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磨削以砂轮或其它磨具对工件进行加工,如图所示。
其主运动是砂轮的旋转运动。
磨削加工特点:
属于半精密、精密加工工序,由于切削刃很多,加工平稳、精度高、表面粗糙度值小。
磨削过程产生热量较大,需要磨削液进行冷却。
磨削热量过大会导致磨削烧伤等现象
八:
特种加工。
电火花加工(是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温,熔蚀工件材料来成形工件的。
电解加工用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法。
激光加工在高温下,任何坚硬的材料都将瞬时急剧熔化和蒸发,并产生强烈的冲击波,使熔化的物质爆炸式地喷射去除、超声波加工利用超声频振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨粒。
第二章:
金属切削原理与刀具2.1:
刀具的结构和材料
金属切削过程是刀具与工件相互作用的过程,在此过程中,为了能将工件上多余的金属材料切除掉,对刀具的结构及其材料需提出相应的要求。
2.1.1:
运动与切削要素:
切削运动,主运动:
指直接切除工件上的余量形成加工表面、进给运动:
指为不断把余量投入切削的运动。
切削要素:
加工表面(待加工表面、已加工表面、已加工表面)切削用量三要素:
切削速度、进给量、切削深度(背吃刀量)。
切削层几何参数(切削宽度aw、切削厚度ac、切削面积Ac)
2.1.2:
刀具角度
一:
刀具切削部分的组成:
三面、两刃、一尖
三面:
前刀面、主后刀面、副后刀面。
两刃:
主切削刃、副切削刃。
一尖:
刀尖(过渡刃)
二:
刀具角度的参考平面
刀具静止参考系-------正交平面参考系三个平面:
基面、主切削平面、正交平面。
三:
刀具的标注角度:
(1)前角γo
(2)后角αo(3)主偏角κr(4)副偏角κr(5)刃倾角λs。
四:
刀具的工作角度:
以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度称为刀具的工作角度,又称实际角度。
2.1.3:
刀具种类
加工方式具体用途:
车刀、孔加工刀具、铣刀、拉刀、螺纹刀具、齿轮刀具、自动线及数控机床刀具和磨具等
材料性质:
高速钢刀具、硬质合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼(CBN)刀具和金刚石刀具等
结构形式:
整体刀具、镶片刀具、机夹刀具和复合刀具等
是否标准化:
标准刀具和非标准刀具等
刀具材料
一、刀具材料应具备的性能:
1.高的硬度2.高的耐磨性3.高的耐热性4.足够的强度和韧性5.良好的工艺性6.良好的热物理性能和耐热冲击性能
二、常用的刀具材料:
1.碳素工具钢与合金工具钢、2.高速钢3.硬质合金分为两类:
一类是由WC和Co组成的钨钴类(YG类);
另一类是WC、TiC和Co组成的钨钛钴类(YT类)
三、新型刀具材料:
陶瓷的硬度高、化学性能高、耐氧化,所以被广泛用于高速切削加工中。
立方氮化硼是人工合成的新型刀具材料。
人造金刚石是通过合金触媒的作用,在高温高压下由石墨转化而成,可以达到很高的硬度
第三节金属切削过程及其物理现象切割与挤压
一、切屑形成过程以塑性材料的切屑形成为例,金属切削区可大致划分为:
三个变形区:
第一变形区、第二变形区、第三变形区
(一)第一变形区(剪切滑移区)变形的主要特征:
剪切滑移变形、加工硬化
(二)第二变形区(挤压摩擦区)切屑沿前刀面排出时进一步受到前刀面的挤压和摩擦,使靠近前刀面的金属纤维化,基本与前刀面平行。
(三)第三变形区(挤压摩擦回弹区)已加工表面受到切削刃钝圆部分和后刀面的挤压和摩擦,产生变形与回弹,造成纤维化和加工硬化。
三个变形区对切削加工的影响:
第一变形区的切削变形对刀具产生较大的切削抗力;
第二变形区主要对刀具产生(粘结)摩擦阻力以及造成前刀面磨损;
第三变形区主要对工件已加工表面质量产生重大影响。
切削的类型:
带状切屑、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑
三、变形程度的表示方法:
1.剪切角Φ:
剪切面与切削速度方向之间的夹角。
2.相对滑移ε:
滑移距离Δs与单元厚度Δy之比。
3、切削厚度压缩比Λh切屑厚度与切削层厚度的比值。
四、前面上摩擦特点:
刀-屑接触区可分两部分:
粘接区lf1:
剪切滑移,内摩擦
滑动区lf2:
滑动摩擦,外摩擦。
一般内摩擦力约占总摩擦力的85%
五、积屑瘤对切削过程的影响:
1.代替刀具切削,保护刀具2.增大前角,减小变形和力3.产生过切及犁沟,↓精度4.增大已加工表面粗糙度
积屑瘤对精加工是不利的,应避免它产生:
降低工材塑性;
合理选切削速度;
增大前角;
减小进给量;
采用润滑液等
六、已加工表面变形与加工硬化:
已加工表面的金属纤维被拉伸的又细又长,纤维方向平行于已加工表面,金属晶粒被破坏,发生了剧烈的塑性变形,产生加工硬化,表面残余应力,称之为加工变质层。
金属进入第一变形区时,晶粒因压缩而变长,因剪切滑移而倾斜。
变形特征:
挤压、摩擦与回弹
七、影响切削变形的主要因素:
1、工件材料、2刀具几何参数、3、切削速度、4、进给量
第四节切削力来源:
被切削材料的弹性、塑性变形抗力,刀具与切屑、工件表面之间的摩擦力
1、切削力的分解三个互相垂直的分力Fc、Ff、Fp。
Fc—主切削力,与切削速度方向一致。
Ff—进给力,与进给方向平行,车外圆时称为轴向力。
Fp—背向力(切深抗力),与进给方向垂直,又称径向力。
2、切削力与切削功率的计算
3、切削力的测量:
间接测量法(电功率法)、直接测量法(测力仪法)
4、影响切削力的因素:
工件材料工件材料的强度、硬度越高,剪切屈服强度τs越大,Fc越大切削用量、切削力增加但与f不成正比
刀具几何参数刀具磨损、后刀面平均磨损带宽度VB越大,摩擦越强烈,切削力也越大。
切削条件、切削液润滑作用越好,力减小越显著,低速时更突出
刀具材料、按立方氮化硼、陶瓷、涂层、硬质合金、高速钢顺序,切削力依次增大。
第五节切削热与切削温度
切削热产生于三个变形区,切削热通过切屑、工件、刀具和周围介质向外传出。
温度分布规律:
1.剪切区等温线与滑移线相近、2.前后刀面最高温度点不在刀刃上、3.切屑带走的热量最多。
来源:
剪切变形、摩擦
三、影响切削温度的主要因素:
1、切削用量、2、刀具几何参数、3、工件材料、4、刀具磨损、5、切削液。
第六节刀具磨损与刀具寿命
一、刀具磨损:
失效形式:
磨损(正常工作时逐渐产生的损耗)破损(突发的破坏,随机的)
1、刀具的磨损形式:
前刀面磨损、后刀面磨损、边界磨损。
2、刀具的破损形式:
沟槽磨损、切削刃细小缺口、塑性变形等
3、刀具磨损的原因:
磨料磨损、粘结磨损、氧化(化学)磨损、扩散磨损、热电磨损、相变磨损
4、刀具磨损过程及磨钝标准
(一)刀具磨损过程:
1.初期磨损阶段、2.正常磨损阶段、3.急剧磨损阶段
刀具磨损标准:
刀具磨损到一定限度后就不能继续使用,这个磨损限度
5、刀具寿命:
刀具刃磨后开始切削到磨损量达到磨钝标准为止的切削时间。
刀具总寿命:
刀具从开始使用到报废为止的总切削时间。
刀具总寿命=刀具寿命×
刃磨次数。
刀具寿命影响因素:
1.切削速度vc、2.进给量f与背吃刀量ap、3.刀具几何参数的影响、4.工件材料的影响5.刀具材料的影响
第七节切削用量的选择及工件材料加工性
一.切削用量的选择
切削用量对切削加工的影响:
1.对加工质量的影响:
切削深度和进给量增大,都会使切削力增大,降低加工精度和增大表面粗糙度值。
2.对基本时间的影响:
切削用量三要素对基本时间的影响是相同的。
3.对刀具耐用度和辅助时间的影响:
用试验的方法,可以求出刀具寿命与切削用量之间关系的经验公式。
在切削用量中,切削速度对刀具寿命的影响最大,进给量的影响次之,切削深度的影响最小。
选择切削用量的顺序应为:
首先选尽可能大的切削深度,其次选尽可能大的进给量,最后选尽可能大的切削速度。
粗加工时,以提高生产率为主;
精加工时,保证零件加工精度和表面质量为主
二.工件材料的切削加工性:
工件材料被切削加工的难易程度。
良好的切削加工性是指:
1、刀具耐用度较高或一定耐用度下的切削速度较高;
2、在相同的切削条件下切削力较小,切削温度较低;
3、容易获得好的表面质量;
4、切屑形状容易控制或容易断屑。
但衡量一种材料切削加工性的好坏,还要看具体的加工要求和切削条件。
2.改善工件材料切削加工性的途径:
(1)调整材料的化学成分;
(2)采用热处理改善材料的切削加工。
材料的切削加工性对生产率和表面质量有很大影响,因此在满足零件使用要求的前提下,应尽量选用加工性较好的材料。
钛合金的材料特性:
重量轻、强度高、韧性好、耐腐蚀。
钛合金是唯一同时具有高强度、低密度,极好的抗疲劳和耐腐蚀性能,以及较低的弹性模数的材料,钛合金属于难切削材料,其切削特点是:
变形系数小,易加速刀具磨损;
导热系数小,切削时产生的热不易传出,使切削温度高;
单位面积上的切削力大,容易造成崩刃;
弹性模量小,加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形,引起共振,加大刀具磨损并影响零件的精度;
在外皮产生冷硬现象,在切削过程中的塑性变形也会造成冷硬现象,会降低零件的疲劳强度,加剧刀具磨损;
易造成刀具磨损和粘刀现象。
采用“低进给、低转速、大切深”的方式来加工钛合金零件。
第三章金属切削机床(不考)
第四章机床夹具原理与设计
第一节概述机床夹具:
在机械加工过程中,为了保证加工精度,使工件在机床上相对刀具占有正确的位置,并能迅速、可靠地夹紧工件,以接受加工或检测的工艺装备称为机床夹具
工件的装夹方法:
1、定位:
确定工件在机床上或夹具中占有准确加工位置的过程。
2、夹紧:
在工件定位后用外力将其固定,使其在加工过程中保持定位位置不变的操作。
装夹是定位和夹紧过程的总和
工件在机床上的装夹方法:
1、用找正法装夹工件(直接找正和直接找正,找正法只需使用通用性很好的机床附件和工具,因此能适用于加工各种不同零件的各种表面,特别适合于单件、小批量生产。
)2、用夹具装夹工件(广泛用于大批量生产,中批生产及单件小批生产,尤其是无夹具安装就无法保证精度的工件。
)
机床夹具的工作原理:
1、使工件在夹具中占用正确的加工位置2、夹具对于机床有准确的相对位置3、使刀具的定位工作面调整到准确位置
机床夹具在机械加工中的作用:
1、保证稳定可靠地达到各项加工精度要求2、缩短加工工时,提高劳动生产率3、降低生产成本4、减轻工人劳动强度5、可由较低技术等级的工人进行加工6、能扩大机床工艺范围
夹具的组成:
定位元件、夹紧装置、对刀、导引元件、其它装置、连接元件和连接表面、夹具体。
第二节工件在夹具中的定位
定位的目的是使工件在夹具中相对于机床、刀具占有确定的正确位置,并且应用夹具定位工件,还能使同一批工件在夹具中的加工位置一致性好。
基准:
零件上用来确定点、线、面位置时,作为参考的其它的点、线、面。
基准可分为设计基准和工艺基准。
设计基准:
在零件图上,确定点、线、面位置的基准。
工艺基准:
在加工和装配中使用的基准,按照用途不同又可分为:
1)定位基准:
在加工中使工件在机床夹具上占有正确位置所采用的基准。
分为完全定位与不完全定位2)度量基准:
在检验时所使用的基准。
3)装配基准:
装配时用来确定零件或部件在机器中位置所采用的基准。
六点定位原理:
任何未定位的工件在空间直角坐标系中都具有六个自由度,即沿三个坐标轴的移动自由度和绕三个坐标轴的转动自由度。
第三节定位误差分析
调刀基准的概念:
因此它与其它各类基准不同,不是体现在工件上,而是体现在夹具中,是由夹具定位元件的定位工作面体现。
由以上得出调刀基准应具备的两个条件:
1、它是由夹具定位元件的定位工作面体现的;
2、它是在加工精度参数(尺寸、位置)方向上调整刀具位置的依据。
若加工精度参数是尺寸时,则夹具图上应以调刀基准标注调刀尺寸。
定位误差及其产生原因:
定位误差由基准不重合误差和定位副制造不准确误差组成。
当夹具在机床上的定位精度已达到要求时,如果工件在夹具中定位的不准确,将会使设计基准在加工尺寸方向上产生偏移。
往往导致加工后工件达不到要求。
定位误差△dw表示。
1、定位基准与设计基准不重合产生的定位误差;
2、定位副制造不准确产生的基准位移误差;
一、夹紧装置的组成及基本要求:
夹紧装置的组成、力源装置、中间传力机构、夹紧元件
夹紧装置的基本要求:
1、夹紧时不能破坏工件夹具中占有正确位置。
2、夹紧力要适当。
3、夹紧机构要操作方便,夹压迅速、省力。
4、结构要紧凑简单,有良好结构工艺性,尽量使用标准件。
夹紧力三要素:
大小、方向、作用点
夹紧力的确定:
1.确定夹紧力方向的确定,2.夹紧力夹紧力的大小可根据切削力、工件重力的大小、方向和相互位置关系具体计算,3.夹紧力的作用点应尽量靠近加工表面,以减小切削力对夹紧点的力矩,防止或减少工件的加工振动或弯曲变形。
典型夹紧机构:
斜楔夹紧;
螺旋夹紧;
偏心夹紧。
四.夹紧动力源装置:
1.气动夹紧2.液压夹紧3.气-液压组合夹紧
第七节机床夹具设计的基本步骤:
1、明确设计任务;
2、确定夹具的结构方案,主要考虑的问题;
3、绘制总装图的顺序;
4、确定并标注有关尺寸和夹具技术要求;
5、绘制夹具零件图
五类尺寸和四类技术要求:
五类尺寸:
包括夹具外形轮廓尺寸、工件与定位元件间的联系尺寸、夹具与刀具的联系尺寸、夹具与机床联系部分的联系尺寸、夹具内部的配合尺寸。
四类技术要求:
包括定位元件之间的定位要求、定位元件与连接元件和(或)夹具体底面的相互位置要求、导引元件和和(或)夹具体底面的相互位置要求、导引元件与定位元件间的相互位置要求。
本章着重介绍了夹具的结构、作用;
夹具装夹工件的原理;
定位误差的分析。
第五章机械制造质量分析与控制
机械制造企业的追求:
优质、高产、低消耗
产品质量的基础是零件的加工质量:
加工精度、加工表面质量
加工精度:
零件加工后的实际几何参数与理想几何参数的符合程度。
加工误差:
零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度。
加工误差与加工成本C成反比关系。
用同一种加工方法,如欲获得较高的精度,就会降低生产率,增加生产成本;
反之亦然。
零件加工精度包括:
尺寸精度、形状精度和位置精度。
获得形状精度的方法:
1)轨迹法:
2)成形法:
3)展成法:
零件位置精度的获得主要取决于工件的定位(装夹)和加工方法。
获得尺寸精度的方法:
1)试切法;
2)定尺寸刀具法;
3)调整法;
4)自动控制法。
机械加工工艺系统:
在机械加工时,机床、夹具、刀具和工件就构成的一个完整的系统。
加工工艺系统误差是根源,加工误差是表现;
机床误差的三个方面:
机床本身的制造、磨损和安装
车床的各项静误差:
1、床身导轨在垂直面和水平面内的直线度和平行度;
2.、主轴轴线对床身导轨的平行度;
3、主轴的回转精度;
4传动链精度;
5、刀架各溜板移动时,对主轴轴线的平行度和垂直度。
静误差对加工精度影响的分析:
1、导轨误差2、主轴误差3、传动链误差
导轨误差:
1、导轨向后凸时工件产生鞍形加工误差;
2、导轨向前凸时产生鼓形加工误差。
导轨三项误差的常规检查方法:
1、垂直平面内的直线度误差;
2、前后导轨的平行度误差;
3、水平面内的直线度误差。
提高传动链的传动精度的措施:
1、尽可能缩短传动链,减少误差源数n。
2、尽可能采用降速传动;
尽可能使末端传动副采用大的降速比;
末端传动元件应尽可能地制造得精确些。
3、提高传动元件的制造精度和装夹精度,尽可能地提高传动链中升速传动元件的精度。
调整误差:
1、机床的调整;
2、夹具的调整;
3、刀具的调整。
工艺系统受力变形对加工精度的影响:
工艺系统在受力情况下的总位移是各个组成部分位移y机床、y夹具、y刀具、y工件的迭加。
工艺系统刚度对加工精度的影响,可以归纳为下列几种常见的形式:
1、由于受力点位置的变化而产生的工件形状误差;
2、由于切削力变化引起的加工误差-误差复映规律;
3、其它作用力引起工艺系统受力变形的变化所产生的加工误差。
五、工艺系统热变形引起的加工误差:
1、工艺系统的热变形及其热源;
2、机床的热变形及其对加工精度的影响;
3、减少机床热变形对加工精度影响的基本途径;
4、刀具的热变形及其对加工精度的影响;
5、工件的热变形。
六、内应力引起的变形:
1、毛坯制造中产生的内应力
;
2、冷校直带来的内应力;
3、切削带来的内应力。
七、保证和提高加工精度的途径:
1、直接消除或减小柔性工件受力变形;
2、抵消受力变形和传动误差;
3、抵消装配后因自重而产生的变形;
4、缩小范围,分别处理,分组控制定位误差;
5、确保验收,“就地加工”达到终精度
第三节加工误差的综合分析
加工误差分为:
系统性误差——连续加工一批零件时,这类误差的大小和方向保持不变,或是按一定的规律而变化。
随机性误差——在加工一批零件中,这类误差的大小和方向是不规律地变化着的。
解决途径;
1、刀具的调整误差引起的工件的加工误差就是常值系统性误差,可以通过重新调整刀具加以消除。
2、磨床上对砂轮磨损和砂轮修正的自动补偿;
机床热变形则采用空车运转使机床达到热平衡后再加工的方法来减少热变形的影响。
加工误差的统计分析方法:
常用的两种:
1、分布曲线法;
2、点图法
正态分布曲线具有下列特点:
1、曲线成钟形,中间高,两边低。
这表示尺寸靠近分散中心的工件占大部分,而尺寸远离分散中心的工件是极少数。
2、工件尺寸大于和小于的同间距范围内的频率是相等的。
表示正态分布曲线形状的参数是。
曲线越平坦,尺寸越分散,也就是加工精度越低;
越小,曲线越陡峭,尺寸越集中,也就是加工精度越高。
4、,一般都取正态分布曲线的分散范围为
点图法要点:
按加工的先后顺序作出尺寸的变化图,以暴露整个加工过程中误差变化的全貌。
具体方法:
按工件的加工顺序定期测量工件的尺寸,以其序号为横坐标,以量得的尺寸为纵坐标,则可得到点图。
点图分析法的特点是:
1)所采用的样本为顺序小样本;
2)能在工艺过程进行中及时提供主动控制的资料;
3)计算简单。
第四节机械加工表面质量
主要有以下三个方面的内容:
(1)表面层因塑性变形引起的冷作硬化;
(2)表面层因切削热引起的金相组织的变化;
(3)表面层中产生的残余应力。
表面质量对零件使用性能的影响:
1、表面质量对零件耐磨性的影响三个阶段:
初期磨损阶段,正常磨损阶段,急剧磨损阶段。
2、表面质量对疲劳强度的影响;
3、表面质量对零件抗腐蚀性能的影响;
4、表面质量对配合质量的影响;
5、其他影响
被加工材料性能的影响:
1、韧性较大的塑性材料,加工后粗糙度愈大;
2、脆性材料的加工粗糙度比较地接近理论粗糙度。
3、对于同样的材料,晶粒组织愈是粗大,加工后的粗糙度也愈大;
4、为了降低加工后的表面祖糙度,常在切削加工前进行调质或正火处理,以得到均匀细密的晶粒组织和较高的硬度。
影响磨削表面粗糙度的主要因素有:
⑴砂轮的粒度
(2)砂轮的修整(3)砂轮速度(4)砂轮的硬度(5)冷却(6)磨削切深与工件速度
第六章工艺规程设计
第一节概述
一、生产过程与工艺过程
机器的生产过程是将原材料转变为成品的全过程。
工艺过程:
在生产过程中,凡是改变生产对象的形状、尺寸、位置和性质等,使其成为成品或半成品的过程。
机械制造工艺过程一般是指零件的机械加工工艺过程和机器的装配工艺过程的总和。
二、机械加工工艺过程的组成:
1.工序、工步和工作行程;
2.装夹和工位。
工序是组成加工工艺过程的基本单元。
工艺路线:
制订机械加工工艺过程中,列出主要工序名称及其加工顺序的简略工艺过程。
工步是在加工表面不变、加工工具不变、切削用量不变的条件下所连续完成的那部分工序;
装夹是由定位和夹紧过程组成,这一功能是由夹具完成的。
工位:
工件在机床上所占据的每一个位置上所完成的那一部分工序。
三、生产类型与加工工艺过程的特点
针对不同的产品所选用的生产模式及制造技术的准则是什么?
1、质量、成本、生产率长期以来是评价机电产品制造过程的三大准则;
2、随着科学技术的飞速发展及人们消费水平的提高,质量、成本、生产率这三大准则的内涵有了新的发展。
T(交货时间)Q(质量)C(成本)S(服务)的准则被提出来了;
工艺规程设计须遵循以下原则:
1)保证机器零件的加工质量(或机器的装配质量),达到设计图纸上规定的各项技术要求;
2)应使工艺过程具有较高的生产率,使产品尽快投放市场;
3)设法降低制造成本;
4)注意减轻工人的劳动强度,保证生产安全。
设计工艺规程必须具备以下原始资料:
1)产品装配图、零件图;
2)产品验收质量标准;
3)产品的年生产纲领;
4)毛坯材料与毛坯生产条件;
5)制造厂的生产条件;
6)工艺规程设计、工艺装备设计所需要的设计手册和有关标准;
7)国内外先进制造技术资料等。
机械加工工艺规程设计的内容及步骤:
1、分析研究产品的装配图和零件图;
2、确定毛坯;
3、拟定工艺路线,选择定位基面;
4、确定各工序所采用的设备;
5、确定各工序所采用的刀、夹、量具和辅助工具;
6、确定各主要工序的技术要求及检验方法;
7、确定各工序的加工余量,计算工序尺寸和公差;
8、确定切削用量;
9、确定工时定额;
10、技术经济分析;
11、填写工艺文件。
制订工艺规程时要解决的主要问题:
一)定位基准的选择;
二)加工方法的选择原则;
三)加工阶段的划分;
四)工序的集中与分散;
五)加工顺序的安排;
六)机床的选择
第三节加工余量及工序尺寸
一、加工余量及其影响因素;
1、加工余量:
加工总余量:
在由毛坯变为成品的过程中,在某加工表面上切除的金属层的总厚度;
工序间加工余量:
每一道工序所切除的金属层厚度;
对称余量(即双边余量):
对于外圆和孔等旋转表面而言,加工余量是从直径上考虑的;
单边余量:
平面的加工余量则是单边余量,它等于实际所切除的金属层厚度。
加工余量示意图:
1.加工总余量等于各工序间余量之和
2.对于被包容面而言:
工序间余量=上工序的基本尺寸-本工序的基本尺寸;
工序间最大余量=上工序的最大极限尺寸-本工序的最小极限尺寸;
工序间最小余量=上工序的最小极限尺寸-本工序的最大极限尺寸。
3.对于包容面而言
工序间余量=本工序的基本尺寸-上工序的基本尺寸;
工序间最大余量=本工序的最大极限尺寸-上工序的最小极限尺寸;
工序间最小余量=本工序的最小极限尺寸-上工序的最大极限尺寸。
确
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