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12 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 平尺刻線機(jī)設(shè)計(jì) 說明書 學(xué)生姓名 劉 康 樂 學(xué) 號(hào) 8031208115 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 班 級(jí) 12-1 指導(dǎo)教師 劉 媛 媛 日 期 2012.5 塔里木大學(xué)教務(wù)處制 目錄 1 緒 論 ......................................................................................................................................................3 1.1 選題的意義和目的 ........................................................................................................................3 1.2 本課題的研究現(xiàn)狀 ........................................................................................................................3 1.3 本課題需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題 ....................................................................................................4 1.4 方案的確定 ....................................................................................................................................4 2 總體設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................................5 2.1 機(jī)型 ................................................................................................................................................5 2.2 工作原理 ......................................................................................................................................5 2.3 總體配置 ......................................................................................................................................6 2.4 基本設(shè)計(jì)參數(shù) .................................................................................................................................6 2.5 進(jìn)料槽 .............................................................................................................................................6 2.6 抬刀機(jī)構(gòu) ........................................................................................................................................6 3 動(dòng)力性能計(jì)算 ........................................................................................................................................6 3.1 主工作動(dòng)力的選擇 ........................................................................................................................6 4 主要工作部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 ....................................................................................................................8 4.1 設(shè)計(jì)要求 ........................................................................................................................................8 4.2 刀架軸的尺寸設(shè)計(jì)以及校核 ........................................................................................................8 4.3 立軸的設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................10 4.4 摩擦輪鎮(zhèn)壓彈簧的選擇 ..............................................................................................................10 4.5 摩擦輪力的計(jì)算 ..........................................................................................................................11 4.6 凸輪的設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................12 4.7 齒輪軸上齒輪齒條副的傳動(dòng)比 ...................................................................................................13 4.8 摩擦輪軸的設(shè)計(jì) ..........................................................................................................................13 4.8.1 軸的定位和材料的選取說明 ..................................................................................................13 4.9 刻線周期的確定 ..........................................................................................................................15 4.10 不完全齒輪的設(shè)計(jì) ....................................................................................................................17 5.其他零部件 ..........................................................................................................................................18 5.1 水平軸 ..........................................................................................................................................18 圖 5-1 水平軸 ..........................................................................................................................................18 5.2 刻線刀示意圖 ..............................................................................................................................18 5.3 工作臺(tái)示意圖 ..............................................................................................................................19 5.4 軸承的選取 參見參考資料1第 64 頁。 ................................................................................19 5.5 鍵的選取 根據(jù)設(shè)計(jì)的需要,見參考資料1第 53 頁。 ........................................................19 5.6 水平軸復(fù)位彈簧的選取 ..............................................................................................................19 6 結(jié)論 ......................................................................................................................................................19 致 謝 ..................................................................................................................................................20 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................................................21 1 緒 論 1.1 選題的意義和目的 人們在認(rèn)識(shí)我們所生活的大自然到改造我們生活的大自然,由表及里,逐一深入,從 外及內(nèi),顏色、形狀、大小、尺寸以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。長度測量就顯現(xiàn)出它的重要性,長 度 的 測 量 是 最 基 本 的 測 量 , 最 常 用 的 工 具 是 刻 度 尺 。 可 是 在 最 開 始 是 不 存 在 刻 度 尺 的 , 最早有記載的人為標(biāo)準(zhǔn)來自古埃及。埃及人曾用質(zhì)地堅(jiān)硬的花崗巖制作了一根長度標(biāo)尺, 它的長度是法老的小臂(肘到中指)的距離,因此又叫“腕尺”。雖然這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)確定得 相當(dāng) 隨意,卻解決了重要問題,比如:金字塔的準(zhǔn)確施工得到了保證。 隨意定義長度標(biāo)準(zhǔn)的并不僅限于國外,中國的情況也基本類似。史書記載,在遠(yuǎn)古時(shí) 期,中國人便“布手知尺”、“身高為丈 ”、“邁步定畝” 。古人中指中節(jié)之長被定義為 “一寸”, 直到現(xiàn)在,中醫(yī)的針灸還沿用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。中國最早的長度標(biāo)尺是安陽殷墟出土的商尺。這 把骨尺由獸骨磨成,長 17 厘米,上面標(biāo)刻著等長的 10 個(gè)單位。到了春秋戰(zhàn)國時(shí)期,各國 諸侯各自定義自己領(lǐng)土內(nèi)的長度標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)王的手掌,那個(gè)王的小腿,都紛紛派上用場, 使得長度標(biāo)準(zhǔn)極為混亂,給國與國之間的交流造成了極大不便。到秦始皇統(tǒng)一度量衡時(shí), 王侯的身體部位才退出歷史舞臺(tái)。從而我們是很迫切的需要一種有準(zhǔn)確刻度線的丈量儀器, 而刻線又成了一個(gè)問題。人工的誤差是很大的,在工業(yè)和科技日新月異的最近一個(gè)世紀(jì), 人們就設(shè)計(jì)出了刻線機(jī),并且不斷改進(jìn)。 本課題通過機(jī)械化刻線,可以達(dá)到準(zhǔn)確度高、精確度高。減少了勞動(dòng)力,提高了生產(chǎn) 效率,降低成本,本課題在研究時(shí)遇到的一些技術(shù)問題,通過認(rèn)真分析以解決,在今后的 設(shè)計(jì)類的工作中也有一定的經(jīng)驗(yàn)可循。 1.2 本課題的研究現(xiàn)狀 平尺刻線機(jī)國內(nèi)研究現(xiàn)狀: 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,有的刻線機(jī)上采用了激光刻線機(jī)由光刻代替機(jī)械刻劃,可在工 作臺(tái)移動(dòng)的情況下完成動(dòng)態(tài)刻線,刻線精度大為提高,國內(nèi)比較成熟的激光刻線機(jī)廠家例 如北京博奧嘉華激光科技有限公司生產(chǎn)的 BVD50 系列激光刻線機(jī)。 平尺刻線機(jī)國外研究現(xiàn)狀: 國外現(xiàn)在有的刻線機(jī)大部分是電腦中控下的激光刻線機(jī)。例如 OK-KX50A 激光刻線 機(jī)采 用 光 刻 代 替 機(jī) 械 刻 劃 , 可 在 工 作 臺(tái) 移 動(dòng) 的 情 況 下 完 成 動(dòng) 態(tài) 刻 線 , 刻 線 精 度 大 為 提 高 。 克 服 了 傳 統(tǒng) “照 相 -腐 蝕 ”工 藝 費(fèi) 時(shí) , 費(fèi) 力 的 缺 點(diǎn) , 高 速 、 高 效 , 一 次 完 成 刻 線 、 字 符 、 商 標(biāo) 等 內(nèi) 容 。 全 程 電 腦 控 制 , 精 度 高 、 速 度 快 , 最 大 限 度 的 降 低 了 產(chǎn) 品 不 合 格 率 。 使 用 靈 活 方 便 , 即 可 成 批 量 生 產(chǎn) , 又 可 滿 足 少 量 加 工 等 多 種 需 求 。 絕 對(duì) 環(huán) 保 , 無 任 何 污 染 , 是 現(xiàn) 代 化 生 產(chǎn) 工 藝 的 主 流 。 支 持 單 公 制 、 單 英 制 、 雙 公 制 、 雙 英 制 、 公 英 制 、 英 公 制 等 標(biāo) 新 型 。 支 持 丁 字 型 、 拐 角 型 、 圓 型 等 各 種 特 殊 量 具 類 型 。 支 持 用 戶 自 定 義 的 其 它 非 標(biāo) 類 的 平 面 或 圓 柱 面 的 量 具 。 速 度 快 ,刻 線 清 晰 、 精 度 高 、 永 不 磨 損 。 制 圖 方 便 快 捷 , 可 根 據(jù) 需 要 隨 意 制 作 各 種 尺 寸 、 形 狀 、 圖 標(biāo) 的 量 具 。 三 維 數(shù) 控 , 除 主 運(yùn) 動(dòng) 外 其 它 兩 維 運(yùn) 動(dòng) 也 是 自 動(dòng) 調(diào) 整 , 可 以 快 速 準(zhǔn) 備 的 對(duì) 焦 , 定 位 。 對(duì) 已 生 產(chǎn) 過 的 型 號(hào) , 電 腦 自 動(dòng) 記 憶 位 置 及 其 刻 線 參 數(shù) , 以 后 生 產(chǎn) 可 直 接 調(diào) 用 , 不 必 再 調(diào) 焦 , 定 位 。 1.3 本課題需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵的問題是刻線部分的抬刀機(jī)構(gòu)和刻線機(jī)構(gòu),還有平尺的進(jìn) 給機(jī)構(gòu)。解決刻線不準(zhǔn)確、不方便,保證刻線刀的工作效果,結(jié)合目前的研究條件,此平 尺刻線機(jī)采用類似立式銑床的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)刻線與抬刀動(dòng)作,這種結(jié)構(gòu)簡單,易于設(shè)計(jì),傳 動(dòng)效率高。同時(shí)容易理解,本課題的主要?jiǎng)恿碓纯痰叮芍麟妱?dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)整體, 完成刻線。然后由抬刀電動(dòng)機(jī)通過減速器連接到齒輪齒條副,在通過立柱上的絲杠螺紋副 完成抬刀下刀動(dòng)作。最后由進(jìn)料電動(dòng)機(jī)通過減速器連接到不完全齒輪連到摩擦輪軸,由摩 擦輪帶動(dòng)平尺前進(jìn)完成進(jìn)料動(dòng)作。 進(jìn)行下一周期的刻線工序。 1.4 方案的確定 在翻閱和查找國內(nèi)外的相關(guān)資料和信息,經(jīng)過調(diào)查分析,我們發(fā)現(xiàn)刻線方式有以下幾 種: 1、 工作間歇進(jìn)給機(jī)構(gòu) 首先,間歇性進(jìn)給機(jī)構(gòu)大致有: a)、槽輪機(jī)構(gòu) b)、不完全齒輪機(jī)構(gòu) c)、棘輪機(jī)構(gòu) d)、組合機(jī)構(gòu) 首先,槽輪機(jī)構(gòu)外形尺寸小,機(jī)械效率高,能平穩(wěn)地間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位,但是相對(duì)于不 完全齒 實(shí)現(xiàn)進(jìn)給時(shí)結(jié)構(gòu)稍顯復(fù)雜;而且制造及裝配的精度要求高,其傳動(dòng)時(shí)尚存在柔性沖擊,只 能用于速度不太高的場合,且轉(zhuǎn)角大小不能調(diào)節(jié)。 不完全齒輪機(jī)構(gòu)可設(shè)計(jì)的參數(shù)較多,易滿足 不同停歇要求。但是,不完全齒輪機(jī)構(gòu)和普通齒輪機(jī)構(gòu)的區(qū)別,不僅在從齒輪的分布 上,而且在嚙合傳動(dòng)中,當(dāng)首齒進(jìn)入嚙合及末齒退出過程中,齒輪并非在實(shí)際嚙合線上嚙 合,因此在此過程中不能確保定傳動(dòng)比傳動(dòng)。由于從動(dòng)輪每次轉(zhuǎn)動(dòng)開始和終止時(shí),角速度 有突變,故存在剛性沖擊。若將不完全齒輪直接和調(diào)節(jié)進(jìn)給的下層工作臺(tái)相連,則會(huì)造成 較大的進(jìn)給誤差。 棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造方便和運(yùn)動(dòng)可靠,并且棘輪轉(zhuǎn)角可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)等優(yōu) 點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是傳動(dòng)動(dòng)力小、工作時(shí)有沖擊和噪聲。不僅如此,傳動(dòng)力不足則會(huì)對(duì)工作臺(tái) 的進(jìn)給產(chǎn)生影響,從而影響整個(gè)工序。 基于以上機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),故考慮組合機(jī)構(gòu)不完全齒輪與螺旋機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)簡單、進(jìn) 給精度高傳動(dòng)力較大,易于制造加工。 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu) 棘輪機(jī)構(gòu) 圖 1-1 2、 刻線機(jī)構(gòu) 常見的王府機(jī)構(gòu)有: a) 、凸輪推桿機(jī)構(gòu) b) 、四桿機(jī)構(gòu) c) 、不完全齒輪與環(huán)形齒條 凸輪推桿機(jī)構(gòu)中,能通過凸輪的輪廓曲線實(shí)現(xiàn)推程、休止、回程。推程與回程使刀具 沿直線運(yùn)動(dòng),休止能起到間接性的作用,從而機(jī)構(gòu)亦能達(dá)到刀具的間歇性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。但凸 輪與推桿的接觸為先接觸,而刻線是刀具收的力比較大,凸輪壓力大,易磨損。 由于不完全齒輪能實(shí)現(xiàn)所需的間歇性運(yùn)動(dòng),而環(huán)形齒條能實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng),不完全齒輪 與環(huán)形齒條配合也為實(shí)現(xiàn)刀具的間歇性往復(fù)運(yùn)動(dòng)提供另一條途徑。搭載計(jì)算過程中因?yàn)辇X 數(shù)等參數(shù)比較難于計(jì)算,無法做到恰到好處的嚙合,且也無法實(shí)現(xiàn)抬刀運(yùn)動(dòng),只能保證刀 在一個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)。 刻線的直線行程,四桿機(jī)構(gòu)選擇性相對(duì)較大,是的四桿機(jī)構(gòu)不能被忽略考慮。在對(duì)一 些常用的四桿機(jī)構(gòu)的分析過程中,我們發(fā)現(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)普遍類似,且功能單一。 基于以上考慮,采用凸輪推桿機(jī)構(gòu)組合螺旋上升機(jī)構(gòu)完成刻線和抬刀動(dòng)作。此機(jī)構(gòu)結(jié) 構(gòu)簡單,易于實(shí)現(xiàn)。 2 總體設(shè)計(jì) 2.1 機(jī)型 該機(jī)器屬于專用型小型機(jī)器,借鑒立式銑床的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)。 雖然定位為小型機(jī)器,但其結(jié)構(gòu)尺寸還要根據(jù)具體的配套電動(dòng)機(jī)來定。 2.2 工作原理 工作過程:刻線機(jī)主要由壓刀機(jī)構(gòu)、刻線機(jī)構(gòu)以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)三部分組成。壓刀機(jī)構(gòu)用 于刻線時(shí)將刀具壓下,刻線完成之后,通過齒條齒輪副和絲杠螺紋副使刀具自動(dòng)起落,避 免平尺磨損;刻線機(jī)構(gòu)用于控制刻線及刻線長度;進(jìn)給機(jī)構(gòu)用于控制刻線間隔。 2.3 總體配置 經(jīng)過多次的討論和研究,確定平尺刻線機(jī)的總體結(jié)構(gòu),包括臺(tái)刀機(jī)構(gòu)、刻線機(jī)構(gòu)和平 尺進(jìn)給機(jī)構(gòu)等組成。 圖 2-1 刻線機(jī)主要部件示意圖 1.工作臺(tái) 2.端蓋螺釘 3.水平軸 4.定尺條 5.螺紋筒 6.刀架軸 7.固定螺母 8 鍵 9.立軸(絲桿、齒輪軸) 10.刀體 11.定位螺母 12.墊片 13.壓緊彈簧 14.摩擦輪 機(jī)器主要由工作臺(tái)、電動(dòng)機(jī)、凸輪、水平軸、定尺條、立柱、螺紋筒、刀體、以及不 挖版權(quán)齒輪、壓緊裝置和摩擦輪構(gòu)成。 2.4 基本設(shè)計(jì)參數(shù) 刻線深度 (mm) 0.5 刻線時(shí)間 (s) 1 刻單線力 (N) 1000 2.5 進(jìn)料槽 平尺為 1040*30(mm) 平尺刻線機(jī)主要用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)刻線,刻線要求為每隔 1 毫米刻一條線,刻線長度有 10 毫米、13 毫米、18 毫米三種類型。前四次刻線每次刻線長度為 10 毫米,第五次刻線長度 為 13 毫米,第六至第九次刻線長度為 10 毫米,第十次刻線長度為 18 毫米,以后依此類 推。 刻線機(jī)主要由壓刀機(jī)構(gòu)、刻線機(jī)構(gòu)以及進(jìn)給機(jī)構(gòu)三部分組成。壓刀機(jī)構(gòu)用于刻線時(shí)將 刀具壓下,刻線完成之后,通過齒條齒輪機(jī)構(gòu)和絲杠螺紋副使刀具自動(dòng)抬起,避免平尺磨 損;刻線機(jī)構(gòu)用于控制刻線及刻線長度;進(jìn)給機(jī)構(gòu)用于控制刻線間隔。 2.6 抬刀機(jī)構(gòu) 抬刀機(jī)構(gòu)是由如圖 2-1 所示,定尺條 4 與齒輪軸 9 上的齒輪嚙合使傳動(dòng)方向改變,然 后通過絲杠 9 到螺紋筒 5 到刀架軸 6 完成抬刀下刀動(dòng)作,刻線完成后水平軸在回位彈簧的 作用下回位,從而齒輪齒條副以及上面的絲杠螺紋副反向運(yùn)動(dòng)完成回程運(yùn)動(dòng)。 3 動(dòng)力性能計(jì)算 3.1 主工作動(dòng)力的選擇 基于設(shè)計(jì)是從最末端的工作部位開始的,所以從工作部位的零件開始校核計(jì)算。 動(dòng)力的配套適應(yīng)性應(yīng)符合拖拉機(jī)的額定功率大于機(jī)具在作業(yè)中所消耗的功率這一原則。 圖 3-1 減速機(jī)的型號(hào)與標(biāo)記 圖 3-2 減速機(jī)的安裝形式 圖 3-3 減速機(jī)的電機(jī)接線盒位置 機(jī)具在作業(yè)中要消耗的功率 P1 作業(yè)中機(jī)具消耗的功率主要刻線刀在受牽引破開平尺消耗的功率 P 組成。 刻線消耗的功率 P :刻 刻線刀克服平尺阻力所消耗的功率 P 按下式計(jì)算:刻 (3.1.1)3=10810=pFvW刻 刻 刻 行-機(jī)具行進(jìn)速度(mm/s)可按 18mm/s 就是按照每秒完成刻線動(dòng)作一次。 刻線刀所受工作阻力為 (3.1.2)nN刻 單 線 式中: n每次刻線的條數(shù) 刻每條線所需要的力F單 線 相應(yīng)于作業(yè)功率,拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)具有的功率 P :開 拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)較作業(yè)消耗功率大一些,有所貯備,另外再考慮到動(dòng)力傳 輸?shù)臋C(jī)械效率,因此減速機(jī)應(yīng)具有的功率為: (3.1.3)3=1080.9=162WPv刻 刻刻 實(shí) 式中:減速機(jī)滾動(dòng)阻力系數(shù),這里取 0.12機(jī)組總的機(jī)械效率,現(xiàn)在按 0.9 計(jì) 將各有關(guān)值代入公式 考慮到回位彈簧所消耗的功率,參考圖 3-1、3-2 、3-3 可選擇FAZ32Y1.45PMC 4 主要工作部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 設(shè)計(jì)要求 刻線力: 1000N/每條線 行走速度: sm18v 平尺長度:L=1040mm 每行走 11mm 就是要刻線 10mm,所需時(shí)間約為 4 秒鐘 所以 每分約刻線 150mm. 4.2 刀架軸的尺寸設(shè)計(jì)以及校核 圖 4-1 刀架軸 水平面支撐反力: 12HF 10=0tFN (4.2.1) 150tN (4.2.2) 水平面的彎矩: 1.7518.2aHLMFNm (4.2.3) 轉(zhuǎn)矩: 20.35tdT (4.2.4) 22()eaHMT (4.2.5) 22(187.5)(0.6135) 9Nm 最小直徑: 310.ebMd 339.5.6 (4.2.6) 考慮到鍵槽對(duì)軸的削弱,將 值增大 5%,故d 1.053.2m (4.2.7) 刀架軸的受力分析: 圖 4-2 4.3 立軸的設(shè)計(jì) 圖 4-3 立軸(齒輪軸、絲杠軸) 立軸的受力計(jì)算: 轉(zhuǎn)矩 (4.3.1)50216.3tFTNml (1) 按強(qiáng)度要求,應(yīng)使 (4.3.2)30.2TWd 故軸的直徑 (4.3.3) 333160270.2.m (2) 按扭轉(zhuǎn)剛度要求,應(yīng)使 (4.3.4)4TlGd 按題意 ,在軸的全長上, 。故30lm180orad (4.3.5) 344423629.51Tldm 故該軸的直徑取決于剛度要求。圓整后可取 。 d (4.3.6) 4.4 摩擦輪鎮(zhèn)壓彈簧的選擇 由工作抬的尺寸可選彈簧 YA GB/T 2089-19942.570 表 41 彈簧參數(shù) 線徑: 2.5mm 彈簧中經(jīng): 25mm 自由高度: 70mm 材料: 60Si2Mn 表面處理: 涂漆 類型: 右旋圓柱螺旋壓縮彈簧 取彈簧的勁數(shù): 7kNm 設(shè)計(jì)彈簧壓縮量是: 10mm 圖 4-4 彈簧 4.5 摩擦輪力的計(jì)算 圖 4-5 摩擦輪 因設(shè)計(jì)的需要,摩擦輪的直徑取 , 輪轂款 。輪轂外援為一層250dm20bm 橡膠,使摩擦力盡可能的大。 摩擦力的計(jì)算: 由(4-4.1)及胡可定律可得單個(gè)彈簧的彈力: (4.5.1)107FkxN單 則四個(gè)彈簧的總彈力為 (4.5.2)=4=280彈 總 單 考慮到摩擦輪及摩擦輪軸和座套等的重量,約為 m=3kg, 故總的鎮(zhèn)壓力為 (4.5.3)G31FmgN總 彈 總 彈 總 由于要使尺子在摩擦力的作用下向前運(yùn)動(dòng),則可以想到,平尺的上表面是與摩擦輪的 外緣橡膠接觸的,摩擦力打;平尺的下表面直接與工作臺(tái)的進(jìn)料槽接觸,且與光滑的鐵質(zhì) 平面接觸,為了是下表面懂得摩擦力盡可能的小,在適量的加入潤滑油(待刻線完成后予 以清理) 。 則可知鐵-鐵之間的摩擦因數(shù) 鐵橡膠之間的摩擦因數(shù) (4.5.4)0.5=0.6膠 可知 (4.5.5)=F31.=.N總摩 下 (4.5.6)68總摩 上 膠 可得平尺前進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力為 (4.5.7)=F15.=70.驅(qū) 摩 上 摩 下 故摩擦輪的轉(zhuǎn)矩為 (4.5.8)3270.Nm21.TR驅(qū)摩 輪 4.6 凸輪的設(shè)計(jì) 圖 4-6 凸輪 凸輪廓線 ()cosin()isbsdxRy直 角 坐 標(biāo) (4.6.1) 2()arctn)xy極 坐 標(biāo) (4.6.2) 注:1、參變量中 的增量根據(jù)精度要求而定,通常取 左右。12 2、 移動(dòng)平動(dòng)件平底的長度為 。 max(50)sd 3、 上式中, 為推程運(yùn)動(dòng)角, 為基圓半徑。bR 凸輪材料應(yīng)能滿足強(qiáng)度和耐磨性的要求。對(duì)于在低速、輕載、平穩(wěn)傳動(dòng)中,凸輪可采 用中碳鋼制造。中速、中載時(shí)應(yīng)采用中碳鋼淬火處理。而本設(shè)計(jì)中刻線傳動(dòng)部分屬于低速、 輕載、較平穩(wěn)的傳動(dòng),所以應(yīng)采用中碳鋼。 4.7 齒輪軸上齒輪齒條副的傳動(dòng)比 為了保證在作業(yè)時(shí)連續(xù)工作,則要求傳動(dòng)部分要有可靠的傳動(dòng)比、無滑動(dòng)。又由于在刻 線傳動(dòng)部分所傳動(dòng)的功率小、速率小,所以所要求的齒輪齒條副的動(dòng)比非常的嚴(yán)格,要滿 足相應(yīng)要求。經(jīng)計(jì)算,該部分的鏈傳動(dòng)比 i=1。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)手冊,該傳動(dòng)比完全 滿足要求。 4.8 摩擦輪軸的設(shè)計(jì) 圖 4-7 摩擦輪軸 材料45鋼許用應(yīng)力60Mpa mDdDWtT 025.3/1605.12806/3 取 (4.8.1)m28. 校核 小pa1ax 7.13/4././maxzW 于 Mp10 確定軸徑 D28 4.8.1 軸的定位和材料的選取說明 軸的材料:軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)格便宜,對(duì)應(yīng)力集中 的敏感性較低,同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度,所 以本設(shè)計(jì)采用 45 號(hào)鋼作為軸的材料。 軸上零件的定位 為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng),軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn) 的要求者外,都必須進(jìn)行軸向和周向定位,以保證其準(zhǔn)確的工作位置。 軸的校核 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算,用于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)軸的精確計(jì)算,也可用于既受彎矩又受扭矩 的軸的計(jì)算。其強(qiáng)度條件為: (4.8.2)MpandpWT32.0/15.9/6 式中: 為軸的扭切應(yīng)力, ; 為轉(zhuǎn)矩, ; 為抗扭截面系數(shù), ;TkwWT3m 對(duì)圓截面 ; 為傳遞的功率, ; 為軸的轉(zhuǎn)速, ; 為3.6/dnin/rd 軸的直徑, ; 為許用扭切應(yīng)力, 。所以,把相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式中得:mpa MpandWT 1.205.48.120/15.92.0/15.9/ 636 (4.8.3) 由于軸的選材為 45 號(hào)鋼,所以查表可知 45 號(hào)鋼的許用扭切應(yīng)力為 ,3 。經(jīng)校核設(shè)計(jì)的軸符合要求,可以正常工作。 下圖為軸的彎矩和扭矩圖: 圖 4-8 的彎矩圖和扭矩圖 4.9 刻線周期的確定 構(gòu)造和工作原理刻線抬刀機(jī)構(gòu)由工作臺(tái)、水平軸平推桿、凸輪、固定齒條、刻線刀架、 立軸、螺紋套筒等組成,如圖 4-8 所示。 圖 4-9 抬刀刻線機(jī)構(gòu) 1.工作臺(tái) 2水平軸平推桿 3凸輪 4固定齒條 5刻線刀架 6.立軸 7.螺紋套筒 8.刻線槽 凸輪 3 從近休止點(diǎn)開始轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候,水平軸推桿 2 在凸輪的推動(dòng)下向左運(yùn)動(dòng),當(dāng)運(yùn)動(dòng) 到控制抬刀的固定齒條處時(shí),帶動(dòng)位于水平軸的立軸(齒輪軸)上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),立軸上段 是表面有螺紋的絲杠,然后帶動(dòng)螺紋套筒 7 下降,當(dāng)刻刀正好下降到刻線槽 8 的指定刻線 位置時(shí)立軸下端的齒輪正好走完了齒條,停止下刀,至此凸輪的下刀行程走完;然后凸輪 繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),推動(dòng)水平軸開始刻線行程,完成之后就開始了回復(fù)行程,以上運(yùn)動(dòng)反過來進(jìn)行。 這樣就完成了一次刻線動(dòng)作,其中包括了抬刀動(dòng)作簡單明了。 表 42 抬刀機(jī)構(gòu)的基本數(shù)據(jù) 凸輪推程角 180 凸輪抬刀降刀行程角: 2 凸輪刻線行程角: 60 凸輪轉(zhuǎn)速: =2/minr凸 升降刀行程: 40mm 刻線行程: 20mm 可得: 刻線周期: 3s 齒條嚙合長度為: 40mm 軸齒輪的分度圓直徑為: 32mm 齒輪模數(shù)為: 3 刻線速度: =18/vms刻 螺紋絲杠副螺距: 14mm 4.10 不完全齒輪的設(shè)計(jì) (a)不完全齒輪機(jī)構(gòu) (b)摩擦輪 圖 4-10 4.10.1 不完全齒輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)計(jì)算 由摩擦輪控制進(jìn)料量可得,每次進(jìn)料 11mm,相對(duì)于摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng) 的圓心角。 (算略)5 故,不完全齒輪機(jī)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的間歇進(jìn)給量為 可得5 從動(dòng)輪布滿時(shí)的齒數(shù)為 (4.10.1)236075z 由于齒數(shù)太密集,壓力角為 ,故,主動(dòng)輪僅設(shè)計(jì)單齒,即 ,所承受轉(zhuǎn)矩較. 1z 小、可以滿足要求。 4.10.2 摩擦輪動(dòng)力驅(qū)動(dòng)機(jī)的選取 摩擦輪轉(zhuǎn)矩為: (4.10.2)=15.02Nm=1.9375TFR摩 摩 下 摩 圖 3-1、圖 3-2 和圖 3-3 可選擇減速機(jī)型號(hào)為: (4.10.3)FAZ32Y10.54PMC 5.其他零部件 5.1 水平軸 圖 5-1 水平軸 5.2 刻線刀示意圖 圖 5-2 刻線刀 圖 5-3 刀體刀刃的布局 5.3 工作臺(tái)示意圖 圖 5-4 工作臺(tái) 5.4 軸承的選取 參見參考資料1第 64 頁。 5.5 鍵的選取 根據(jù)設(shè)計(jì)的需要,見參考資料1第 53 頁。 5.6 水平軸復(fù)位彈簧的選取 YA-4.5-10.5-65-2LH GB/T2089-1994B級(jí) 圖 5-5 壓縮彈簧 6 結(jié)論 機(jī)器的應(yīng)用可以充分利用,節(jié)省了成本,大大提高了生產(chǎn)效率。 平尺刻線機(jī)代替了以往的人工作業(yè),提高了機(jī)械化程度及生產(chǎn)效率,節(jié)省了人力及時(shí) 間,改善了人們的作業(yè)環(huán)境。 本設(shè)計(jì)采用巧妙的應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)控制刻線和抬刀,用摩擦輪配合不完全齒輪機(jī)構(gòu)完成 定時(shí)、定量的進(jìn)料動(dòng)作,結(jié)構(gòu)簡單不復(fù)雜,理論上達(dá)到了刻線要求及其它相應(yīng)工作條件。 理論上本機(jī)使用價(jià)值高,經(jīng)濟(jì)效益高,由于本設(shè)計(jì)沒有做試驗(yàn),對(duì)其實(shí)際的可行性程度還 不能確定。 致 謝 本次設(shè)計(jì)是在劉媛媛老師的悉心指導(dǎo)與嚴(yán)格要求下進(jìn)行的。從設(shè)計(jì)(論文)的選題、 方案的設(shè)計(jì)、具體的測繪與繪圖到論文撰寫的每個(gè)環(huán)節(jié),都凝聚著劉老師的心血和汗水。 劉老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、開拓創(chuàng)新的工作作風(fēng)及對(duì)事業(yè)的奮進(jìn)執(zhí)著精神,都將使我銘記在 心,并時(shí)刻激勵(lì)著我不斷追求勇往直前。 大學(xué)四年學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲,在此我想對(duì)我的母校,我的父母親人們,我的老師 和同學(xué)們、表達(dá)我由衷的謝意。感謝我的母校塔里木大學(xué)給了我在大學(xué)的本科四年深造機(jī) 會(huì),讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高。塔里木大學(xué)四季如春的校園,美麗如詩的風(fēng)景都深深的留在 了我的記憶里。四年珍貴的學(xué)習(xí)期間,讓我的知識(shí)體系更加完善,思想觀念更加成熟,整 體素質(zhì)得到了極大的鍛煉。 “自強(qiáng)不息,求真務(wù)實(shí)”的校訓(xùn)我將銘記于心,在未來的學(xué)習(xí)和 工作中躬身踐行。 再次,感謝我的同學(xué)們,在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中得到了他們無私的幫助,以及許多啟發(fā)性的指 導(dǎo)和建議。在此向所有支持、關(guān)心、幫助我的人表示由衷的感謝!祝他們永遠(yuǎn)健康、幸福! 最后,感謝我的父母親人們對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的默默支持,使我能順利完成本科學(xué)業(yè)。 參考文獻(xiàn) 1 吳宗澤. 機(jī)械原理課程指導(dǎo)書.第 1 版.北京:高等教育出版社 , 2005:29-30 2 徐穎主編. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.2 版.北京 機(jī)械工業(yè)出版社, 2000.6 3 東北工學(xué)院.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊.冶金工業(yè)出版社.1980 4 西北工業(yè)大學(xué).機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版).高等教育出版社 5 龔淮義.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊.高等教育出版社.(第三版) 6 吳宗澤.機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊.高等教育出版社. 7 北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué).農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué).農(nóng)業(yè)出版社(第二版).1994. 8 單輝祖.材料力學(xué)(第二版).高等教育出版社. 9 大連理工大學(xué)工程圖學(xué)研究室編.機(jī)械制圖.-6 版.- 北京:高等教育出版社,2007.7 10強(qiáng)毅.設(shè)計(jì)制圖試用標(biāo)準(zhǔn)手冊.北京.科學(xué)出版社,2000.1 開題報(bào)告
1. 平尺刻線機(jī)課題的來源及研究目地和意義。
1.1 課題來源
人們在認(rèn)識(shí)我們所生活的大自然到改造我們生活的大自然,由表及里,逐一深入,從外及內(nèi),顏色、形狀、大小、尺寸以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。長度測量就顯現(xiàn)出它的重要性,長度的測量是最基本的測量,最常用的工具是刻度尺。可是在最開始是不存在刻度尺的,最早有記載的人為標(biāo)準(zhǔn)來自古埃及。埃及人曾用質(zhì)地堅(jiān)硬的花崗巖制作了一根長度標(biāo)尺,它的長度是法老的小臂(肘到中指)的距離,因此又叫“腕尺”。雖然這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)確定得 相當(dāng)隨意,卻解決了重要問題,比如:金字塔的準(zhǔn)確施工得到了保證。
隨意定義長度標(biāo)準(zhǔn)的并不僅限于老外,中國的情況也基本類似。史書記載,在遠(yuǎn)古時(shí)期,中國人便“布手知尺”、“身高為丈”、“邁步定畝”。古人中指中節(jié)之長被定義為“一寸”,直到現(xiàn)在,中醫(yī)的針灸還沿用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。中國最早的長度標(biāo)尺是安陽殷墟出土的商尺。這把骨尺由獸骨磨成,長17厘米,上面標(biāo)刻著等長的10個(gè)單位。到了春秋戰(zhàn)國時(shí)期,各國諸侯各自定義自己領(lǐng)土內(nèi)的長度標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)王的手掌,那個(gè)王的小腿,都紛紛派上用場,使得長度標(biāo)準(zhǔn)極為混亂,給國與國之間的交流造成了極大不便。到秦始皇統(tǒng)一度量衡時(shí),王侯的身體部位才退出歷史舞臺(tái)。從而我們是很迫切的需要一種有準(zhǔn)確刻度線的丈量儀器,而刻線又成了一個(gè)問題。人工的誤差是很大的,在工業(yè)和科技日新月異的最近一個(gè)世紀(jì),人們就設(shè)計(jì)出了刻線機(jī),并且不斷改進(jìn)。
1.2 研究的目地
長刻線機(jī)用來刻劃有一定距離精度要求的平行線紋。普通長刻線機(jī)用於刻制一般線紋尺;高精度長刻線機(jī)能刻制光學(xué)儀器和高精度機(jī)床的精密線紋尺、光柵尺、感應(yīng)同步器或游標(biāo)卡尺等,刻線精度在0.001~0.005毫米之間。本課題的研究目的在于用所學(xué)的機(jī)械方面的專業(yè)課設(shè)計(jì)一款平尺刻線機(jī),從新體會(huì)機(jī)械代替手工的優(yōu)點(diǎn)。
1.3 意義
本課題通過機(jī)械化刻線,可以達(dá)到準(zhǔn)確度高、精確度高。減少了勞動(dòng)力,提高了生產(chǎn)效率,降低成本,本課題在研究時(shí)遇到的一些技術(shù)問題,通過認(rèn)真分析以解決,在今后的設(shè)計(jì)類的工作中也有一定的經(jīng)驗(yàn)可循。
2 平尺刻線機(jī)在國內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀及分析。
2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,有的刻線機(jī)上采用了激光刻線機(jī)由光刻代替機(jī)械刻劃,可在工作臺(tái)移動(dòng)的情況下完成動(dòng)態(tài)刻線,刻線精度大為提高,國內(nèi)比較成熟的激光刻線機(jī)廠家例如北京博奧嘉華激光科技有限公司生產(chǎn)的BVD50系列激光刻線機(jī)。
2.2 國外現(xiàn)狀
國外現(xiàn)在有的刻線機(jī)大部分是電腦中控下的激光刻線機(jī)。例如OK-KX50A 激光刻線機(jī)采用光刻代替機(jī)械刻劃,可在工作臺(tái)移動(dòng)的情況下完成動(dòng)態(tài)刻線,刻線精度大為提高??朔藗鹘y(tǒng)“照相-腐蝕”工藝費(fèi)時(shí),費(fèi)力的缺點(diǎn),高速、高效,一次完成刻線、字符、商標(biāo)等內(nèi)容。全程電腦控制,精度高、速度快,最大限度的降低了產(chǎn)品不合格率。使用靈活方便,即可成批量生產(chǎn),又可滿足少量加工等多種需求。絕對(duì)環(huán)保,無任何污染,是現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝的主流。支持單公制、單英制、雙公制、雙英制、公英制、英公制等標(biāo)新型。支持丁字型、拐角型、圓型等各種特殊量具類型。支持用戶自定義的其它非標(biāo)類的平面或圓柱面的量具。速度快,刻線清晰、精度高、永不磨損。制圖方便快捷,可根據(jù)需要隨意制作各種尺寸、形狀、圖標(biāo)的量具。三維數(shù)控,除主運(yùn)動(dòng)外其它兩維運(yùn)動(dòng)也是自動(dòng)調(diào)整,可以快速準(zhǔn)備的對(duì)焦,定位。對(duì)已生產(chǎn)過的型號(hào),電腦自動(dòng)記憶位置及其刻線參數(shù),以后生產(chǎn)可直接調(diào)用,不必再調(diào)焦,定位。
幾種劃絲機(jī)械都取得了其工作范圍的成功,有很多機(jī)構(gòu)和創(chuàng)新的想法是值得借鑒的,特別是與本課題同類的6HZ-25型蜜棗劃絲機(jī),很多機(jī)構(gòu)對(duì)完成本課題有很大的啟發(fā)作用,本課題參考借鑒6HZ-25型蜜棗劃絲機(jī)的沖壓機(jī)構(gòu),再結(jié)合自身的特點(diǎn)改進(jìn)可達(dá)到本課題預(yù)期要求的目標(biāo)。國外的切片機(jī)構(gòu)都達(dá)到自動(dòng)化水平,在研究本課題的同時(shí)要好好學(xué)習(xí)國外先進(jìn)思想及思想。
3 對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
3.1任務(wù)要求
刻線機(jī)構(gòu)(主運(yùn)動(dòng))的設(shè)計(jì),平尺送進(jìn)機(jī)構(gòu)(輔助運(yùn)動(dòng))的設(shè)計(jì);傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。通過具體的CAD圖紙和相關(guān)設(shè)計(jì)說明,確保支持的進(jìn)給、刀具刻線的間隔和各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。
3.2可行性分析
為了實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo),先得明確作業(yè)對(duì)象的特性即平尺的結(jié)構(gòu)特性,并根據(jù)其特性草擬方案,試選原動(dòng)機(jī),傳動(dòng)機(jī)構(gòu),執(zhí)行機(jī)構(gòu)。比如在選擇原動(dòng)機(jī)時(shí)要參考五點(diǎn)原則:
(1) 現(xiàn)場能源供應(yīng)條件。
(2) 工作機(jī)載荷特性及其工作制度。
(3) 工作機(jī)對(duì)起動(dòng),平穩(wěn)性,過載能力,調(diào)速和控制等方面的要求。
(4) 原動(dòng)機(jī)是否工作可靠,操作與維修簡便,是否要防塵,防暴,防腐等。
(5) 原動(dòng)機(jī)初始成本與維護(hù)費(fèi)用。
本設(shè)計(jì)采用電動(dòng)機(jī),其優(yōu)點(diǎn)是躁聲小,初始成本低,運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低,維護(hù)要求較少。傳動(dòng)系統(tǒng)是將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到工作機(jī)的中間裝置。傳動(dòng)系統(tǒng)的基本任務(wù)是將原動(dòng)機(jī)輸出的速度降低或增大,以滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求,采用變速傳動(dòng)來滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)經(jīng)常變速的要求,將原動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩變換為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的轉(zhuǎn)矩和力,將原動(dòng)機(jī)輸出的等速需安裝運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)所要求的各種運(yùn)動(dòng)形態(tài),實(shí)現(xiàn)由一個(gè)或原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)若干個(gè)相同或不相同速度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?;谏鲜鰞?nèi)容再結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn),我選用齒輪和曲柄連桿機(jī)構(gòu)做傳動(dòng)裝置。再選用偏心輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)配合完成平尺刻線過程,通過選用以上機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)課題的任務(wù)要求。
4 本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路
4.1 重點(diǎn)研究
本課題要重點(diǎn)研究的是怎樣實(shí)現(xiàn)劃絲機(jī)構(gòu)與推動(dòng)機(jī)構(gòu)的時(shí)間協(xié)調(diào)關(guān)系,即推桿每推一次平尺,刻線刀開始工作同時(shí)推桿往回運(yùn)動(dòng)至起點(diǎn)準(zhǔn)備下一次運(yùn)動(dòng),而刻線刀在推桿回到起點(diǎn)位置的同時(shí)正好完成一次刻線,推桿再一次推動(dòng)平尺進(jìn)入刻線槽時(shí)刻線刀退回原來位置,此時(shí)正好完成一個(gè)工作周期。
4.2 關(guān)鍵問題
本課題的關(guān)鍵問題關(guān)于平尺的刻線問題,依據(jù)平尺的特性,本設(shè)計(jì)專門針對(duì)平尺在夾持好的情況下進(jìn)給周期和刻線刀的周期協(xié)調(diào)好,這就需要在凸輪和連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)上確定好周期。只有很好的周期配合、進(jìn)給配合以及夾緊才能達(dá)到刻線的深度及準(zhǔn)確度。
4.3 解決的方法
針對(duì)怎樣能使進(jìn)料與刻線兩個(gè)動(dòng)作協(xié)調(diào),我選擇槽輪機(jī)構(gòu)和偏心輪機(jī)構(gòu),在偏心輪轉(zhuǎn)過一定角度時(shí)槽輪也轉(zhuǎn)過一定角度,偏心輪帶動(dòng)沖劃裝置向下運(yùn)動(dòng),此時(shí)槽輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)送料機(jī)構(gòu)到達(dá)預(yù)定位置,沖劃裝置也到這個(gè)位置,由沖劃裝置完成沖劃,即達(dá)到動(dòng)作的協(xié)調(diào)。針對(duì)平尺夾緊刻線問題,我采用刻線模裝置,此裝置可根據(jù)不同尺寸平尺更換不同刻線模,同時(shí)也有夾緊作用,使平尺在刻線時(shí)有很好的定位。
5. 完成本課題所必須的工作條件及解決的方法。
5.1工作條件
指導(dǎo)教師一名,電腦一臺(tái)(必須有windows辦公軟件,CAD制圖軟件,proe三維制圖軟件)設(shè)計(jì)地點(diǎn)(如實(shí)驗(yàn)室),機(jī)械原理,機(jī)械設(shè)計(jì)等各種相關(guān)專業(yè)書籍及機(jī)械設(shè)計(jì)手冊等工具書。
5.2 解決方法
指導(dǎo)教師由學(xué)院分配,電腦自備能滿足要求,設(shè)計(jì)地點(diǎn)由學(xué)院提供,各種書籍可自備或者到圖書館借。
6.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃。
6.1 工作方案
平尺槽輪機(jī)構(gòu)------偏心輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)------動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)-----電動(dòng)機(jī)選擇
6.2 進(jìn)度計(jì)劃
第1周——第2周 文獻(xiàn)檢索、社會(huì)調(diào)研、資料分析及總結(jié);
第3周——第4周 設(shè)計(jì)方案的確定;
第5周——第6周 交開題報(bào)告;
第7周——第9周 初次交電子版畢業(yè)設(shè)計(jì)Auto CAD 圖;
第10周—— 第11周 修改Auto CAD 圖;
第12周 交畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書;
第13周 修改畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書;
第14周 準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
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