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遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
第2章 夾具總體方案設(shè)計(jì)
2.1銑刀盤(pán)在夾具上的定位和夾緊
2.1.1銑刀盤(pán)裝夾方式的選擇：可供選擇的刀盤(pán)裝夾方式有兩種：臥軸式和立軸式
所謂臥軸式是指刀盤(pán)的軸線(xiàn)水平放置；所謂立軸式是指刀盤(pán)的軸線(xiàn)鉛直放置。鑒于所要刃磨的刀盤(pán)為裝配式刀盤(pán)，既大直徑銑刀盤(pán)，與整體刀盤(pán)相比體積和質(zhì)量都較大，因此選擇立軸式裝夾方式即刀盤(pán)軸線(xiàn)垂直于水平面放置，這樣可以使刀盤(pán)的重力方向與夾緊力方向一致，能夠保證加工時(shí)工件定位穩(wěn)定、可靠不發(fā)生振動(dòng)
2.1.2刀盤(pán)的定位和夾緊：刀盤(pán)中心有錐孔，而夾具體頂端是帶有同樣錐度的錐形臺(tái)，將刀盤(pán)的錐形孔對(duì)準(zhǔn)夾具體上的錐形臺(tái)放置，則刀體在夾具中就定位了。刀體上均勻布著四個(gè)螺釘孔，用四個(gè)螺釘即可將刀盤(pán)夾緊在夾具體上，這樣就完成了對(duì)工件的定位和夾緊
2.2工件座的設(shè)計(jì)
為了能使用同一個(gè)夾具來(lái)刃磨盡可能多的銑刀盤(pán)就必須使在同一個(gè)工件座上能使不同尺寸的銑刀盤(pán)定位，為了實(shí)現(xiàn)這一功能，將工件座設(shè)計(jì)成類(lèi)似于階梯軸的形式。但若使全部刀盤(pán)能都在同一工件座上定位，由于聯(lián)結(jié)螺栓所在圓周的直徑分別為46mm、81.4mm、106.4mm、177.8mm、385.75mm。這樣，有的圓周得逞直徑超過(guò)了其刀盤(pán)所在工件座的直徑范圍，無(wú)法對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行夾緊，而且如果階梯軸的階數(shù)過(guò)多，在刃磨時(shí)會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，即砂輪與工件座發(fā)生碰撞。為了解決上述矛盾，我們把上述所有刀盤(pán)分為兩組來(lái)進(jìn)行刃磨。這樣既能保證刀盤(pán)的定位和夾緊，又能保證不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。
我們將錐孔直徑相差較大的刀盤(pán)分在同一組，這樣可以充分保證不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。例如，將公稱(chēng)直徑分別為4′/2″、5″和12″、16″的刀盤(pán)分為一組。本夾具的設(shè)計(jì)就是用來(lái)刃磨這四種最為常用的銑刀盤(pán)的。這樣工件座就做成了如圖所示的形式。
圖 5 工件座示意圖
觀察發(fā)現(xiàn)，其聯(lián)結(jié)螺栓孔所在圓周直徑均小于其刀盤(pán)所在工件座的直徑，即46〈58.196、106.4〈126.96。能保證用螺栓能夾緊銑刀盤(pán)，并且有足夠的剛度和強(qiáng)度。用同樣的方法來(lái)設(shè)計(jì)其他尺寸的工件座即可刃磨其余尺寸的銑刀盤(pán)（本文暫不涉及）。用更換不同尺寸的工件座的方法就能達(dá)到在同一夾具上刃磨各種不同尺寸的裝配式銑刀盤(pán)，大大減少了設(shè)計(jì)的工作量和加工費(fèi)用。
2.3夾具要完成的動(dòng)作
對(duì)該類(lèi)型的銑刀盤(pán)的刃磨是通過(guò)對(duì)刀片前刀面的刃磨來(lái)實(shí)現(xiàn)的。其主要過(guò)程是首先選定刀盤(pán)的初始位置，即是使基準(zhǔn)刀片的前刀面對(duì)準(zhǔn)砂輪的工作表面，之后將刀盤(pán)夾緊，對(duì)第一個(gè)刀片的前刀面進(jìn)行刃磨，然后將刀盤(pán)依次轉(zhuǎn)過(guò)相同的角度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)全部刀片的刃磨?？偟恼f(shuō)來(lái)就是先要進(jìn)行初始位置的選擇，然后還要進(jìn)行分度。為了完成這一過(guò)程，首先要進(jìn)行初始位置的選擇夾具體要完成兩個(gè)動(dòng)作：一個(gè)是夾具體要沿其軸線(xiàn)可以轉(zhuǎn)過(guò)任意的角度，另一個(gè)是夾具體可與水平面成一定的角度。有了這兩個(gè)動(dòng)作就可以完成對(duì)銑刀盤(pán)初始位置的調(diào)整，之后即可刃磨第一個(gè)刀片，而后在進(jìn)行回轉(zhuǎn)分度，依次完成對(duì)所以刀片的刃磨。
總結(jié)起來(lái)，該夾具所要完成的動(dòng)作主要有，兩個(gè)回轉(zhuǎn)分度動(dòng)作和一個(gè)轉(zhuǎn)角動(dòng)作。為了實(shí)現(xiàn)這三個(gè)運(yùn)動(dòng)，我們分別選擇相應(yīng)的機(jī)構(gòu)來(lái)完成。
2.4分度裝置的方案分析設(shè)計(jì)與選擇
由前述分析可知要完成對(duì)銑刀盤(pán)的刃磨，夾具需要有兩個(gè)回轉(zhuǎn)分度裝置，其作用有二：一是使夾具體能轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)任意角度，以便進(jìn)行初始位置的調(diào)整：其二是使夾具能進(jìn)行較精確的分度，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)銑刀盤(pán)中每個(gè)刀片的刃磨
2.4.1回轉(zhuǎn)分度裝置的基本形式：
回轉(zhuǎn)分度裝置的門(mén)類(lèi)繁多，一般可按下述方法分類(lèi)
⑴按分度盤(pán)和對(duì)定銷(xiāo)的位置不同，可分為軸向分度和徑向分度和軸向分度，對(duì)定銷(xiāo)的運(yùn)動(dòng)方向與分度盤(pán)的回轉(zhuǎn)方向平行，其分度裝置的結(jié)構(gòu)比較緊湊；徑向分度，對(duì)定銷(xiāo)的運(yùn)動(dòng)發(fā)向與分度盤(pán)的回轉(zhuǎn)方向垂直，由于分度盤(pán)的回轉(zhuǎn)直徑較大，故能使分度對(duì)定副的間隙所造成的分度誤差相應(yīng)減小，常用于分度精度較高的場(chǎng)合。綜合考慮，由于本夾具是用在萬(wàn)能工具磨床上的，所以不能使夾具體的體積過(guò)大，否則很有可能與磨床的其他部分發(fā)生干涉，故在這里選用軸向分度。
⑵按分度裝置的工作原理不同，可分為機(jī)械分度，光學(xué)分度和電感應(yīng)分度。
機(jī)械分度裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，應(yīng)用廣泛。光學(xué)分度裝置的分度精度較高。例如，光柵分度裝置的分度精度可達(dá)±10″。但由于對(duì)工作環(huán)境的要求較高，故在機(jī)械加工中應(yīng)用很有限。
⑶按分度裝置的使用特性可分為通用、專(zhuān)用兩類(lèi)。在單位生產(chǎn)中，使用通用分度裝置，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本；在中小批生產(chǎn)中，常采用標(biāo)準(zhǔn)通用分度裝置（如回轉(zhuǎn)臺(tái)與分度頭等）與專(zhuān)用夾具聯(lián)合使用，從而可簡(jiǎn)化專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)和制造。但其分度精度有限，故只能滿(mǎn)足一般加工需要。所以在成批生產(chǎn)中廣泛使用專(zhuān)用分度裝置，以獲得較高的分度精度和生產(chǎn)效率。
2.4.2 回轉(zhuǎn)分度裝置的組成：
回轉(zhuǎn)分度裝置雖然有多種形式，但它們都是由四個(gè)基本部分組成：固定部分、轉(zhuǎn)動(dòng)部分、分度對(duì)定機(jī)構(gòu)以及鎖緊機(jī)構(gòu)。
⑴固定部分：固定部分即轉(zhuǎn)臺(tái)體，是分度裝置的基本部分，其功能相當(dāng)于夾具體。回轉(zhuǎn)臺(tái)的材料應(yīng)有較好的耐磨性、吸振性、和剛度通常采用經(jīng)過(guò)時(shí)效處理的灰鑄鐵制造。精密回轉(zhuǎn)臺(tái)體則可選用性能較好的孕育鑄鐵。
⑵轉(zhuǎn)動(dòng)部分：轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括回轉(zhuǎn)盤(pán)、襯套和轉(zhuǎn)軸等?；剞D(zhuǎn)盤(pán)通常用45鋼經(jīng)淬火回火至HRC40～45或20鋼經(jīng)滲碳淬火后回火至HRC58～63加工制成。轉(zhuǎn)盤(pán)工作面的平面度公差為0.001mm，端面跳動(dòng)公差為0.01～0.015mm。工作面對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)底面的平行度公差為0.01～0.02mm。轉(zhuǎn)軸與襯套之間的間隙一般應(yīng)在0.005～0.008之間 ，因?yàn)檫^(guò)大的間隙會(huì)使分度裝置產(chǎn)生附加的分度誤差。
⑶對(duì)定機(jī)構(gòu)：分度對(duì)定機(jī)構(gòu)由分度盤(pán)和對(duì)定銷(xiāo)組成，其作用是在轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)位之后，使其相對(duì)于固定部分定位，保證其分度裝置的回轉(zhuǎn)部分相對(duì)于固定部分獲得正確的分度位置，并進(jìn)行定位和完成插銷(xiāo)和拔銷(xiāo)的動(dòng)作。分度對(duì)定機(jī)構(gòu)的誤差會(huì)直接影響分度精度。因此是分度裝置的關(guān)鍵部分。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)工件的加工要求，合理的選擇分度對(duì)定機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型。
⑷鎖緊機(jī)構(gòu)：鎖緊機(jī)構(gòu)的作用是，當(dāng)分度完成后將其裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分之間進(jìn)行鎖緊，以增加分度裝置的剛性和穩(wěn)定性，減少加工是的振動(dòng)，同時(shí)也起到保護(hù)對(duì)定機(jī)構(gòu)的作用
此外，對(duì)于分度裝置通常要進(jìn)行潤(rùn)滑，潤(rùn)滑一般是指由油杯組成的潤(rùn)滑。其功能是減小摩擦面的磨損，并使各機(jī)構(gòu)操作靈活，當(dāng)回轉(zhuǎn)部分使用滾動(dòng)軸承時(shí)，也可以用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。
2.4.3 回轉(zhuǎn)分度裝置的方案設(shè)計(jì)
為了實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)分度的動(dòng)作，現(xiàn)提出如下幾種方案
方案1通用回轉(zhuǎn)臺(tái)
方案2鋼球分度裝置
方案3回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)位棘輪機(jī)構(gòu)
方案4端齒盤(pán)分度裝置
幾種方案的分析比較與選擇
方案1通用回轉(zhuǎn)臺(tái)，其結(jié)構(gòu)如圖6所示轉(zhuǎn)盤(pán)1和轉(zhuǎn)軸4用螺釘及銷(xiāo)釘連接，可在轉(zhuǎn)臺(tái)體2中轉(zhuǎn)動(dòng)。定位銷(xiāo)10（對(duì)定銷(xiāo)）的下端有齒條與齒輪套12嚙合。分度時(shí)，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手柄8，通過(guò)螺桿軸7上的擋銷(xiāo)（見(jiàn)B-B剖面）帶動(dòng)齒輪套12轉(zhuǎn)動(dòng)，使對(duì)定銷(xiāo)10在彈簧11的作用下插入另一個(gè)分度襯套的孔中，從而，完成一次分度。順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)手柄8，由于螺桿軸的軸向作用將彈性開(kāi)口鎖緊圈6收緊，并帶動(dòng)錐型圈5向下將轉(zhuǎn)盤(pán)鎖緊
圖6 立式通用回轉(zhuǎn)臺(tái)
該裝置的定位是通過(guò)使對(duì)定銷(xiāo)插入轉(zhuǎn)盤(pán)的每個(gè)定位孔中實(shí)現(xiàn)的 。所要刃磨的銑刀盤(pán)的刀片數(shù)各有不同，分別為8，12，16，20，24，32，42。也就是說(shuō)在轉(zhuǎn)盤(pán)的圓周上加工出能使整個(gè)圓周進(jìn)行8，12，20，24，32，42等分定位孔。這樣做的加工難度非常大，并且孔與孔之間極有可能發(fā)生干涉。
圖7 鋼球分度裝置
1- 手柄 2-螺母 3-移動(dòng)軸 4下鋼球盤(pán) 5-上鋼球盤(pán)
6-轉(zhuǎn)軸
方案2鋼球分度裝置 如圖7所示為鋼球盤(pán)分度裝置的工作原理，該裝置的上下兩個(gè)鋼球盤(pán)分別用一圈相互擠緊的鋼球作為上下分度盤(pán)。所用鋼球的直徑和幾何形狀的一致性、鋼球分布的均勻性都對(duì)裝置的分度精度有和承載能力影響很大，必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的挑選，其直徑尺寸偏差和球面輪廓讀誤差均應(yīng)控制在0.3μm 之內(nèi)。圖中所示為上下分度盤(pán)，其端面上各嵌有鋼球若干粒。其數(shù)量與分度機(jī)構(gòu)的最小角度值有關(guān)。如圖，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1使移動(dòng)軸3向上運(yùn)動(dòng)將上鋼球盤(pán)5抬起，上下分度盤(pán)分開(kāi)，這時(shí)旋轉(zhuǎn)分度盤(pán)到某一個(gè)角度后停止，反向旋轉(zhuǎn)手柄，使上分度盤(pán)下落兩分度盤(pán)在心得位置上鎖緊，分度運(yùn)動(dòng)完成。
方案3回轉(zhuǎn)工作臺(tái)分度轉(zhuǎn)位棘輪機(jī)構(gòu)
如圖8 所示為該機(jī)構(gòu)的視圖。油缸中的液體通過(guò)油口A進(jìn)入，推動(dòng)齒條1直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)齒輪2及裝在其上的棘輪爪3推動(dòng)棘輪4及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)軸5順時(shí)針?lè)侄绒D(zhuǎn)位。當(dāng)齒條1由于油缸液體的流動(dòng)方向的改變而返回原位時(shí)，齒輪2按虛線(xiàn)方向反轉(zhuǎn)，但此時(shí)棘爪3僅在棘輪齒面上滑過(guò)，棘輪4及轉(zhuǎn)軸5停歇不動(dòng)，即工作臺(tái)靜止，圖中螺釘6用來(lái)調(diào)節(jié)齒條1的移動(dòng)距離，以改變工作臺(tái)轉(zhuǎn)位角的大小，這樣棘輪由于需要單向轉(zhuǎn)動(dòng)，故棘輪齒形應(yīng)制成不對(duì)稱(chēng)梯形齒。
圖8回轉(zhuǎn)工作臺(tái)分度轉(zhuǎn)位棘輪機(jī)構(gòu)
1-齒條 2-齒輪 3-棘爪 4-棘輪 5-轉(zhuǎn)軸6-螺釘
該種分度回轉(zhuǎn)裝置，分度準(zhǔn)確，定位可靠，僅用一螺釘即可調(diào)節(jié)每回分度轉(zhuǎn)角的大小，但該裝置引入液壓系統(tǒng)，將夾具的結(jié)構(gòu)大大復(fù)雜化。
方案4 端齒盤(pán)分度裝置 其結(jié)構(gòu)如圖9 所示。圖中上齒盤(pán) 為工作臺(tái)，下齒盤(pán)為底座，轉(zhuǎn)動(dòng)起落手柄，上下齒盤(pán)脫開(kāi)按照分度圈上的刻度可將上齒盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)需要的角度，進(jìn)行分度 ，然后落下上齒盤(pán) ，使兩齒盤(pán)相互嚙合，就完成了分度動(dòng)作。
端齒盤(pán)分度裝置的特點(diǎn)是：分度精度高，分度范圍大，精度重復(fù)性好，精度保持性好，并且具有良好的剛度。但其制造費(fèi)用較高，所以?xún)r(jià)格較高。
在全面分析和比較了上述四種翻覆案的基礎(chǔ)上，最后，選擇端齒盤(pán)分度裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)夾具所要完成的回轉(zhuǎn)分度工作。
圖 9 端齒盤(pán)分度裝置
端齒盤(pán)分度裝置的特點(diǎn)：
1分度精度高、分度精度的重復(fù)性和持久性好。一般機(jī)械分度裝置的精度，隨著分度裝置的磨損將逐漸降低。但立式端齒盤(pán)在使用的過(guò)程中卻相當(dāng)于上、下齒盤(pán)在連續(xù)不斷地對(duì)眼研，因此使用越久，上下齒盤(pán)的嚙合越好，分度精度的重復(fù)性和持久性越好。
2分度范圍大：端齒盤(pán)的齒數(shù)可任意確定，以適應(yīng)各種分度需要。例如齒數(shù)為360的端齒盤(pán)，最小分度值為1°。
3剛性好：上下齒盤(pán)嚙合無(wú)間隙且能自動(dòng)定心，整個(gè)分度盤(pán)形成一個(gè)剛性良好的整體。
4結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便
2.5 轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)
為了調(diào)整銑刀盤(pán)的初始位置，夾具體除了要完成回轉(zhuǎn)分度動(dòng)作以外還必須完成能使刀盤(pán)所在平面與水平面成一個(gè)角度的動(dòng)作。為了實(shí)現(xiàn)這一動(dòng)作，夾具必須能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角的功能，現(xiàn)提出兩種方案
方案一 液壓轉(zhuǎn)角器
方案二 機(jī)械轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)
方案的分析與選擇
方案一 液壓轉(zhuǎn)角器（齒條傳動(dòng)活塞液壓缸）其結(jié)構(gòu)如圖10所示，液壓轉(zhuǎn)角器是將液壓缸活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)動(dòng)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是將兩個(gè)活塞液壓缸用一個(gè)齒條對(duì)接起來(lái)。兩端油口交替進(jìn)入液壓油。液壓力作用在活塞上，使活塞和齒條的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。用行程螺釘可以調(diào)整活塞的行程。兩端的端蓋均采用半環(huán)連接，可以承受大的液壓力。
圖10液壓轉(zhuǎn)角器
1- 形成調(diào)整螺釘 2端蓋 3-半環(huán) 4-O型密封
5-缸體6-齒條 7-齒輪 8-轉(zhuǎn)動(dòng)軸 9-活塞
這種轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)，使用方便，操作簡(jiǎn)單，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
方案二 機(jī)械轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)， 其結(jié)構(gòu)如圖11所示，分為上下兩部分。上滑塊可沿圓弧型軌道相對(duì)于下滑塊滑動(dòng)。因?yàn)檐壍朗菆A弧型的，這就使上滑塊在滑動(dòng)的過(guò)程中形成了一個(gè)夾角，轉(zhuǎn)過(guò)角度的大小可有滑塊上的刻度線(xiàn)來(lái)確定在下滑塊中加工出一個(gè)弧型的T型槽，上下滑塊用T型槽用螺栓連接，T性槽用螺栓相對(duì)于上滑塊是固定的，一起沿軌道相對(duì)于下滑塊滑動(dòng)。
圖11 機(jī)械轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)
這種轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它是手動(dòng)使用起來(lái)沒(méi)有液壓轉(zhuǎn)角器方便。
考慮到萬(wàn)能工具磨床體積較小，如果在其上使用的夾具體積過(guò)大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化，極有可能發(fā)生干涉現(xiàn)象。液壓轉(zhuǎn)角器雖然使用方便，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要增設(shè)液壓回路，而機(jī)械轉(zhuǎn)角器雖然操作起來(lái)沒(méi)有液壓轉(zhuǎn)角器方便但其結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。
基于上述分析，選擇機(jī)械轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)來(lái)完成轉(zhuǎn)角的功。
2.6 夾具體方按設(shè)計(jì)
夾具所要完成的動(dòng)作主要有三個(gè)，兩個(gè)回轉(zhuǎn)分度動(dòng)作和一個(gè)轉(zhuǎn)角動(dòng)作，已經(jīng)選擇了相應(yīng)的機(jī)構(gòu)去完成，下面所要進(jìn)行的任務(wù)就是要把這些機(jī)構(gòu)組合在一起，并且將其安裝在萬(wàn)能工具磨床上。
2.6.1 總體方案設(shè)計(jì)
夾具體由四個(gè)機(jī)構(gòu)組成，他們分別是一個(gè)工件座，兩個(gè)回轉(zhuǎn)分度裝置和一個(gè)轉(zhuǎn)角裝置?，F(xiàn)提出三種方案將這四個(gè)機(jī)構(gòu)組合在一起。
方案的分析與比較 方案一、二的共同特點(diǎn)是：當(dāng)調(diào)整好刀片的初始位置后，刃磨完第一個(gè)刀片后，要進(jìn)行分度轉(zhuǎn)位，來(lái)刃磨下一個(gè)刀片，這會(huì)使調(diào)整好的初始位置被改變，這使得每刃磨完一個(gè)刀片后就得進(jìn)行一次位置的調(diào)整，而方案三將轉(zhuǎn)角機(jī)構(gòu)放在兩個(gè)分度盤(pán)中間，這樣就避免了這樣現(xiàn)象的發(fā)生。只調(diào)整好初始位置后即可開(kāi)始刃磨，在分度時(shí)不會(huì)改變初始位置
2.6.2夾具與機(jī)床的連接
如圖12所示。在夾具體底部加工出一個(gè)長(zhǎng)鍵槽，將兩個(gè)長(zhǎng)鍵用螺釘固定在鍵槽內(nèi)，然后將夾具體和 長(zhǎng)鍵一起放在機(jī)床導(dǎo)軌的T型槽內(nèi)，只有長(zhǎng)鍵的兩個(gè)側(cè)面與導(dǎo)軌的T型槽接觸，這樣即可使夾具在機(jī)床上滑動(dòng)，并且保證定位準(zhǔn)確、可靠。
圖12 夾具與機(jī)床連接示意圖
1夾具體；2定位塊；3 T型槽；4機(jī)床導(dǎo)軌
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