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沖壓模具畢業(yè)設計 1 緒論 1 1 沖壓的概念 特點及應用 沖壓是利用安裝在沖壓設備 主要是壓力機 上的模具對材 料施加壓力 使其產生分離或塑性變形 從而獲得所需零件 俗 稱沖壓或沖壓件 的一種壓力加工方法 沖壓通常是在常溫下對 材料進行冷變形加工 且主要采用板料來加工成所需零件 所以 也叫冷沖壓或板料沖壓 沖壓是材料壓力加工或塑性加工的主要 方法之一 隸屬于材料成型工程術 沖壓所使用的模具稱為沖壓模具 簡稱沖模 沖模是將材料 金屬或非金屬 批量加工成所需沖件的專用工具 沖模在沖壓 中至關重要 沒有符合要求的沖模 批量沖壓生產就難以進行 沒有先進的沖模 先進的沖壓工藝就無法實現 沖壓工藝與模具 沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素 只有它們相互結合 才能得出沖壓件 與機械加工及塑性加工的其它方法相比 沖壓加工無論在技術方 面還是經濟方面都具有許多獨特的優(yōu)點 主要表現如下 1 沖壓加工的生產效率高 且操作方便 易于實現機械化與自動 化 這是因為沖壓是依靠沖模和沖壓設備來完成加工 普通壓力機 的行程次數為每分鐘可達幾十次 高速壓力要每分鐘可達數百次甚 至千次以上 而且每次沖壓行程就可能得到一個沖件 2 沖壓時由于模具保證了沖壓件的尺寸與形狀精度 且一般不破 壞沖壓件的表面質量 而模具的壽命一般較長 所以沖壓的質量穩(wěn)定 互換性好 具有 一模一樣 的特征 3 沖壓可加工出尺寸范圍較大 形狀較復雜的零件 如小到鐘表 的秒表 大到汽車縱梁 覆蓋件等 加上沖壓時材料的冷變形硬化 效應 沖壓的強度和剛度均較高 4 沖壓一般沒有切屑碎料生成 材料的消耗較少 且不需其它加 熱設備 因而是一種省料 節(jié)能的加工方法 沖壓件的成本較低 但是 沖壓加工所使用的模具一般具有專用性 有時一個復雜 零件需要數套模具才能加工成形 且模具 制造的精度高 技術要求 高 是技術密集形產品 所以 只有在沖壓件生產批量較大的情況 下 沖壓加工的優(yōu)點才能充分體現 從而獲得較好的經濟效益 沖壓地 在現代工業(yè)生產中 尤其是大批量生產中應用十分廣 泛 相當多的工業(yè)部門越來越多地采用沖壓法加工產品零部件 如 汽車 農機 儀器 儀表 電子 航空 航天 家電及輕工等行業(yè) 在這些工業(yè)部門中 沖壓件所占的比重都相當的大 少則 60 以上 多則 90 以上 不少過去用鍛造 鑄造和切削加工方法制造的零件 現在大多數也被質量輕 剛度好的沖壓件所代替 因此可以說 如 果生產中不諒采用沖壓工藝 許多工業(yè)部門要提高生產效率和產品 質量 降低生產成本 快速進行產品更新?lián)Q代等都是難以實現 的 1 2 沖壓的基本工序及模具 由于沖壓加工的零件種類繁多 各類零件的形狀 尺寸和精度要 求又各不相同 因而生產中采用的沖壓工藝方法也是多種多樣的 概括起來 可分為分離工序和成形工序兩大類 分離工序是指使坯 料沿一定的輪廓線分離而獲得一定形狀 尺寸和斷面質量的沖壓 俗稱沖裁件 的工序 成形工序是指使坯料在不破裂的條件下產 生塑性變形而獲得一定形狀和尺寸的沖壓件的工序 上述兩類工序 按基本變形方式不同又可分為沖裁 彎曲 拉深 和成形四種基本工序 每種基本工序還包含有多種單一工序 在實際生產中 當沖壓件的生產批量較大 尺寸較少而公差要求 較小時 若用分散的單一工序來沖壓是不經濟甚至難于達到要求 這時在工藝上多采用集中的方案 即把兩種或兩種以上的單一工序 集中在一副模具內完成 稱為組合的方法不同 又可將其分為復合 級進和復合 級進三種組合方式 復合沖壓 在壓力機的一次工作行程中 在模具的同一工位上 同時完成兩種或兩種以上不同單一工序的一種組合方法式 級進沖壓 在壓力機上的一次工作行程中 按照一定的順序在 同一模具的不同工位上完面兩種或兩種以上不同單一工序的一種組 合方式 復合 級進 在一副沖模上包含復合和級進兩種方式的組合工 序 沖模的結構類型也很多 通常按工序性質可分為沖裁模 彎曲模 拉深模和成形模等 按工序的組合方式可分為單工序模 復合模和 級進模等 但不論何種類型的沖模 都可看成是由上模和下模兩部 分 組成 上模被固定在壓力機工作臺或墊板上 是沖模的固定部分 工作時 坯料在下模面上通過定位零件定位 壓力機滑塊帶動上模 下壓 在模具工作零件 即凸模 凹模 的作用下坯料便產生分離 或塑性變形 從而獲得所需形狀與尺寸的沖件 上模回升時 模具 的卸料與出件裝置將沖件或廢料從凸 凹模上卸下或推 頂出來 以便進行下一次沖壓循環(huán) 1 3 沖壓技術的現狀及發(fā)展方向 隨著科學技術的不斷進步和工業(yè)生產的迅速發(fā)展 許多新技術 新工藝 新設備 新材料不斷涌現 因而促進了沖壓技術的不斷革 新和發(fā)展 其主要表現和發(fā)展方向如下 1 沖壓成形理論及沖壓工藝方面 沖壓成形理論的研究是提高沖壓技術的基礎 目前 國內外對沖壓 成形理論的研究非常重視 在材料沖壓性能研究 沖壓成形過程應 力應變分析 板料變形規(guī)律研究及坯料與模具之間的相互作用研究 等方面均取得了較大的進展 特別是隨著計算機技術的飛躍發(fā)展和 塑性變形理論的進一步完善 近年來國內外已開始應用塑性成形過 程的計算機模擬技術 即利用有限元 FEM 等有值分析方法模擬 金屬的塑性成形過程 根據分析結果 設計人員可預測某一工藝方 案成形的可行性及可能出現的質量問題 并通過在計算機上選擇修 改相關參數 可實現工藝及模具的優(yōu)化設計 這樣既節(jié)省了昂貴的 試模費用 也縮短了制模具周期 研究推廣能提高生產率及產品質量 降低成本和擴大沖壓工藝應 用范圍的各種壓新工藝 也是沖壓技術的發(fā)展方向之一 目前 國 內外相繼涌現出精密沖壓工藝 軟模成形工藝 高能高速成形工藝 及無模多點成形工藝等精密 高效 經濟的沖壓新工藝 其中 精 密沖裁是提高沖裁件質量的有效方法 它擴大了沖壓加工范圍 目 前精密沖裁加工零件的厚度可達 25mm 精度可達 IT16 17 級 用 液體 橡膠 聚氨酯等作柔性凸?;虬寄5能浤3尚喂に?能加工 出用普通加工方法難以加工的材料和復雜形狀的零件 在特定生產 條件下具有明顯的經濟效果 采用爆炸等高能效成形方法對于加工 各種尺寸在 形狀復雜 批量小 強度高和精度要求較高的板料零 件 具有很重要的實用意義 利用金屬材料的超塑性進行超塑成形 可以用一次成形代替多道普通的沖壓成形工序 這對于加工形狀復 雜和大型板料零件具有突出的優(yōu)越性 無模多點成形工序是用高度 可調的凸模群體代替?zhèn)鹘y(tǒng)模具進行板料曲面成形的一種先進技術 我國已自主設計制造了具有國際領先水平的無模多點成形設備 解 決了多點壓機成形法 從而可隨意改變變形路徑與受力狀態(tài) 提高 了材料的成形極限 同時利用反復成形技術可消除材料內殘余應力 實現無回彈成形 無模多點成形系統(tǒng)以 CAD CAM CAE 技術為主要 手段 能快速經濟地實現三維曲面的自動化成形 2 沖模是實現沖壓生產的基本條件 在沖模的設計制造上 目前正朝 著以下兩方面發(fā)展 一方面 為了適應高速 自動 精密 安全等大批 量現代生產的需要 沖模正向高效率 高精度 高壽命及多工位 多功能方向發(fā)展 與此相比適應的新型模具材料及其熱處理技術 各種高效 精密 數控自動化的模具加工機床和檢測設備以及模具 CAD CAM 技術也在迅速發(fā)展 另一方面 為了適應產品更新?lián)Q代 和試制或小批量生產的需要 鋅基合金沖模 聚氨酯橡膠沖模 薄 板沖模 鋼帶沖模 組合沖模等各種簡易沖模及其制造技術也得到 了迅速發(fā)展 精密 高效的多工位及多功能級進模和大型復雜的汽車覆蓋件沖 模代表了現代沖模的技術水平 目前 50 個工位以上的級進模進距 精度可達到 2 微米 多功能級進模不僅可以完成沖壓全過程 還可 完成焊接 裝配等工序 我國已能自行設計制造出達到國際水平的 精度達 2 5 微米 進距精度 2 3 微米 總壽命達 1 億次 我國主 要汽車模具企業(yè) 已能生產成套轎車覆蓋件模具 在設計制造方法 手段方面已基本達到了國際水平 但在制造方法手段方面已基本達 到了國際水平 模具結構 功能方面也接近國際水平 但在制造質 量 精度 制造周期和成本方面與國外相比還存在一定差距 模具制造技術現代化是模具工業(yè)發(fā)展的基礎 計算機技術 信息 技術 自動化技術等先進技術正在不斷向傳統(tǒng)制造技術滲透 交叉 融合形成了現代模具制造技術 其中高速銑削加工 電火花銑削加 工 慢走絲切割加工 精密磨削及拋光技術 數控測量等代表了現 代沖模制造的技術水平 高速銑削加工不但具有加工速度高以及良 好的加工精度和表面質量 主軸轉速一般為 15000 40000r min 加 工精度一般可達 10 微米 最好的表面粗糙度 Ra 1 微米 而且與 傳統(tǒng)切削加工相比具有溫升低 工件只升高 3 攝氏度 切削力小 因而可加工熱敏材料和剛性差的零件 合理選擇刀具和切削用量還 可實現硬材料 60HRC 加工 電火花銑削加工 又稱電火花創(chuàng)成 加工 是以高速旋轉的簡單管狀電極作三維或二維輪廓加工 像數 控銑一樣 因此不再需要制造昂貴的成形電極 如日本三菱公司生 產的 EDSCAN8E 電火花銑削加工機床 配置有電極損耗自動補償系 統(tǒng) CAD CAM 集成系統(tǒng) 在線自動測量系統(tǒng)和動態(tài)仿真系統(tǒng) 體 現了當今電火花加工機床的技術水平 慢走絲線切割技術的發(fā)展水 平已相當高 功能也相當完善 自動化程度已達到無人看管運行的 程度 目前切割速度已達到 300mm min 加工精度可達 1 5 微米 2 表面粗糙度達 Ra 01 0 2 微米 精度磨削及拋光已開始使用數控成形 磨床 數控光學曲線磨床 數控連續(xù)軌跡坐標磨床及自動拋光等先 進設備和技術 模具加工過程中的檢測技術也取得了很大的發(fā)展 現在 三坐標測量機除了能高精度地測量復雜曲面的數據外 其良好的溫度 補償裝置 可靠的抗振保護能力 嚴密的除塵措施及簡單操作步驟 使得現場自動化檢測成為可能 此外 激光快速成形技術 RPM 與樹脂澆注技術在快速經濟制模技術中得到了成功的應用 利用 RPM 技術快速成形三維原型后 通過陶瓷精鑄 電弧涂噴 消失模 熔模等技術可快速制造各種成形模 如清華大學開發(fā)研制的 M RPMS 型多功能快速原型制造系統(tǒng) 是我國自主知識產權的世界 惟一擁有兩種快速成形工藝 分層實體制造 SSM 和熔融擠壓成形 MEM 的系統(tǒng) 它基于 模塊化技術集成 之概念而設計和制造 具有較好的價格性能比 一汽模具制造公司在以 CAD CAM 加工的 主模型為基礎 采用瑞士汽巴精化的高強度樹脂澆注成形的樹脂沖 模應用在國產轎車試制和小批量生產開辟了新的途徑 3 沖壓設備和沖壓生產自動化方面 性能良好的沖壓設備是提高沖壓生產技術水平的基本條件 高精 度 高壽命 高效率的沖模需要高精度 高自動化的沖壓設備相匹 配 為了滿足大批量高速生產的需要 目前沖壓設備也由單工位 單功能 低速壓力機朝著多工位 多功能 高速和數控方向發(fā)展 加之機械乃至機器人的大量使用 使沖壓生產效率得到大幅度提高 各式各樣的沖壓自動線和高速自動壓力機紛紛投入使用 如在數控 四邊折彎機中送入板料毛坯后 在計算機程序控制下便可依次完成 四邊彎曲 從而大幅度提高精度和生產率 在高速自動壓力機上沖 壓電機定轉子沖片時 一分鐘可沖幾百片 并能自動疊成定 轉子 鐵芯 生產效率比普通壓力機提高幾十倍 材料利用率高達 97 公稱壓力為 250KN 的高速壓力機的滑塊行程次數已達 2000 次 min 以上 在多功能壓力機方面 日本田公司生產的 2000KN 沖壓中 心 采用 CNC 控制 只需 5min 時間就可完成自動換模 換料和調 整工藝參數等工作 美國惠特尼公司生產的 CNC 金屬板材加工中心 在相同的時間內 加工沖壓件的數量為普通壓力機的 4 10 倍 并能 進行沖孔 分段沖裁 彎曲和拉深等多種作業(yè) 近年來 為了適應市場的激烈競爭 對產品質量的要求越來越高 且其更新?lián)Q代的周期大為縮短 沖壓生產為適應這一新的要求 開 發(fā)了多種適合不同批量生產的工藝 設備和模具 其中 無需設計 專用模具 性能先進的轉塔數控多工位壓力機 激光切割和成形機 CNC 萬能折彎機等新設備已投入使用 特別是近幾年來在國外已經 發(fā)展起來 國內亦開始使用的沖壓柔性制造單元 FMC 和沖壓柔 性制造系統(tǒng) FMS 代表了沖壓生產新的發(fā)展趨勢 FMS 系統(tǒng)以數 控沖壓設備為主體 包括板料 模具 沖壓件分類存放系統(tǒng) 自動 上料與下料系統(tǒng) 生產過程完全由計算機控制 車間實現 24 小時無 人控制生產 同時 根據不同使用要求 可以完成各種沖壓工序 甚至焊接 裝配等工序 更換新產品方便迅速 沖壓件精度也高 4 沖壓標準化及專業(yè)化生產方面 模具的標準化及專業(yè)化生產 已得到模具行業(yè)和廣泛重視 因為 沖模屬單件小批量生產 沖模零件既具的一定的復雜性和精密性 又具有一定的結構典型性 因此 只有實現了沖模的標準化 才能 使沖模和沖模零件的生產實現專業(yè)化 商品化 從而降低模具的成 本 提高模具的質量和縮短制造周期 目前 國外先進工業(yè)國家模 具標準化生產程度已達 70 80 模具廠只需設計制造工作零件 大部分模具零件均從標準件廠購買 使生產率大幅度提高 模具制 造廠專業(yè)化程度越不定期越高 分工越來越細 如目前有模架廠 頂桿廠 熱處理廠等 甚至某些模具廠僅專業(yè)化制造某類產品的沖 裁?;驈澢?這樣更有利于制造水平的提高和制造周期的縮短 我國沖模標準化與專業(yè)化生產近年來也有較大發(fā)展 除反映在標準 件專業(yè)化生產廠家有較多增加外 標準件品種也有擴展 精度亦有 提高 但總體情況還滿足不了模具工業(yè)發(fā)展的要求 主要體現在標 準化程度還不高 一般在 40 以下 標準件的品種和規(guī)格較少 大 多數標準件廠家未形成規(guī)模化生產 標準件質量也還存在較多問題 另外 標準件生產的銷售 供貨 服務等都還有待于進一步提高 設計要求 設計該零件的沖裁模 沖壓件圖如下圖所示 12 0 5 0 2 15 0 25 0 32 53 289 0 43 沖壓技術要求 1 材料 H62 2 材料厚度 4mm 3 生產批量 中批量 4 未注公差 按 IT14 級確定 2 零件的工藝性分析 2 1 零件的工藝性分析 該零件材料為 H62 黃銅 結構簡單 形 狀對稱 凹模寬度 B 12 1 2t t 為材料厚度 沖孔時有尺寸為 6 5 5 2 根據課本 P86 頁知沖孔時 因受凸模強度的2 0 15 0 限制 孔的尺寸不應太小 沖孔的最小尺寸取決于材料性能 凸模的強 度和模具結構等 根據表 3 3 可查得圓形孔最小值得 d 0 9t 0 9X4 3 6mm 1 5 2 t 所以 由沖件圖可知 C1 12 5 2 2 6 5 2 6 15 1X4 4 C2 88 9 21 29 4 31 5 2 2 5 2 5 1X4 4 C 18 2 6 3682 74 所以壓力得以校核 2 滑塊行程 滑塊行程應保證坯料能順利地放入模具和沖壓能順利 地從模具中取出 這里只是材料的厚度 t 4 導料板的厚度 H 12 及凸 模沖入凹模的最大深度 14 即 S1 4 12 14 30 S 130 所以得以校核 3 行和次數 行程次數為 45 min 因為生產批量為中批量 又是手工 送料 不能太快 因此是得以校核 4 工作臺面的尺寸 根據下模座 LXB 370X270 且每邊留出 60 100 即 L1XB1 470X370 而壓力機的工作臺面 L2XB2 800X540 沖壓件和 廢料從下模漏出 漏料尺寸 95X50 而壓力機的孔尺寸為 360X23 故 符合要求 得以校核 5 滑塊模柄孔尺寸 滑塊上模柄孔的直徑為 60 模柄孔深度為 80 而所選的模柄夾持部分直徑為 60 長度為 70 故符合要求 得以校核 6 閉合高度 由壓力機型號知 Hmax 380 M 90 H1 100 Hmin Hmax M 380 90 290 M 為閉合高度調節(jié)量 mm H1 為墊板厚度 mm 由式 1 24 Hmax H1 5 H Hmin H1 10 得 380 100 5 262 290 100 10 即 275 262 200 所以所選壓力機合適 即壓力機得以校核 6 沖壓模具零件加工工藝的編制 6 1 凹模加工工藝過程 如表 6 1 所 示 表 6 1 凹模加工工藝過程 工序號 工序名稱 工序內容 設備 1 備料 將毛坯鍛成 135mm 110mm 30mm 2 熱處理 退火 3 銑 銑六面 厚度留單邊磨量 0 2 0 3mm 銑床 4 平磨 磨厚度到上限尺寸 磨側基面保證互相垂直 平面磨床 5 鉗工 劃各型孔 螺孔 銷孔位置劃漏孔輪廓線 6 鉗工 加工好凸模 配作沖孔凹模達要求 7 銑 銑漏料孔達要求 銑床 8 鉗工 鉆鉸 6 10 鉆攻 4XM12015 鉆床 9 熱處理 淬火 回火 保證 HRC60 62 10 平磨 磨厚度及基面達到要求 平面磨床 11 線切割 按圖切割各型孔 留 0 005 0 01 單邊研量 線切割機 床 12 鉗工 研光各型孔達要求 13 檢驗 6 2 凸模加工工藝過程 如表 6 2 1 6 2 2 6 2 3 所示 表 6 2 1 落料凸模加工工藝過程 工序號 工序名稱 工序內容 設備 1 備料 將毛坯鍛成 110mmX100mmX35mm 2 熱處理 退火 3 銑 銑六面 厚度留單邊磨量 0 2 0 3mm 銑床 4 平磨 磨厚度到上限尺寸 磨側基面保證互相垂直 平面磨床 5 鉗工 劃刃口輪廓尺寸及孔位置尺寸 6 鉗工 加工好凹模 配作落料凸模達要求 7 鉗工 鉆 10 5 12 5 鉆鉸 7 5 鉆鉸 9015 015 鉆床 8 熱處理 淬火 回火 保證 HRC60 64 9 鉗工 磨各配合面達要求 10 檢驗 表 6 2 2 沖孔凸模加工工藝過程 工序號 工序名稱 工序內容 設備 1 備料 備料 12mmX105mm 2 熱處理 退火 3 車外圓 車外圓達配合尺寸 車床 4 車工作尺寸 車工作尺寸達要求 車床 5 倒角 倒角達要求 車床 6 鉗工 拋光達表面要求 7 熱處理 淬火 回火 保證 HRC58 62 8 鉗工 磨平上下表面達要求 9 檢驗 說明 凸模 6 65 5 313 都按表 6 2 2 加工 05 038 表 6 2 3 沖孔凸模加工工藝過程 工序號 工序名稱 工序內容 設備 1 備料 備料 35mmX20mmX105mm 2 熱處理 退火 3 線切割 按圖切割外形 留 0 005 0 01 單邊研量 線切割機 床 4 銑 銑工作尺寸留 0 01 銑床 5 鉗工 倒角達要求 6 鉗工 拋光達表面要求 7 熱處理 淬火 回火 保證 HRC58 62 8 鉗工 磨平上下表面達要求 9 檢驗 說明 余下三個沖孔凸模按表 6 2 3 同理加工 6 3 卸料板加工工藝過程 如表 6 3 所示 表 6 3 卸料板加工工藝過程 工序號 工序名稱 工序內容 設備 1 備料 將毛坯鍛成 205mmX165mmX48mm 2 熱處理 退火 3 銑 銑六面 厚度留單邊磨量 0 2 0 3mm 銑床 4 平磨 磨厚度到上限尺寸 磨側基面保證互相垂直 平面磨床 5 鉗工 劃各型孔 螺孔 銷孔位置劃漏孔輪廓線 6 線切割 按圖切割各型孔 保證雙面間隙 0 5mm 線切割機 床 7 鉗工 鉆鉸 2X 10 鉆沉孔015 鉆床 8 平磨 磨厚度及基面見光 平面磨床 9 鉗工 研光各型孔達要求 10 檢驗 6 4 凸模固定板加工工藝過程 如表 6 4 所示 表 6 4 凸模固定板加工工藝過程 工序號 工序名稱 工序內容 設備 1 備料 將毛坯鍛成 205mmX165mmX35mm 2 熱處理 退火 3 銑 銑六面 厚度留單邊磨量 0 2 0 3mm 銑床 4 平磨 磨厚度到上限尺寸 磨側基面保證互相垂直 平面磨床 5 鉗工 劃各型孔 螺孔 銷孔位置劃漏孔輪廓線 6 線切割 按圖切割各型孔 保證配合尺寸 線切割機 床 7 鉗工 鉆鉸 2X 10 鉆攻 4XM12015 鉆床 8 鉗工 鉚接處倒角 9 平磨 磨厚度及基面見光 平面磨床 10 鉗工 研光各型孔達要求 11 檢驗 6 5 上模座加工工藝過程 如表 6 5 所示 表 6 5 上模座加工工藝過程 工序號 工序名稱 工序內容 設備 1 備料 取標準上模座 2 熱處理 退火 4 平磨 平磨上下平面達要求 平面磨床 5 鉗工 劃螺孔 銷孔位置劃模柄孔輪廓線 6 線切割 按圖切割各型孔 保證配合尺寸 線切割機 床 7 鉗工 鉆鉸 2X 10 鉆攻 4XM12 配鉆模柄防轉孔015 鉆床 8 鉗工 研光各型孔達要求 9 檢驗 6 6 下模座加工工藝過程 如表 6 6 所示 表 6 6 下模座加工工藝過程 工序號 工序名稱 工序內容 設備 1 備料 取標準上模座 2 熱處理 退火 4 平磨 平磨上下平面達要求 平面磨床 5 鉗工 劃螺孔 銷孔位置劃模柄孔輪廓線 6 線切割 按圖切割各型孔 線切割機 床 7 鉗工 鉆鉸 2X 10 鉆沉孔015 鉆床 8 鉗工 研光各型孔達要求 9 檢驗 6 7 導料板加工工藝過程 如表 6 7 所示 表 6 7 導料板加工工藝過程 工序號 工序名稱 工序內容 設備 1 備料 取標準導料板 2 熱處理 退火 3 鉗工 劃螺孔 銷孔位置 4 鉗工 鉆鉸 4X 10 鉆攻 4XM12 2XM5015 鉆床 5 鉗工 按圖加工與始用擋料銷的配合處達要求 6 檢驗