及技术要求。
3.2设计要点
由于铣削过程不是连续切削，极易产生铣削振动，铣削的加工余量一般比较大，铣削力也较大，且方向是变化的，因此设计时要注意，①夹具要有足够的刚度和强度；②夹具要有足够的夹紧力，夹紧装置自锁性要好；③夹紧力应作用在工件刚度较大的部位上，且着力点和施力方向要恰当；④夹具的重心应尽量低，高度与宽度之比不应大于1：
2.5；⑤要有足够的排屑空间。
切屑和冷却液能顺利排出，必要时可设计排屑孔。
为了调整和确定夹具相对于机床的位置及工件相对于刀具的位置，铣床夹具应设置定位键和对刀装置。
1．定向键
定位键安装在夹具底面的纵向槽中，一般采用两个，其距离越远，定向精度越好。
定位键不仅可以确定夹具在机床上的位置，还可以承受切削扭矩，减轻螺栓的负荷，增加夹具的稳定怀，因此，铣平面夹具有时也装定位键。
除了铣床夹具使用定位键外，钻床、镗床等专用夹具也常使用。
定位键有矩形和圆形两种，圆形定位键（如图2-3C所示）补偿贸易加工，便较易磨损，故用得不多。
矩形定位键有两种结构形式，一种在键的侧面开有沟槽或台附（图2-3b），把键分为上、下两部分，其上部按H7/h6与夹具体底面上的槽或台附。
下部与多才多艺床工作台上的T形槽配合。
因工作台T形槽的公差为H8或H7，故尺寸b按h8或h6制造，以减少配合间隙，提高定向精度。
另一种键为矩形（图2-3）上下两部分尺寸相同，它适用于定向烳工度要求不高的夹具
2．对刀装置
对刀装置由对刀块和塞尺组成，用来确定夹具和刀具的相对位置。
对刀装置的结构形式取决于加工表面的形状。
对刀块常用销钉和螺钉紧固在夹具体上，其位置应便于使用塞尺对刀，不妨碍工件装卸。
对刀时，在刀具与对刀块之间加一塞尺，避免刀具与对刀块直接接触而损坏刀刃或造成对刀块过早磨损。
塞尺有平塞尺和圆柱形塞尺两种，其厚度和直径为3～5mm,制造公差h6。
对刀块和塞尺均已标准化（设计时可查阅相关手册），使用时，夹具总图上应标明塞尺尺寸及对刀块工作表面与定位元件之间的位置。
对刀装置应设置在便于对刀而且是工件切入的一端。
3.夹具体设计
为提高铣床夹具在机床上安装的稳固性，减轻其断续切削可能引起的振动，夹具体不仅要有足够的刚度和强度，其高度和宽度比也应恰当，一般有H/B≤1～1.25，以降低夹具重心，使工件加工表面尽量靠近工作台面。
此外，还要合理地设置加强筋和耳座。
若夹具体较宽，可在同一侧设置两个与铣床工作台T形槽间等距的耳座；对重型铣床夹具，夹具体两端还应设置吊装孔或吊环等以便搬运。
3.3初定夹具结构方案
1）工件定位方案及定位装置
定位方案：
一面两销定位，利用R12圆柱体一个端面限制3个自由度，R7孔内放短销限制2个自由度，再利用档销限制一个自由度，完全定位。
定位装置：
采用A型固定式定位销同时限制5个自由度，只需稍加改进即可安装在夹具体上，另外再用配合在夹具体上的圆柱销做档销。
2）工件夹紧方案及夹紧装置
夹紧方案及装置：
在改进过的固定式定位销两端用螺母夹紧，因为在铣床上进行加工，加工力较大，要求夹紧装置具有足够的强度，因此，还需在工件与档销相对应的另一侧进行夹紧以防工件旋转，夹紧装置为直接安装在夹具体上的六角头压紧螺钉。
3）其他装置及原件的结构形式
该工序加工机床为X62W卧式铣床，除需要将夹具体固定在工作台上以外还需要对刀装置。
工序中采用三面刃铣刀同时铣脚的两面，所以对刀块选择直角对刀块对其中一个铣刀进行对刀。
4）夹具体的结构形式及夹具与机床的连接方式
夹具体为铸造件，主要工作面为与机床工作台垂直的面板，该面主要用来固定定位销、档销及六角头压紧螺钉；底平面用来与铣床工作台进行连接同时固定对刀块。
X62W卧式铣床工作台相对于操作者来说为左右方向水平放置，走刀方向与工作台方向一致，因此，两定位键为左右布置，距离尽量加大，两个座耳因为要承受较大的力所以也要左右布置。
3.4铣床尾座顶尖套双槽夹具设计
图2-4为顶尖套双槽夹具
一、零件本工序的加工要求分析
粗铣宽4mm，8mm的十字形通槽。
本工序前已加工的表面如下：
①同时铣大小一端面（两工件一起加工）；
②同时铣大小一端面（两工件一起加工）；
③钻，铰Φ30H11孔并倒角；
④钻，铰Φ14H8孔并倒角。
本工序使用机床为X5020立式铣床；刀具为错齿三面刃铣刀。
二、拟订定位方案
⑴定位方案根据工件结构特点，其定位方案如下。
以大头端Φ30H11的孔及小头端Φ14H8的孔作为定位基准，再选大小头端左端面作为定位基准。
以大头孔作为定位基准限制了z转动；
以小头孔作为定位基准限制了x的移动和y的移动及x的转动和y的转动。
以大、小头孔作为定位基准限制了z移动。
⑵定位误差计算
由于零件是一面两销定位，由于孔与心轴存在最大配合间隙，因此在
铣槽时会产生直线位移误差。
由于误差对铣十字槽的影响很小，可忽略不计
三、确定夹具方案
参考夹具资料，采用钩形压板夹紧工件。
如图2-5所示：
3.5工艺规程设计
一、定位基面的选择
定位基面的选择是拟定零件的机械加工路线，确定加工方案中首先要做的重要工作。
基面选择得正确、合理与否，将直接影响工件的加工质量和生产率。
在选择定位基面时，需要同时考虑以下三个问题：
（1）以哪一个表面作为加工时的精基面或统一基准，才能保证加工精度，使整个机械加工工艺过程顺利地进行。
（2）为加工上述精基面或统一基准，应采用哪一个表面作为粗基面。
（3）是否有个别工序为了特殊的加工要求，需要采用统一基准以外的精基面。
精基面的选择：
根据精基面的选择原则，选择精基面时，首先应考虑基准重合的问题，即在可能的情况下，应尽量选择加工表面的设计基准为定位基准。
在连杆机械加工工艺过程中，大部分工序选用连杆的一个指定的端面和小头孔作为主要基面，并用大头孔处指定一侧的外圆面作为另一基面。
这是由于：
端面的面积大，定位比较稳定；用小头孔定位可直接控制大小头孔的中心距。
这样就使各工序的定位基准统一起来，减少定位误差。
再深入研究一下：
（1）根据零件图，连杆零件的大小头孔有一端面（即右端面）在一个平面上，因此可以同时加工出来，但另一端面（即左端面）不在一个平面上，这对作为定位基准面来说是不利的。
因此，在加工时需主意其定位方案的合理性。
（2）小头孔外圆作为基面，所以小头孔外圆表面的加工安排得比较早。
在小头孔与大头孔作为定位基面前的加工工序且钻孔、扩孔、铰孔，这些工序对于加工后的孔与孔的平行度不易保证，有时会影响到后续工序的加工精度，因此，在加工时应注意，选用合理的定位方案。
（3）在第一道工序中，工件的各个表面都是毛坯表面，定位和夹紧的条件都较差，而加工余量和切削力都较大，如果再遇上工件本身的刚性差，则对加工精度会有很大影响，因此第一道工序的定位和夹紧方法的选择，对于整个工艺过程的加工精度常有深远的影响。
连杆加工就是如此。
在粗铣中工件如何定位呢？
一个方法是以毛坯端面定位，在侧面和端部夹紧，粗铣一个端面后，翻身，以铣好的面定位，铣另一个毛坯面。
但是由于毛坯表面不平整，连杆的刚性差，定位夹紧时工件可能变形，粗铣后端面似乎平整了，一放松，工件又恢复变形，影响后续工序的定位精度。
二、连杆零件表面加工方法的选择
零件各表面加工方法和方案的选择，首先要保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，还须考虑生产率和经济性方面的要求，在选择时，应根据各种加工方法的特点及其经济加工精度和表面粗糙度，结合零件的特点和技术要求，慎重决定。
本零件的加工面有：
大小头孔两端面，小头孔外圆，大小头孔，十字形槽，大小孔端槽及螺纹孔。
大小头孔两端面：
未注公差，表面粗糙度为Ra3.2μm。
需进行粗铣及半精铣。
Φ30H11的大头孔：
公差等级为H11，表面粗糙度为Ra6.3μm，采用钻孔及扩孔即可加工出。
小头端Φ10的小孔：
未注公差及表面粗造度，采用钻加工即可。
Φ14H8的小头端不通孔：
公差等级为H8，表面粗糙度为Ra1.6μm，在已钻出的基础上扩孔及铰孔即可达到要求。
铣两个宽4mm，8mm的十字形通槽：
未注公差等级，表面
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