钻床主轴钻床主轴设计毕业设计.docx

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钻床主轴钻床主轴设计毕业设计

钻床主轴_钻床主轴设计毕业设计

前言毕业设计是在学完了机械设计、机械制造工艺与夹具、机械加工工艺、计算机基础、CAD制图、等课程后，是学生在校期间十分重要的综合性实践环节，是学生全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行研究（或设计）的综合训练，旨在培养学生的专业研究素养，提高分析和解决问题的能力，使学生的创新意识和专业素质得到提升，使学生的创造性得以发挥装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。

马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。

制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。

当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。

此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。

总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

2016年11月目录前言………………………………………………………………..1第一章绪论…………………………………………………3第二章毕业设计任务书……………………………………4第三章零件图样分析………………………………………63.1图样分析…………………………………………….63.2零件图样功能分析………………………………….8第四章零件的生产类型…………………………………....9第五章拟定零件加工工艺路线分析………………………105.1选择零件各表面的加工方法……………………….105.2估算毛坯的机械加工余量……………………...…115.3拟定零件加工工艺路线…………………………...125.4尺寸、形状、位置精度的保证方法……………...14第六章零件的毛坯类型及其制造方法……………………206.1零件毛坯类型………………………………206.2毛坯热处理…………………………………21第七章选择零件的定位基准和加工装备…………………237.1零件的定位基准选择……………………………...237.2加工装备的选择…………………………….25第八章确定加工参数及设计……………………...……….288.1确定加工参数第九章设计小结……………………………………………29第十章参考文献……………………………………………30第一章绪论毕业设计，是学生在校期间内，完成所有的学业后，一个十分重要的综合性实践环节。

毕业设计内容，涉及到学生在校期间内所科目的内容。

是学生所学的基础理论知识、专业知识和基本技能，对实际问题进行研究（或设计）的一次综合训练，旨在检测和培养学生的专业研究素养，提高分析和解决问题的能力，使学生的创新意识和专业素质得到提升，使学生的创造性得以发挥，也让学生在设计中发现自己，在学习知识上漏洞和缺损，都可以在这次毕业设计中查漏补缺。

使学生能都在生产总有独挡一面的能力，这也是学校培养学生的目的之一。

毕业设计在培养人才中的地位和作用随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能，精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批量生产向多种小批量转化。

因此，对专业人才的需求也日益增大，对专业人才的技术掌握也日趋提高，看学生掌握了多少专业知识，毕业设计是一个检验学生是否掌握了专业知识、掌握了多少专业知识。

毕业设计是一个，理论向实际转化的过渡。

把理论和实际有机的联合起来。

第二章毕业设计任务书课题一：

钻床主轴生产加工工艺设计零件图：

生产批量：

单件小批生产，每次50件。

设计要求：

1、完成零件工艺过程卡、工序卡、刀具卡内容。

2、一组必须有电子档，手工绘制零件图一张/人，说明书一份/人，字数3000字以上。

2、可选择普通机床加工、以及数控机床加工（精加工），若精加工选用数控机床，则必须编制加工程序。

3、设计说明书要求详细阐述从毛坯至成品的全过程。

包括进行零件图的工艺分析、毛坯选择、毛坯尺寸确定、毛坯热处理及其工序安排分析、必要夹具或工装的基本结构、选用机床型号并了解其主要技术参数、工艺方案分析比较，保障关键技术参数的措施，手工绘制相应的工序简图、数控加工有关键部位的走刀路线图。

在比较优劣后最后选定方案、直至加工成成品的全过程。

4、要求设计方案必须注重经济性，尽量选用通用工装及设备，减少实际生产加工中的外委加工。

5、了解零件关键部位的技术参数的检测方法。

6、说明书必须有设计结果的总结分析、参考文献。

7、主要参考资料：

相关教科书、《机械零件设计手册》、《金属切削手册》、《机床设计手册》等第三章拟定零件加工工艺路线分析3.1零件图样分析⑴轮廓形状该零件表面由外圆柱面、退刀槽、外螺纹、花键、锥孔、长孔、倒角所构成。

轴的长径比小于5的称短轴，大于20的称长轴。

该零件，属细长轴类零件，其刚性较差。

在加工中易弯曲变形，造成较大的加工误差，降低加工精度，包括尺寸、位子、形状精度和表面粗糙度。

⑵精度的要求：

1）φ70mm外圆柱面对两处φ40外圆轴线所形成的公共轴线的圆跳动公差为0.01mm。

2）φ40mm外圆柱面的轴线对两处φ40外圆轴线所形成的公共轴线的同轴度公差为φ0.008mm。

3）φ40mm外圆柱面对两处φ40外圆轴线所形成的公共轴线的同轴度公差为φ0.008mm。

4）花键轴部份外圆φ32mm外圆柱面对两处φ40外圆轴线所形成的公共轴线的圆跳动公差为0.03.mm。

5）花键轴的齿侧面对花键轴外圆φ32mm的轴线，对称度公差为0.012mm。

6）在磨削莫氏4号锥孔时，利用基准轴径A做为支撑部位，用基准轴径B找正工件，保证了锥孔与基准轴的同轴度。

7）莫氏4号的内圆锥孔对两处φ40外圆轴线所形成的公共轴线的圆跳动公差为0.015mm。

8）φ40mm×52mm的左端面对两处φ40外圆轴线所形成的公共轴线的圆跳动公差为0.02mm。

9）锥孔接触面涂色检查接解面≥75%。

10）热处理先调质处理28~32HRC，尺寸φ70mm×138mm部分淬火42~48HRC。

11）φ70外圆表面粗糙度要求为Ra1.6，公差等级为IT7级，查表可知要粗车、半精车、精车方能达到要求。

但是，应为φ70mm×138mm部分淬火42~48HRC，硬度比较硬，难以切削，磨损很大，改为磨销加工达到尺寸，所以该段加工为粗车、半精车、粗磨。

12）φ40外圆表面表面粗糙度为Ra0.8，公差等级为IT5级，查表可知要粗车、半精车、粗磨、精磨方能达到要求。

⑶材料的性质，特点，及有无热处理要求。

材料为45Cr钢，硬度比较软要正火调质处理才能有良好的切削性能。

热处理先调质处理28~32HRC，使钻床主轴有良好的刚性和硬度。

尺寸φ70mm×138mm部分淬火42~48HRC，使伸出钻床主轴箱部分，不易破坏，影响加工精度。

这些要求主要通过选用合理的刀具及几何参数，正确的粗精加工路线,合理切削用量，冷却液及工序的安排等措施来保证。

通过以上几点的分析措施有：

1）钻床主轴结构比较复杂，又属细长轴类零件，其刚性较差。

因此所有表面加工分为粗加工、半精加工和精加工三次，而且工序分得很细，这样经过多次加工以后，逐次减小了零件的变形误差。

2）安排足够的热处理工序，也是保证消除零件内应力，减少零件变形的手段。

3）为了保证支撑轴和锥孔的同轴度，加工过程中，配用锥堵使外圆和锥孔的加工能达到圆跳动公差为0.015mm要求。

4）无论是车削还是磨削，工件夹紧力要适度，在保证工件无轴向窜动的条件下，应尽量减小夹紧力，避免工件产生弯曲弯形，特别是在最后精车、精磨时，更应重视这一点。

3.2零件图样功能分析1）钻床主轴靠主轴上的花键轴部：

有钻床主轴整体导向和传递机床电机给主轴转矩部分。

花键轴部对外圆φ32mm的轴线，有圆跳动公差和对称度公差，此处位置公差是为了保证，钻床主轴的传动精度。

2）φ30的外圆表面：

过渡作用，外螺纹M36×1.5和外圆φ32的衔接过度。

3）M36×1.5处的外螺纹：

此处和钻床主轴箱的内螺纹配合，为了使主轴紧固在主轴箱内，与此处相配套使用的退刀槽一起有限位的作用。

4）φ40圆柱外圆：

φ40圆柱外圆与轴承想配合。

φ40表面粗糙度0.8是为了减小与轴承配合的摩擦。

该处的公差是为了保证传递的转矩不会造成圆跳动。

5）φ50的表面：

该处表面与轴承起限位作用。

6）削莫氏4号锥孔：

装夹刀具的地方。

第四章零件的生产类型生产类型是指企业（或车间）生产专业化程度的分类。

主要根据产品的生产纲领，并考虑产品的体积、重量和其他特征，生产类型一般可分成：

单件小批量生产、大量生产和成批生产。

单件小批量生产：

单件生产是指产品品种多，而每一种产品的结构，尺寸不同，且产量很少，各工作点的加工对象经常改变，且很少重复的生产类型。

毛坯的制造方法；铸件用木模手工造型，锻件用自由锻。

毛坯精度低，加工余量大。

适用于通用机床、数控车。

例如新产品的试制、重型机械和专用设备的制造均属于单件生产。

大量生产：

大量生产是指产品数量很大，大多数工作点长期地按一定节拍进行某一个零件的某一道工序的加工。

部分铸件用金属模造型，部分锻件用模锻。

毛坯精度及加工余量中等。

部分适用通用机床、数控车及高效机床。

例如汽车、摩托车、柴油机等的生产均属于大量生产。

成批生产：

成批生产是指一年中分批轮流地制造几种不同的产品，每种产品均有一定的数量，工作地点的加工对象周期性地重复。

铸件广泛采用金属模造型，锻件广泛采用模锻，以及其它高效方法，毛坯精度高，加工余量小。

例如机床、电动机等均属于成批生产。

根据任务书所示，该零件生产50件。

要求设计方案必须注重经济性，尽量选用通用工装及设备，减少实际生产加工中的外委加工。

所以单件小批量生产符合任务书的条件要求。

选用单件小批量生产类型第五章拟定零件加工工艺路线5.1选择零件各表面的加工方法Φ70的外圆柱表面：

表面粗糙度为1.6属于IT7~IT8级需要经过粗车、半精车、精车才能达到。

但是因为该段淬火42~48HRC。

查《机械工程材料》第75页淬火可知在淬火时工件会有很大的内应力，往往会引起工件的变形所以在淬火后腰安排磨销以修正变形的外圆。

硬度又比较高，所以取消精车改为粗磨。

Φ40的外圆柱表面：

表面粗糙度为0.8属于公差等级为IT5级需要经过粗车、半精车、粗磨、精磨才能达到。

M36×1.5—6h外螺纹：

该外螺纹在Φ40的外圆柱表面上所以也要经过粗车、半精车、精车这三部才能进行螺纹切削。

该处外表面车削要比图纸M36×1.5—6h的外圆直径小0.2mm，这样便于外螺纹的配合。

外螺纹小径=导程×公称直径×0.62=1.5×36×0.62=33.48mm。

Φ30的外圆柱表面：

此外圆没有标注粗糙度要求，也没有长度要求所以安自由公差来切削。

Φ32：

表面粗糙度为1.6属于IT7~IT8级需要经过粗车、半精车、精车才能达到。

此处还有一个花键，要铣削。

5.2估算毛坯的机械加工余量和毛坯的大小根据《机械工人切削手册》查询可得如下结果：

Φ70的外圆柱表面：

粗糙度Ra1.6IT7粗车4mm半精车4mm粗磨0.6mmΦ40的外圆柱表面：

粗糙度Ra0.8IT7粗车6mm半精车1.2mm粗磨0.8mm半精磨0.3精磨0.1mmΦ32：

粗糙度Ra1.6IT6粗车6mm半精车1.2mm粗磨0.8mm莫氏锥孔粗糙度IT6钻孔Φ19的钻头粗镗0.8mm半精镗0.5mm精镗0.5mm粗磨0.2mm内孔：

粗糙度IT11钻-扩Φ300+0.025内孔：

粗糙度IT7钻-扩-粗车-精车通孔两端的600锥角及键槽：

粗糙度IT7粗车-半精车-精车根据各工序加工余量的选定因中间Φ40和那Φ32段比较长，在锻造过程中会产生的弯曲变形会比较大，要多留些余量来车削修整外圆。

所以这两段外圆在加5mm的切削余量。

毛坯锻造以后的大小是由Φ79×151和Φ52×462和Φ44×417三个圆柱构成的毛坯。

根据质量守恒定律可以算出毛坯的大小圆柱的体积=底面积×高毛坯的长度=（Φ79的体积+Φ40的体积+Φ44的体积）+中心台体积/0.98锻造时的磨耗。

/（40×40）π=（π×39.5×39.5×151+π×26×26×462+π×22×22×417）+（π×15×15×17）/0.98锻造时的磨耗。

/（40×40）π={π（39.5×39.5×151+26×26×462+22×22×417）/0.98锻造时的磨耗。

/（40×40）π}=π（1560.2×151+676×462+484×417）=π（218435+106420314+201828）≈478.15+2.44≈481毛坯的大小为Φ80×4815.3拟定零件加工工艺路线机械加工中，加工路线对零件的加工精度，表面质量以及加工效率有着直接的影响。

因此，确定好的加工路线是保证加工精度、表面质量、提高效率的工艺措施之一，其确定与工件要求的零件表面质量、机床进给机构间隙、刀具耐用度以零件轮廓形状有关。

以下便是针对本零件的结构确定其工艺路线。

1、划分加工阶段为能保证零件的技术要求及尺寸精度，可分为：

粗加工-半精加工粗加工-半精加工-精加工，并用到车，铣和钻三个工种，完成其全部加工过程。

2、拟定工艺路线机械加工中，加工路线对零件的加工精度，表面质量以及加工效率有着直接的影响。

因此，确定好的加工路线是保证加工精度、表面质量、提高效率的工艺措施之一，其确定与工件要求的零件表面质量、机床进给机构的间隙，刀具耐用度以及零件轮廓形状有关。

以下便是针对本零件的结构确定其工艺路线。

1）工艺路线一：

准备毛坯——正火——调质——把小端深入主轴孔，夹住台阶处——平端面，钻中心孔——粗车、半精车这头外圆——调头——夹大端托小钻中心孔——粗车半精车小端端各处外圆——铣，用分度头夹大端顶小端，铣两长孔，至图样要求——热处理φ70mm×138mm部分淬火42~48HRC——夹大端顶小端，精车小端各段外圆，倒角——分度头夹端、顶小端、粗铣、半精铣花键——夹小端，顶大端（活顶尖），粗磨各段外圆——夹小端，中心架托大端φ70mm处，粗磨锥孔——车螺纹M36×1.5~6h至图样要求————磨内圆锥孔——修中心孔2）工艺路线二：

准备毛坯——正火——夹小端托大端钻中心孔——粗车这头外圆——调头——夹大端托小钻中心孔——粗车小端端各处外圆——调质——半精车各处外圆——铣，用分度头夹大端顶小端，铣两长孔，至图样要求——夹大端托小端精车各处外圆——分度头夹端、顶小端、粗铣、半精铣花键——车螺纹M36×1.5~6h至图样要求——热处理φ70mm×138mm部分淬火42~48HRC——夹小端，顶大端，粗磨大端外圆——夹小端，中心架托大端φ70mm处，粗磨锥孔方法一与方法二相比较，方法一要用到大型车床，大型车床的每小时的能耗比小型车床的能耗高，经济效益就相对的低了不符合任务书的要求设计方案必须注重经济性，尽量选用通用工装及设备，减少实际生产加工中的外委加工。

调质后进行粗车，磨耗会比较高，刀具的磨损也会提高，零件的尺寸误差就会提高。

综合以上所说采用方案二比方案一好些。

5.4尺寸、形状、位置精度的保证方法保证尺寸精度的方法：

在机械加工中获得尺寸精度的方法有试切法、调整法、定尺寸刀具法、自动控制法和主动测量法等五种。

（1）试切法：

是通过试切——测量加工尺寸——调整刀具位置——试切的反复过程来获得距离尺寸精度的。

由于这种方法是在加工过程中，通过多次试切才能获得距离尺寸精度，所以加工前工件相对于刀具的位置可不必确定。

在普通机床上进行单件或小批量生产时广泛采用这种方法获得尺寸精度。

（2）调整法：

按零件规定的尺寸预先调整机床、夹具、刀具和工件的相互位置，并在加工一批零件的过程中保持这个位置不变，以保证零件加工尺寸精度的加工方法。

调整法生产效率高，对调整工的要求高，对操作工的要求不高，常用于成批及大量生产。

（3）定尺寸刀具法。

用具有一定形状和尺寸精度的刀具进行加工，使加工表面达到要求的形状和尺寸的加工方法。

如用钻头、铰刀、键槽铣刀等刀具的加工即为定尺寸刀具法。

定尺寸刀具法生产率较高，加工精度较稳定，广泛的应用于各种生产类型。

在本次设计中因为我们要加工的工件是单件小批量生产，在考虑到成本和工件所需要的精度，所以我们选取了试切法来保证尺寸精度。

保证形状精度的方法：

（1）轨迹法：

依靠刀尖运动轨迹来获得形状精度的方法。

刀尖的运动轨迹取决于刀具和工件的相对成形运动，因而所获得的形状精度取决成形运动的精度。

普通车削、铣削、刨削和磨削等均为刀尖轨迹法。

（2）成形法：

利用成形刀具对工件进行加工的方法。

成形法所获得的形状精度取决于成形刀具的形状精度和其他成形运动精度。

用成形刀具或砂轮进行车、铣、刨 、磨、拉等加工的均为成形法。

（3）仿形法：

刀具依照仿形装置进给获得工件形状精度的方法。

如使用仿形装置车手柄、铣凸轮轴等。

（4）展成法（范成法）:

又称为范成法，它是依据零件曲面的成形原理、通过刀具和工件的展成切削运动进行加工的方法。

展成法所得的被加工表面是刀刃和工件在展成运动过程中所形成的包络面，刀刃必须是被加工表面的共轭曲线。

所获得的精度取决于刀刃的形状和展成运动的精度。

滚齿、插齿等均为展成法。

在此次设计中，由于是车削加工为主要的加工方法，选用轨迹法来保证其形状精度。

保证位置精度的方法：

（1）一次安装法：

有位置精度要求的零件的各有关表面是在工件同一次安装中完成并保证的。

如轴类零件外圆与端面的垂直度、箱体孔系中个孔之间的平行度，垂直度，同一轴线上各孔的同轴度等。

一次安装法一般是用夹具装夹实现的。

（2）多次安装法：

零件有关表面的位置精度是加工表面与工件定位基准面之间的位置精度决定的。

如轴类零件键槽对外圆之对称度，箱体平面与平面之间的平行度、垂直度等。

根据工件安装方式不同又分为直接、找正和夹具安装法。

①直接安装法：

工件直接安装在机床上，从而保证加工表面与定位基准面之间的精度。

例如，在车床上加工与外圆同轴的内孔，可用三爪卡盘直接安装工件。

②找正安装法：

找正是用工具（和仪表）根据工件上有关基准，找出工件在划线、加工（或装配）时的正确位置的过程。

用找正方法装夹工件称为找正安装。

通过找正保证加工表面与定位基准面之间的精度。

例如，在车床上用四爪卡盘和百分表找正后将工件夹紧，可加工出与外圆同轴度很高的孔。

找正安装法可分为划线找正安装和直接找正安装两种。

划线找正安装是用划针根据毛坯或半成品上所划的线为基准找正它在机床上正确位置的一种安装方法。

③夹具安装法：

通过夹具保证加工表面与定位基准面之间的位置精度，即用夹具上的定位元件使工件获得正确位置的一种方法。

这种方法定位迅速、方便，定位精度高、稳定。

但专用夹具的制造周期长、费用高，故广泛用于成批、大量生产中。

该工件要多次装夹才能完工，所以选用多次安装法。

本次设计的工件夹具安装法使用的夹具制造周期长、费用高，故广泛用于成批、大量生产中。

本次设计属于小批量生产，所以不选用此种方法。

找正安装法找正是用工具（和仪表）根据工件上有关基准，找出工件在划线、加工（或装配）时的正确位置的过程，但是本工件不需要划线找基准来加工。

所以也不采用。

该工件有很多公差都与两处φ40外圆轴线所形成的公共轴线有关，所以保证加工表面与定位基准面之间的精度选用互为基准来加工，所以选用直接安装法来保证位置精度。

机械加工工艺过程卡工序号工序名称工序内容工艺装备1下料φ80×481锯床2锻造自由锻3热处理正火4划线划端面及外形线，做为粗加工的参考尺寸线5粗车1）小端插入主轴孔，夹小端，粗车大端面，钻中心孔A6.32）夹小端端部，顶大端中心孔，车大端外圆φ70mm留加工余量C61635mm3）倒头车φ32mm处至尺寸φ40mm长40mm6粗车夹大端，上中心架，托φ40mm处，车小端面，钻中心孔A6.3，总长留加工余量17mm（中心孔工艺凸台），粗车小端外圆各部留加工余量5mm，照顾大端长138mm，留加工余量2mm。

（钻小端中心孔后，改夹大端顶小端中心孔）C61637热处理调质处理28~32HRC8车夹大端，顶小端，半精车小端外圆φ32mm至φ35mm长40mmC61639车夹大端，中心架托φ35mm处，半精车小端面，修研中心孔。

夹大端顶小端，去掉中心架，加工小端外圆各部尺寸，留加工余量3mmC616310车夹小端，托φ40mm处，半精车φ70mm端面和外圆，总长1045mm（其中有工艺凸台15mm）。

外圆留加工余量1.5mm，钻孔及精车莫氏4号圆锥孔，留余量1.5~2.5mmC616311车夹大端，顶小端，半精车小端各部外圆，留加工余量1.5mmC616312划线划35mm×12mm及32mm×12.2mm长孔线13铣用分度头夹大端顶小端，铣两长孔，至图样要求X53K分度头14热处理对φ70mm×138mm处，进行局部淬火，硬度42~48HRC15精车夹大端顶小端，精车小端各段外圆，倒角，留磨削加工余量0.8mmC616316精车夹小端，中心架托φ40mm，精车φ70mm，倒角，留磨削加工余量0.8mm中心架改托φ70mm处，精车莫氏4号锥孔，倒角，留磨削加工余量0.3~0.5mmC616317铣分度头夹端、顶小端、粗铣、半精铣花键，留磨削余量0.3mmXA613218磨夹小端，顶大端（活顶尖），粗磨各段外圆，留精磨余量0.4mmM143219磨夹小端，中心架托大端φ70mm处，粗磨锥孔，留磨削余量0.3mm,装锥堵内圆磨20车夹大端，顶小端，车螺纹M36×1.5~6h至图样要求C616321热处理时效处理（消除机械加工内应力）22磨修研两端中心孔，采用两中心孔定位夹紧工作，半精磨各段外圆尺寸，留精磨余量0.3mm23磨精磨花键至图样要求花键轴磨床24磨采用两中心孔定位装夹工作，精磨轴外圆各部尺寸至图样要求M143225钳取出左端（大头）锥堵26磨夹小端用中心架托A基准轴径φ40mm，以B基准轴径φ40mm找正，精磨莫氏4号圆锥孔及端面至图样要求27车夹大端，托小端φ30mm轴径，车掉小端工艺凸台，保图样尺寸1030mmC616328检验检查各部尺寸及精度29入库涂油入库第六章零件的毛坯类型及其制造方法6.1零件毛坯类型在制订机械加工工艺规程时，正确选择合适的毛坯，对零件的加工质量、材料消耗和加工工时都有很大的影响。

显然毛坯的尺寸和形状越接近成品零件，机械加工的劳动量就越少，但是毛坯的制造成本就越高，所以应根据生产纲领，综合考虑毛坯制造和机械加工的费用来确定毛坯，以求得最好的经济效益　零件毛坯类型铸件：

铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。

其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、压力铸造等。

较常用的是砂型铸造，当毛坯精度要求低、生产批量较小时，采用木模手工造型法；当毛坯精度要求高、生产批量很大时，采用金属型机器造型法。

铸