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尾座体加工工艺及夹具设计

——机械设计制造技术基础课程设计

姓　　名：
学生学号： 　
院（系）：
年级专业：
指导教师：
助理指导教师：

2012年1月

摘 要

本课题主要是设计某机床尾座体的加工工艺及夹具的设计，在设计中采用先设计该尾座体的加工工艺在根据加工工艺来选取夹具的设计的方案和夹具的具体设计；而设计的重点是夹具的设计。加工孔14的夹具其实就是在加工底面夹具的基础上加了一个45度斜度板。
1 绪 论
机械设计制造及其夹具设计是对我们完成大学四年的学习内容后进行的总体的系统的复习，融会贯通四年所学的知识，将理论与实践相结合。在毕业前进行的一次模拟训练，为我们即将走向自己的工作岗位打下良好的基础。
机械加工工业规程是指导生产的重要的技术性文件，它直接关系到产品的质量、生产率及其加工产品的经济效益，因此工艺规程的编制的好坏是生产该产品的质量的重要保证的重要依据。在编制工艺时须保证其合理性、科学性、完善性。
夹具设计是为了保证产品的质量的同时提高生产的效率、改善工人的劳动强度、降低生产成本，因此在大批量生产中，常采用专用夹具。
这次毕业设计，难免会有许多的问题，恳请各位指导教师给予帮助，希望通过这次设计能锻炼自己的分析问题、解决问题的能力，为以后 参加工作打下良好的基础。
2 零件分析

题目所给的零件是机床尾座体，尾座安装在机床的右端导轨上，尾座上的套筒可以安装顶尖，以支承较长的工件的右端（即顶持工件的中心孔）、安装钻头、绞刀，进行孔加工，也可以安装丝锥攻螺纹工具、圆析牙套螺纹工具加工内、外螺纹。尾座可以沿尾座导轨作纵向调整移动，然后压下尾座紧固手轮将尾座夹紧在所需位置，摇动尾座手轮可以实现对工件的顶紧、松开或对工件进行切削的纵向进给。
2.1 零件的特点
由图可知，该零件为不太规则的部件，其主要技术特点如下：
1.铸件需要消除毛刺和砂粒、并作退火处理
2. 17H6要求圆度为0.003
3. 17H6要求圆柱度0.004
4. 17H6与导轨面的平行度为0.005
5. 17H6与燕尾面的平行度为0.005
6. 17H6的孔轴心线与导轨面的位置度误差为0～0.1
7. 17H6的孔与燕尾面的位置度误差不超过0.15
8.各面的粗糙度达到需要的要求
9. 17H6的孔需精加工、研配
10.导轨面配刮10～13点/2525
2.2 零件工艺分析
根据零件图可知、主要进行导轨面的加工、孔加工和表面加工、钻孔、攻丝，孔的精度要求高。该零件年生产5000件属大批量生产，在加工是为了提高劳动效率、降低成本，设计加工零件需要设计专用夹具。
3 工艺规程设计

3.1 确定毛坯的制造形成
由于该零件的形状较复杂，因此不能用锻造，只能用铸件，而且年生产批量为5000件已达成批生产的水平，采用批量造型生产。根据零件主要的加工表面的粗糙度确定各表面加工余量，查参考文献查参考文献[2] 《机械加工工艺手册》，以后有计算在此就不重复了。
3.2 基面的选择
基面的选择是工艺规程中的重要工作之一，基面的选择的正确与合理可以使加工的质量得到保证、生产效率得到提高；否则不但使加工工艺过程中的问题百出，更有甚者，还会造成零件大批报废，使生产无法正常进行。
粗基准的选择：对于象机床尾座这样的零件来说，选择好粗基准是至关重要的，能够保证零件的各种加工余量的选择。对于一般零件而言，以加工面互为基准完全合理；但对于本零件来说，如果以17的孔为粗基准可能造成位置精度不达标，按照有关粗基准的选择原则（即当零件有不加工表面时，应以这些不加工面作为粗基准）现在选择不加工35的外圆表面和外表不加工面作为粗基准，利用一组两个锥套夹持两端作为主要定位面以消除五个不定度，再用一个支承板、支承在前面用以消除一个不定度，达到完全定位。用来加工工件的底面。
对于精基准而言，主要应考虑基准的重合问题。这里主要以已加工的底面为加工的精基准。当设计基准与工序基准不重合时应该进行尺寸换算，后面对此有专门的计算这里就不重复了。
3.3制定工艺路线
制定工艺路线的出发点应当是使零件的几何形状、尺寸精度及位置精度等技术要求能得到合理的保证。在生产纲领已确定为批量生产的条件下，可以考虑采用万能机床配以专用夹具，并尽量使工序集中来提高生产率。除此之外，还应当考虑经济效果，以便使用生产成本下降：
3.3.1 工艺路线方案一
工序Ⅰ.铣削17H的孔的两端面（粗铣、半精铣）
工序Ⅱ.扩17H的孔。
工序Ⅲ.倒角
工序Ⅳ.铣削孔14的端面、铣削M6的端面、粗铣最底面、粗铣导轨面、铣工艺面、铣削22的退刀槽、精铣导轨面、精铣燕尾面
工序Ⅴ.铣削28的端面
工序Ⅵ.钻14的孔、扩孔
工序Ⅶ.镗削28的沉降孔
工序Ⅷ.钻M6的孔、攻丝
工序Ⅸ.精加工17的孔、研配
工序Ⅹ.精加工导轨面配刮12—13点/2525
3.3.2 艺路线方案二
工序Ⅰ.铣削17H的孔的两端面（粗铣、半精铣）
工序Ⅱ.粗刨导轨面
工序Ⅲ.粗刨燕尾面
工序Ⅳ.刨削导轨面的工艺台阶面
工序Ⅴ.铣削22的退刀槽
工序Ⅵ.精刨导轨面
工序Ⅶ.精刨燕尾面
工序Ⅷ.扩17的孔
工序Ⅸ.铣削14的孔的端面
工序Ⅹ.镗28的孔
工序Ⅺ.研配17的孔
工序Ⅻ.导轨配刮
3.3.3.工艺方案的比较分析
上述两方案的特点在于：方案一是先加工孔，然后以此孔为基准加工其它各处，而方案二是以导轨面为基准加工其它面，可以看出以先加工孔，以孔作为定位基准加工时位置精度较易保证，并且定位装夹等都比较方便，但是方案一中的一次装夹多道工序除了可以选用专用夹具设计的组合机床（但在成批生产是在普通机床上能保证精度的情况下，应尽量不选用专用机床）以外，只能选用多工位万能铣床加工。而目前万能铣床的加工精度还不能加工导轨面的精度要求，因此决定将方案二中的工序ⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨⅩⅪⅫ移入方案一，由于铣削时不能很好地加工燕尾处的的斜面，因此在导轨面和燕尾的加工都采用刨削。具体工艺过程如下：
工序1.粗铣削17H6的孔的两端面
工序2.精铣削17H6的孔的两端面
工序3.钻17H6的孔
工序4.扩17H6的孔
工序5.惚 的倒角
工序6.粗铣14的孔的端面
工序7.半精铣14的孔的端面
工序8.铣削M6的端面
工序9. 粗刨燕尾底面
工序10.粗刨轨面
工序11.铣刨导轨面的工艺面
工序12.铣削22的退刀槽
工序13.精刨燕尾面
工序14.精刨导轨面
工序15.磨燕尾面
工序16.磨导轨面
工序17.钻14的孔
工序18.扩14的孔
工序19.钻M6的螺纹孔
工序20.攻丝
工序21.镗削28的沉降孔
工序22.镗削的孔
工序23.镗削的孔
工序24.导轨面配刮
工序25.精加工17H6的孔研配
工序26.人工时效
工序27.终检
但考虑工序集中和铸件不适合热处理取消工序26，而且考虑工序集中，集中同一中加工的粗精加工。具体的工序如下：
工序1. 导轨面加工（粗、半精铣削导轨面及刨削导轨面的工艺面、精刨导轨面）
工序2.燕尾面加工（粗刨、精刨燕尾面）
工序3. 铣削17H6的孔的两端面（粗、精铣）
工序4.孔加工（钻、扩、绞17H6的孔）
工序5. 铣削14的孔的端面
工序6.14的孔加工（14的孔钻、扩）
工序7.铣削M6的端面
工序8.钻孔（钻M6的螺纹孔）
工序9. 惚 的倒角
工序10. 磨削（导轨面、燕尾面）
工序11. 镗削（镗削28的沉降孔）
工序12. 攻丝
工序13. 导轨面配刮
工序14. 珩磨：
工序15. 精加工17H6的孔研配
工序16. 终检
以上过程详见后面的工艺卡
3.4 机械加工余量、工序尺寸及毛坯的确定
“尾座体”零件的材料为HT200，生产类型为成批生产。采用自由的砂型,3级精度（成批生产）。
根据上述原始质料及加工工艺，分别确定各加工表面的机械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
3.4.1 孔的端面的
不平度：、缺陷度：查参考资料[4] 《机械制造工艺与夹具设计指导》
空间偏差： 根据参考资料[4] 《机械制造工艺与夹具设计指导》
铸造公差： 查参考资料[4]《机械制造工艺与夹具设计指导》，按铸件宽度查得的宽度公差
（1）粗铣余量
加工精度：IT12，公差查参考资料[4] 《机械制造工艺与夹具设计指导》
加工表面粗糙度：查参考资料[4]《机械制造工艺与夹具设计指导》
铸件的加工余量为，
（2）精铣余量
加工精度及表面粗糙度：要求达到，公差，见图纸要求。精加工的余量为。
所以总的加工为
式（3.1）

3.4.2 内孔
毛坯为实心，不冲出孔。内孔精度要求为，参考资料[4]《机械制造工艺与夹具设计指导》确定工序尺寸及加工余量为：
钻孔：
扩孔： 查参考资料[4]《机械制造工艺与夹具设计指导》
精镗： 查参考资料[4]《机械制造工艺与夹具设计指导》
细镗： 查参考资料[4]《机械制造工艺与夹具设计指导》
珩磨： 查参考资料[4]《机械制造工艺与夹具设计指导》 表2.3-51
总的加工余量为：
。 式（3-2）
3.4.3 燕尾面加工
考虑其加工长度为，与其联结的为导轨面，其精度相对较高，要进行粗加工、半精加工和精加工。
①粗加工：
加工精度、铸件粗加工的余量根据参考资料[4]《机械制造工艺与夹具设计指导》。
②半精加工：
加工长度、加工宽度，因此半精加工的余量选择参考资料[4]《机械制造工艺与夹具设计指导》 表2.3-59。
③精加工：
加工长度、加工宽度，因此精加工的余量选择 参考资料[4]《机械制造工艺与夹具设计指导》 表2.3-60
总的加工余量。 式（3.3）
3.4.4 导轨面刨削加工
考虑其加工长度为，同样也是和导轨配合，其加工精度要求非常高，因此需要进行粗加工，半精加工和精加工。
①粗加工：
加工精度选择选择加工余量
②半精加工：
加工长度、加工宽度，因此加工余量选择 。由参考资料[4]《机械制造工艺与夹具设计指导》 表2.3-59
③精加工：
加工长度、加工宽度，因此精加工的余量选择 由参考资料[4]《机械制造工艺与夹具设计指导》表2.3-60
总的加工余量由式3-3得：
。
3.4.5 孔的内径表面
毛坯为实心，不冲出孔。内孔精度要求不太高，参考参考资料[2]《机械加工工艺手册》确定工序加工尺寸及余量为：
钻孔：
扩孔： (查参考资料[2] 《机械加工工艺手册》表2.3-48)
7.M6的孔加工
公称直径，加工前的钻孔直径 (查参考资料[2] 《机械加工工艺手册》表2.3-71) 因此钻孔的加工余量为：
。
3.5确定切削用量及基本工时
3.5.1铣削17H6的孔的两端面。
1.粗铣：
（1）.加工条件
加工要求：铣的孔的端面。
机床：双端面铣床X364
刀具：粗铣端面刀具材料选用YG6，由铣削宽度选择。查参考资料[5]《金属切削手册》 表6-4得
（2）.计算切削用量
①若考虑工件的粗糙度，加工余量为, 但实际，由于以后还要精加工，因此此端面不必全部加工，此时可按考虑，分二次加工，吃刀深度。查参考资料[2]《机械加工工艺手册》 表2.3-5
②每齿进给量查参考资料[5]《金属切削手册》表6-12得
③计算切削速度 查参考资料[2]《机械加工工艺手册》得耐用度
式（3.4）

④功率计算
式（3.5）

2.精铣：
（1）.加工条件
加工要求：铣的孔的端面。
机床：双端面铣床X364
刀具：。精铣端面刀具材料选用YG6，。
①吃刀深度
②每转进给量达到粗糙度要求6.3（▽4）
3.5.2.钻孔（钻17H6的孔）（根据钻孔取参考值，参考资料[2]《机械加工工艺手册》）

式（3.6）

按机床选取：

考虑其加工长度为，选择钻床摇臂钻床。
切削工时：
，
式（3.7）

3.5.3.铣削14的孔的端面（粗铣14的孔的端面、半精铣14的孔的端面）
1.粗铣14的孔的端面
（1）.加工条件
加工要求：铣的孔的端面。
机床：端面铣床XE755
刀具：粗铣端面刀具材料选用YG6，,齿数10。
（2）.计算切削用量
1）.粗铣
①若考虑工件的粗糙度，加工余量为, 但实际，由于以后还要精加工，因此此端面不必全部加工，此时可按考虑，分二次加工，吃刀深度。
②每齿进给量 查资料[1]《机床夹具设计手册》
③计算切削速度查资料[1]《机床夹具设计手册》 耐用度

④功率计算

2.半精铣14的孔的端面
（1）.加工条件
加工要求：铣的孔的端面。
机床：端面铣床XE755
刀具：。精铣端面刀具材料选用YG6，。
（2）. 半精铣
①吃刀深度
②每转进给量达到粗糙度要求
3.5.4.铣削M6的端面
加工要求：铣M6的螺纹的端面。
机床：端面铣床XE755
刀具：。铣端面刀具材料选用YG6，。
铣
①吃刀深度
②每转进给量就能够达到粗糙度要求

3.5.5.钻孔（钻14的孔、钻M6的螺纹孔）（根据钻孔取参数值，加工工艺手册）
1.钻14的孔

式（3.8）

按机床选取
所以实际切削速度
切削工时：查参考资料[2]《机械加工工艺手册》
，
按照式3-7得：

2.钻M6的螺纹孔根据钻孔取参数值，查参考资料[2]《机械加工工艺手册》

由式3-8得 ：

按机床选取
所以实际切削速度
切削工时： 查参考资料[2]《机械加工工艺手册》
，
由式3-7得：

3.5.6.扩孔（扩17H6的孔）

切削深度：
由式3-8得：

按机床选取：
所以实际切削速度：
切削工时：查参考资料[2]《机械加工工艺手册》
，
由式3-7得：

3.5.7.惚 的倒角
为了缩短辅助时间，取倒角时的主轴转速与钻孔相同，

3.5.8.扩孔（扩14的孔）

切削深度：
由式3-8得：

按机床选取：
所以实际切削速度：
切削工时： 查参考资料[2]《机械加工工艺手册》
，
由式3-8得：

3.5.9.刨削导轨面（粗、半精刨削导轨面及刨削导轨面的工艺面、精刨导轨面）
1.粗刨：
（1）.加工条件
加工要求：粗刨导轨面。
机床：端面铣床BE755
刀具：粗铣端面刀具材料选用YG6，。
（2）.计算切削用量
①若考虑工件的粗糙度，加工余量为, 但实际，由于以后还要精加工，因此此端面不必全部加工，此时可按考虑，分二次加工，吃刀深度。
②每齿进给量： 查参考资料[2]《机械加工工艺手册》
③计算切削速度 查参考资料[2]《机械加工工艺手册》
耐用度：
由3-4得

④功率计算

2.半精刨削导轨面及铣削导轨面的工艺面
（1）.加工条件
加工要求：半精铣削导轨面及铣削导轨面的工艺面。
机床：端面铣床BE755
刀具：粗铣端面刀具材料选用YG6，。
（2）.计算切削用量
①若考虑工件的粗糙度，加工余量为, 但实际，由于以后还要精加工，因此此端面不必全部加工，此时可按考虑，分二次加工，吃刀深度。
②每齿进给量 查参考资料[2]《机械加工工艺手册》
③计算切削速度 查参考资料[2]《机械加工工艺手册》 耐用度
由3-4得：

④功率计算
式（3-9）
3.精刨：
加工要求：精刨削导轨面。
机床：端面铣床BE755
刀具：。精铣端面刀具材料选用YG6，。
①吃刀深度
②每转进给量达到粗糙度要求6.3（▽4
4.粗刨燕尾底面
加工要求：铣刨燕尾底面。
机床：端面铣床BE755
刀具：。铣端面刀具材料选用YG6，。
铣
①吃刀深度
②每转进给量就能够达到粗糙度要求
3.5.10.铣削22的退刀槽
加工要求：铣削22的退刀槽。
机床：铣床X525
刀具：。粗齿锯片铣刀，，，齿数20。
铣
①吃刀深度
②每转进给量就能够达到粗糙度要求
3.5.11.刨削燕尾面（粗刨、精刨燕尾面）
（1）.加工条件
加工要求：刨削燕尾面。
机床：刨床BE755
刀具：。精铣端面刀具材料选用YG6，。
1）.粗刨
①若考虑工件的粗糙度，加工余量为, 但实际，由于以后还要精加工，因此此端面不必全部加工，此时可按考虑，分二次加工，吃刀深度。
②每齿进给量 查参考资料[2]《机械加工工艺手册》
③计算切削速度 查参考资料[2]《机械加工工艺手册》 耐用度
由3-8得：

④功率计算

2）.精铣
①吃刀深度：
②每转进给量： 达到粗糙度要求6.3（▽4）
3.5.12.镗削（精镗、细镗的孔）
取刀杆直径， 刀杆伸出量。
粗镗：加工余量。分两次加工。令，，选用硬质合金YT5镗刀。

精镗：
细镗：取刀杆直径， 刀杆伸出量。
粗镗：加工余量：

分两次加工。令，，选用硬质合金YT5镗刀。
。
3.5.13.磨削（导轨面、燕尾面）
由于都是平面的加工，所以采用平面磨削的加工方案。
1.导轨面的磨削
选用机床： 导轨磨床MM52125
磨具： 粗磨采用平行砂轮。查参考资料[2]《机械加工工艺手册》。
磨削用量选择：
合理的磨削用量的选择的一般原则为：①粗磨时，工件加工的精度和粗糙度要求差一些，可采用较大的、。②精磨时，必须采用小的、、。③要根据工件的尺寸大小、刚性的好坏，选择合理的、。④根据加工材料的强度和硬度以及导热性，合理地选择、。⑤根据砂轮的切削性能的好坏使用合理的。⑥磨削细长零件时，工件容易产生震动，应适当降低些。由此选择如下：

轴向进给量（双行程）
工件速度：
查参考资料[2]《机械加工工艺手册》表2.4-167
径向进给量：

查参考资料[2]《机械加工工艺手册》表2.4-167
切削工时：
式（3.9）
式中 L——加工长度，138mm
b——加工宽度，90mm
——加工余量，0.022mm
K——系数，1.14
Z——同时加工零件数

2. 燕尾面的磨削
选用机床： 导轨磨床MM52125
磨具： 粗磨采用平行砂轮。（查机械加工工艺手册）。
磨削用量选择：

轴向进给量：
（双行程）
工件速度
（表2.4-167）
径向进给量
（表2.4-167）
切削工时：
（式3.10）
式中 L——加工长度，90mm
b——加工宽度，11mm
——加工余量，0.022mm
K——系数，1.14
Z——同时加工零件数

3.5.14.镗削（镗削的孔、镗削28的沉降孔）
1.镗削的孔
（取刀杆直径， 刀杆伸出量。
粗镗：加工余量。分两次加工。令，，选用硬质合金YT5镗刀。

精镗：
2.镗削28的沉降孔
取刀杆直径， 刀杆伸出量。
粗镗：加工余量：
。
分两次加工。令，，选用硬质合金YT5镗刀。

精镗：
3.5.15.攻丝
公制螺纹，由于加工的材料是铸件，因此选取如下：
（查参考资料[2]《机械加工工艺手册》表2.4-105）
所以

3.5.16.导轨面配刮
采用人工配刮达到10～13点/2525
3.5.17.珩磨： 的孔
加工条件：工件的尺寸不太大，孔直不太大。
珩磨机床：由于工件的尺寸不太大，所以选择卧式珩磨机床。
珩磨头：选择磨较小孔的珩磨头。
珩磨切削参数的选择：由于加工的是会铸铁，所以查机械加工工艺手册的
合成切削速度选择（精加工）
圆周速度（精加工）
往复速度（精加工）
油石的径向进给为
所以的到油石的行程长度
选择煤油作为该加工的切削液
3.5.18.精加工17H6的孔研配
采用人工研配达到粗糙度等要求。
3.5.19.终检
检测工件是否有裂纹等缺陷
4 夹具设计

为了提高劳动生产率，保证加工质量，降低劳动强度，需要设计专用夹具。
经过与指导老师协商，决定设计孔的加工夹具。
4.1 问题的提出

利用这个夹具用来加工孔，这都有很高的技术要求。但加工的部分都尚未加工，因此，在设计时，主要考虑如何提高劳动生产率，降低劳动强度，并且精度也是非常重要的。
4.2夹具设计
4.2.1 孔的加工夹具 【见装配图】
（1）定位基准的选择
由零件图可知，加工孔14的夹具其实同样以底面和75度面作为基准,也就是在加工17的孔的上做一个45度斜角度。。
夹紧时主要是限制工件的在平面上的转动，由于外表面基本上是不用工的，所以在加工的时候采用不加工面作为夹紧。
由于考虑钻削力的作用，把夹具体做出的斜角。
2）夹紧力的选择
在钻孔是夹紧力产生的力矩，必须满足

其中 ——钻削扭矩，其值由切削原理的公式计算确定；
——钻削时，左边压紧件生力矩；
——钻削时，右边压板产生力矩。

（3）定位误差
①定位元件尺寸及公差的确定。夹具的主要定位是导轨面和燕尾，该端面与孔的垂直度有一定的要求。
②还有就是45的夹角可能存在一定的误差。具体在装配图上看。

5 总 结

通过这次毕业设计，使我对产品设计过程有了进一步的认识，对结构设计有了更进一步的了解，也加深了对大学四年中所学的基础知识的学习和理解。毕业设计是理论联系实际的最有效方法。在具体设计过程中，必须考虑到方方面面的问题，在理论上正确无误的设计，在实际中往往存在各种问题。这样，在设计时就必须考虑，所设计的机构是否合理在实际运用中能否正常工作。毕业设计使我学会了从实际出发设计产品，而不仅仅考虑理论上的可行性。
在本次课程设计的制作过程中，我深深的体会到一个看似简单的机构其实并不像我们想象中的那么简单，它所要考虑的东西还很多。要完善一个产品首先应该对其功能作用有充分的了解，然后对实现这些功能的结构进行分析，考虑哪种结构能够实现这种功能，哪种结构更加合理、有效、简便。根据了解的类似结构进行仔细分析，再进行适当的改进、创新，争取用最低的成本实现最先进的功能。最后再根据结构设计出各个零件，应当考虑到零件的加工、材料、成本等问题。
在设计过程中，尹克俭老师给予了我悉心指导，提出好的建议，使我获益良多。同学之间互相研讨，共同解决问题，互相帮助，互相学习，使我体会到了团队的可贵，懂得了团队精神的重要性。 毕业设计是我在学校的最后一次答卷，我也把它看成是我迈向社会的第一步。

参 考 文 献
[1] 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学。机床夹具设计手册［Ｍ］。上海科学技术出版社，1984。
[2] 李洪。机械加工工艺手册［Ｍ］。北京出版社，1996。
[3] 李庆寿。机床夹具设计［Ｍ］。机械工业出版社，1991。
[4] 张进生。机械制造工艺与夹具设计指导［Ｍ］。机械工业出版社，1995。
[5] 上海市金属切削技术协会。金属切削手册［Ｍ］。上海科学技术出版社，2004。
[6] 王光斗，王春福。机床夹具设计手册［Ｍ］。上海科学技术出版社，2002。
[7] 余光国，马俊，张兴发，机床夹具设计[M]，重庆：重庆大学出版社，1995。
[8] 廖念钊，莫雨松，李硕根，互换性与技术测量[M]，中国计量出版社，2000：9-19。
[9] [王光斗，王春福，机床夹具设计手册[M]，上海科学技术出版社，2000。
[10] 乐兑谦，金属切削刀具，机械工业出版社，2005：4-17。