CN107738007B - 一种椭球面螺旋曲面仿形机构及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种椭球面螺旋曲面仿形机构,包括杠杆缩放单元、杠杆反向拨动单元、模版椭球运动单元和工作制件坯体运动单元;所述模版椭球运动单元包括模版椭球和轴向限位滚动体组件,所述轴向限位滚动体组件与所述模版椭球抵接;所述模版椭球具有第一轴线,所述模版椭球可绕所述第一轴线旋转的同时在所述轴向限位滚动体组件的作用下沿所述第一轴线直线运动;所述工作制件坯体运动单元包括工作制件坯体,所述工作制件坯体具有与所述第一轴线平行的第二轴线,所述工作制件坯体可绕所述第二轴线旋转的同时沿所述第二轴线直线运动,所述工作制件坯体的旋转与所述模版椭球的旋转同步,能够使模版椭球的形态复映到工作端,实现精确仿形。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿形机构,尤其是一种椭球面螺旋曲面仿形机构及其控制方法。
背景技术
现有仿形通常采用两大基本技术,一是一比一比例进行模拟,如采用机械式仿形机构和球头刀对模具工作型面的仿形加工;二是采用靠模版,对工件成形表面的模拟加工。通常,采用上述仿形技术时,刀头的几何形态直接影响和限制其工作路径和仿形刻划的细腻程度。
因此,本发明提供一种椭球面螺旋曲面仿形机构及其控制方法,通过杠杆式缩放机构使球面形态准确复映到工作端,以实现仿形。
发明内容
鉴于背景技术所存在的技术问题,本发明旨在提供能够使得球面形态准确复印到工作端的一种椭球面螺旋曲面仿形机构及其控制方法。
为解决上述技术问题,本发明采用了以下技术措施:
一种椭球面螺旋曲面仿形机构,包括杠杆缩放单元、杠杆反向拨动单元、模版椭球运动单元和工作制件坯体运动单元;
所述模版椭球运动单元包括模版椭球和轴向限位滚动体组件,所述轴向限位滚动体组件与所述模版椭球抵接;所述模版椭球具有第一轴线,所述模版椭球可绕所述第一轴线旋转的同时在所述轴向限位滚动体组件的作用下沿所述第一轴线直线运动;
所述工作制件坯体运动单元包括工作制件坯体,所述工作制件坯体具有与所述第一轴线平行的第二轴线,所述工作制件坯体可绕所述第二轴线旋转的同时沿所述第二轴线直线运动,所述工作制件坯体的旋转与所述模版椭球的旋转同步;
所述杠杆反向拨动单元设置于所述模版椭球运动单元以及所述工作制件坯体运动单元之间;用于当所述模版椭球沿所述第一轴线直线运动的同时,控制所述工作制件坯体沿与所述模版椭球运动方向相反的方向同步运动;
所述杠杆缩放单元设置于所述模版椭球运动单元以及所述工作制件坯体运动单元之间,其包括缩放机构模版部、压紧组件、缩放机构支点、缩放机构臂和缩放机构制件部,所述缩放机构模版部和所述缩放机构制件部分别设于所述缩放机构臂的两端;所述缩放机构模版部的一端通过所述压紧组件与所述模版椭球的表面抵接;所述缩放机构制件部用于根据所述模版椭球的几何形状刻划所述工作制件坯体;所述缩放机构支点设于所述缩放机构臂的中心位置;
所述轴向限位滚动体组件包括第一压缩弹簧、第一弹簧柱和第一滚珠,所述第一滚珠与所述模版椭球抵接,所述第一弹簧柱通过所述第一压缩弹簧与所述第一滚珠连接。
作为进一步改进,所述缩放机构制件部的尖端部设有探针,所述探针与所述工作制作坯体接触连接。
作为进一步改进,所述探针的针尖直径大于0小于等于0.5mm。
作为进一步改进,所述模版椭球运动单元进一步包括第一传动轴、第一导向键和第一限位弹簧组件,所述第一导向键和所述第一限位弹簧组件均设在所述第一传动轴上;所述第一传动轴的两端设有第一轴承;所述第一传动轴与所述模版椭球通过键连接;所述第一导向键穿过所述模版椭球。
作为进一步改进,所述工作制件坯体运动单元进一步包括第二传动轴、第二导向键和第二限位弹簧组件,第二导向键和第二限位弹簧组件均设在所述第二传动轴上;所述第二传动轴的两端设有第二轴承;所述第二导向键穿过所述工作制件坯体。
作为进一步改进,所述杠杆反向拨动单元包括两个结构相同的推动模块、反向拨动机构臂和轴向联动杠杆支点,两个推动模块分别设于所述反向拨动机构臂的两端,并分别与模版椭球运动单元和工作制件坯体运动单元活动连接;所述轴向联动杠杆支点设在所述反向拨动机构臂的中心位置。
作为进一步改进,所述压紧组件包括第二压缩弹簧、第二弹簧柱和第二滚珠,所述第二滚珠通过所述第二压缩弹簧与所述第二弹簧柱连接,所述第二滚珠与所述缩放机构模版部紧密配合连接,用于使所述缩放机构模版部的尖端实时抵接所述模版椭球。
作为进一步改进,所述缩放机构制件部的尖端部设有3D打印头,用于获取具有凸出的椭球螺旋曲面的工作制件坯体。
一种椭球面螺旋曲面仿形机构的控制方法,包括以下步骤:
S1:控制所述模版椭球绕所述第一轴线旋转,同时带动所述工作制件坯体沿所述第二轴线同步旋转;
S2:通过所述轴向限位滚动体组件控制所述模版椭球沿所述第一轴线直线运动,同时所述杠杆反向拨动单元控制所述工作制件坯体沿所述第二轴线直线运动;
S3:控制所述缩放机构模版部提取所述模版椭球上的几何形态并通过缩放机构臂将所述模版椭球的形态传送至缩放机构制件部,所述缩放机构制件部在所述工作制件坯体上进行实时刻划仿形。
与现有技术相比较,本发明具有以下优点:
1、本发明一种椭球面螺旋曲面仿形机构,通过设置杠杆缩放单元、杠杆反向拨动单元、模版椭球运动单元和工作制件坯体运动单元,所述模版椭球运动单元包括模版椭球和轴向限位滚动体组件,所述轴向限位滚动体组件与所述模版椭球抵接;所述模版椭球具有第一轴线,所述模版椭球可绕所述第一轴线旋转的同时在所述轴向限位滚动体组件的作用下沿所述第一轴线直线运动;所述工作制件坯体运动单元包括工作制件坯体,所述工作制件坯体具有与所述第一轴线平行的第二轴线,所述工作制件坯体可绕所述第二轴线旋转的同时沿所述第二轴线直线运动,所述工作制件坯体的旋转与所述模版椭球的旋转同步;所述杠杆反向拨动单元设置于所述模版椭球运动单元以及所述工作制件坯体运动单元之间;用于当所述模版椭球沿所述第一轴线直线运动的同时,控制所述工作制件坯体沿与所述模版椭球运动方向相反的方向同步运动;在所述杠杆缩放单元和所述杠杆反向拨动单元的实时配合下,实现所述工作制件坯体运动单元模版椭球的仿形。
2、本发明一种椭球面螺旋曲面仿形机构,通过在所述缩放机构制件部的尖端部设有探针,所述探针与所述工作制件坯体接触连接,在杠杆缩放单元的工作下,将模版椭球的球面形态准确的复印到所述工作制件坯体上,实现准确仿形。
3、本发明一种椭球面螺旋曲面仿形机构,所述轴向限位滚动体组件包括第一压缩弹簧、第一弹簧柱和第一滚珠,所述第一滚珠与所述模版椭球抵接,所述第一弹簧柱通过所述第一压缩弹簧与所述第一滚珠连接,所述第一滚珠与所沿所述模版椭球的螺旋槽运动,使得所述模版椭球在所述第一传动轴上做轴向运动,并使所述推动模块实现轴向滑动,进而带动所述工作制件坯体运动单元实现同步轴向运动,进行实时仿形。
4、本发明一种椭球面螺旋曲面仿形机构,所述杠杆反向拨动单元包括两个结构相同的推动模块、反向拨动机构臂和轴向联动杠杆支点,两个推动模块分别设于所述反向拨动机构臂的两端,并分别与模版椭球运动单元和工作制件坯体运动单元活动连接;所述轴向联动杠杆支点设在所述反向拨动机构臂的中心位置,其中一个推动模块设置在所述模版椭球运动单元上,通过模版椭球的轴向运动,带动所述推动模块进行轴向运动,进而使得另一个在所述工作制件坯体运动单元上的所述推动模块实现轴向运动,以实现所述模版椭球的精准仿形。
附图说明
附图1是本发明一种椭球面螺旋曲面仿形机构的结构示意图;
附图2是本发明一种椭球面螺旋曲面仿形机构推动模块的结构示意图;
附图3是本发明一种椭球面螺旋曲面仿形机构模版椭球运动单元的的部分结构示意图;
附图4是本发明一种椭球面螺旋曲面仿形机构杠杆缩放单元的结构示意图;
附图5是本发明一种椭球面螺旋曲面仿形机构杠杆反向拨动单元的结构示意图;
附图6是本发明一种椭球面螺旋曲面仿形机构实施方式二的部分结构示意图;
附图7是本发明一种椭球面螺旋曲面仿形机构实施方式三的部分结构示意图。
主要元件符号
杠杆缩放单元1
杠杆反向拨动单元2
模版椭球运动单元3
工作制件坯体运动单元4
缩放机构模版部11
压紧组件12
第二压缩弹簧121
第二弹簧柱122
第二滚珠123
缩放机构支点13
缩放机构臂14
缩放机构制件部15
探针151
3D打印头152
打印机组件153
铣刀154
电机组件155
推动模块21
联轴器211
第一滑块212
第二滑块213
第三传动轴214
反向拨动机构臂22
轴向联动杠杆支点23
模版椭球31
轴向限位滚动体组件32
第一压缩弹簧321
第一弹簧柱322
第一滚珠323
第一轴线33
第一传动轴34
第一导向键35
第一限位弹簧组件36
第一轴承37
工作制件坯体41
第二轴线42
第二传动轴43
第二导向键44
第二限位弹簧组件45
第二轴承46
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图1-7与具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
具体实施方式一,请参考图1-5,一种椭球面螺旋曲面仿形机构,包括杠杆缩放单元1、杠杆反向拨动单元2、模版椭球运动单元3和工作制件坯体运动单元4;
所述模版椭球运动单元3包括模版椭球31和轴向限位滚动体组件32,所述轴向限位滚动体组件32与所述模版椭球31抵接;所述模版椭球31具有第一轴线33,所述模版椭球31可绕所述第一轴线33旋转的同时在所述轴向限位滚动体32组件的作用下沿所述第一轴线33直线运动;
所述工作制件坯体运动单元4包括工作制件坯体41,所述工作制件坯体41 具有与所述第一轴线33平行的第二轴线42,所述工作制件坯体41可绕所述第二轴线42旋转的同时沿所述第二轴线42直线运动,所述工作制件坯体41的旋转与所述模版椭球31的旋转同步;
所述杠杆反向拨动单元2设置于所述模版椭球运动单元3以及所述工作制件坯体运动单元4之间;用于当所述模版椭球31沿所述第一轴线33直线运动的同时,控制所述工作制件坯体41沿与所述模版椭球31运动方向相反的方向同步运动;
所述杠杆缩放单元1设置于所述模版椭球运动单元3以及所述工作制件坯体运动单元4之间,其包括缩放机构模版部11、压紧组件12、缩放机构支点 13、缩放机构臂14和缩放机构制件部15,所述缩放机构模版部11和所述缩放机构制件部15分别设于所述缩放机构臂14的两端;所述缩放机构模版部11 的一端通过所述压紧组件12与所述模版椭球31的表面抵接;所述缩放机构制件部15用于根据所述模版椭球31的几何形状刻划所述工作制件坯体41;所述缩放机构支点13设于所述缩放机构臂14的中心位置。
所述压紧组件12包括第二压缩弹簧121、第二弹簧柱122和第二滚珠123,所述第二滚珠123通过所述第二压缩弹簧121与所述第二弹簧柱122连接,所述第二滚珠与所述缩放机构模版部11紧密配合连接,用于使所述缩放机构模版部11的尖端实时抵接所述模版椭球31。通过所述压紧组件12的设置,以保证使所述缩放机构模版部11能够实时抵接所述模版椭球31,并实时获取所模版椭球31的几何形态。
所述模版椭球运动单元3进一步包括第一传动轴34、第一导向键35和第一限位弹簧组件36,所述第一导向键35和所述第一限位弹簧组件36均设在所述第一传动轴上34;所述第一传动轴34的两端设有第一轴承37;所述第一传动轴34与所述模版椭球31通过键连接;所述第一导向键35穿过所述模版椭球 31。所述模版椭球31沿所述第一导向键35在所述第一传动轴34上做轴向运动,而所述第一限位弹簧组件36的作用主要是保证所述模版椭球31能够在一定范围内进行轴向运动。
所述工作制件坯体运动单元4进一步包括第二传动轴43、第二导向键44 和第二限位弹簧组件45,第二导向键44和第二限位弹簧组件45均设在所述第二传动轴43上;所述第二传动轴43的两端设有第二轴承46;所述第二导向键 44穿过所述工作制件坯体41。所述工作制件坯体41沿所述第二导向键44在所述第二传动轴43上做与所述模版椭球31同步的轴向运动,而所述第二限位弹簧组件45的作用主要是保证所述工作制件坯体41的轴向运动一定范围内进行。
本实施例中,本发明在电机的驱动下工作的,所述模版椭球运动单元3与所述工作制件坯体4通过同步带连接,以实现所述工作制件坯体41与所述模版椭球31同步运动。电机驱动所述第一传动轴34转动,由于所述模版椭球31 与所述第一传动轴34通过键连接,所以所述第一传动轴34转动的同时,带动所述模版椭球31转动,同时所述工作制件坯体41也会同步转动,所述杠杆缩放单元1的所述缩放机构模版部11在所述压紧组件12的作用下与所述模版椭球31的表面紧密抵接,实时提取所述模版椭球31上的几何形态并通过所述缩放机构臂14传送到所述缩放机构制件部15,所述缩放机构制件部15的尖端部设有探针151,所述探针151与所述工作制件坯体41接触连接,所述探针151 的针尖直径大于0小于等于0.5mm,采用探针式的所述缩放机构制件部15在所述工作制件坯体41上刻划所述模版椭球31的几何形态,可靠且耐磨;所述探针151与所述缩放机构制件部15为可拆卸连接,可以根据需要进行替换。
所述轴向限位滚动体组件32包括第一压缩弹簧321、第一弹簧柱322和第一滚珠323,所述第一滚珠323与所述模版椭球31抵接,所述第一弹簧柱322 通过所述第一压缩弹簧321与所述第一滚珠323连接。所述第一滚珠323与所述模版椭球31表面抵接,并沿着所述模版椭球31上的螺旋槽活动,以带动所述模版椭球31在所述第一导向键35的作用下实现轴向运动。所述杠杆反向拨动单元2包括两个结构相同的推动模块21、反向拨动机构臂22和轴向联动杠杆支点23,两个推动模块分别设于所述反向拨动机构臂22的两端,并分别与所述模版椭球运动单元3和所述工作制件坯体运动单元4活动连接;所述轴向联动杠杆支点23设在所述反向拨动机构臂22的中心位置。
所述推动模块21包括联轴器211、第一滑块212、第二滑块213和第三传动轴214,所述第一滑块212设在所述第三传动轴214上;所述反向拨动机构臂22通过所述第二滑块213与所述第一滑块212活动连接;两个所述推动模块 21通过所述联轴器211分别与所述模版椭球运动单元3和所述工作制件坯体运动单元4连接;所述模版椭球31进行轴向运动时,会带动所述杠杆反向拨动单元2上与所述模版椭球运动单元3连接的其中一个所述推动模块21轴向滑动,并通过所述反向拨动机构臂22传送带动另一个在所述工作制件运动单元4的所述推动模块21进行与所述模版椭球31运动方向相反的方向做轴向运动,以实现对所述模版椭球31的全面仿形。
所述反向拨动机构臂22两端的所述推动模块21为双滑块铰链,所述轴向联动杠杆支点23设在所述反向拨动机构臂22的中心位置,即所述轴向联动杠杆支点23到所述第一传动轴34和到所述第二传动轴43的距离相等,保证所述反向拨动机构臂22在转动中适应滑块不同位置和臂长的变化。
具体实施方式二,请参照图3,本实施方式与实施方式一基本相同,不同之处在于,所述缩放机构制件部包括3D打印头152和打印机组件153,所述3D 打印头152设于所述缩放机构制件部15的尖端部,所述3D打印头152与所述工作制件坯体41接触连接,用于获取具有凸出的椭球螺旋曲面的工作制件坯体。
具体实施方式三,请参照图6,本实施方式与实施方式一基本相同,不同之处在于,所述缩放机构制件部15包括铣刀154和电机组件155,所述铣刀154 设于所述缩放机构制件部15的尖端部,所述铣刀154与所述工作制件坯体41 接触连接,所述铣刀154的形状为球形,用于加工出所述工作制件坯体表面的螺旋槽。
具体实施方式四,请参照图7,本实施方式与实施方式一基本相同,不同之处在于,所述缩放机构制件部装有l ed灯以及电源组件,当不同的螺旋曲面出现时,l ed灯放出不同的颜色投映在所述工作制件坯体41上,能够使观看者观看到动态的椭球螺旋曲面,给观看者一种赏心悦目的感觉。
一种椭球面螺旋曲面仿形机构的控制方法,包括以下步骤:
S1:控制所述模版椭球绕所述第一轴线旋转,同时带动所述工作制件坯体沿所述第二轴线同步旋转;
S2:通过所述轴向限位滚动体组件控制所述模版椭球沿所述第一轴线直线运动,同时所述杠杆反向拨动单元控制所述工作制件坯体沿所述第二轴线直线运动;
S3:控制所述缩放机构模版部提取所述模版椭球上的几何形态并通过缩放机构臂将所述模版椭球的形态传送至缩放机构制件部,所述缩放机构制件部在所述工作制件坯体上进行实时刻划仿形。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种椭球面螺旋曲面仿形机构,其特征在于:包括杠杆缩放单元、杠杆反向拨动单元、模版椭球运动单元和工作制件坯体运动单元;
所述模版椭球运动单元包括模版椭球和轴向限位滚动体组件,所述轴向限位滚动体组件与所述模版椭球抵接;所述模版椭球具有第一轴线,所述模版椭球可绕所述第一轴线旋转的同时在所述轴向限位滚动体组件的作用下沿所述第一轴线直线运动;
所述工作制件坯体运动单元包括工作制件坯体,所述工作制件坯体具有与所述第一轴线平行的第二轴线,所述工作制件坯体可绕所述第二轴线旋转的同时沿所述第二轴线直线运动,所述工作制件坯体的旋转与所述模版椭球的旋转同步;
所述杠杆反向拨动单元设置于所述模版椭球运动单元以及所述工作制件坯体运动单元之间;用于当所述模版椭球沿所述第一轴线直线运动的同时,控制所述工作制件坯体沿与所述模版椭球运动方向相反的方向同步运动;
所述杠杆缩放单元设置于所述模版椭球运动单元以及所述工作制件坯体运动单元之间,其包括缩放机构模版部、压紧组件、缩放机构支点、缩放机构臂和缩放机构制件部,所述缩放机构模版部和所述缩放机构制件部分别设于所述缩放机构臂的两端;所述缩放机构模版部的一端通过所述压紧组件与所述模版椭球的表面抵接;所述缩放机构制件部用于根据所述模版椭球的几何形状刻划所述工作制件坯体;所述缩放机构支点设于所述缩放机构臂的中心位置;
所述轴向限位滚动体组件包括第一压缩弹簧、第一弹簧柱和第一滚珠,所述第一滚珠与所述模版椭球抵接,所述第一弹簧柱通过所述第一压缩弹簧与所述第一滚珠连接。
2.根据权利要求1所述的椭球面螺旋曲面仿形机构,其特征在于:所述缩放机构制件部的尖端部设有探针,所述探针与所述工作制件坯体接触连接。
3.根据权利要求2所述的椭球面螺旋曲面仿形机构,其特征在于:所述探针的针尖直径大于0小于等于0.5mm。
4.根据权利要求1所述的椭球面螺旋曲面仿形机构,其特征在于:所述模版椭球运动单元进一步包括第一传动轴、第一导向键和第一限位弹簧组件,所述第一导向键和所述第一限位弹簧组件均设在所述第一传动轴上;所述第一传动轴的两端设有第一轴承;所述第一传动轴与所述模版椭球通过键连接;所述第一导向键穿过所述模版椭球。
5.根据权利要求1所述的椭球面螺旋曲面仿形机构,其特征在于:所述工作制件坯体运动单元进一步包括第二传动轴、第二导向键和第二限位弹簧组件,第二导向键和第二限位弹簧组件均设在所述第二传动轴上;所述第二传动轴的两端设有第二轴承;所述第二导向键穿过所述工作制件坯体。
6.根据权利要求1所述的椭球面螺旋曲面仿形机构,其特征在于:所述杠杆反向拨动单元包括两个结构相同的推动模块、反向拨动机构臂和轴向联动杠杆支点,两个推动模块分别设于所述反向拨动机构臂的两端,并分别与模版椭球运动单元和工作制件坯体运动单元活动连接;所述轴向联动杠杆支点设在所述反向拨动机构臂的中心位置。
7.根据权利要求1所述的椭球面螺旋曲面仿形机构,其特征在于:所述压紧组件包括第二压缩弹簧、第二弹簧柱和第二滚珠,所述第二滚珠通过所述第二压缩弹簧与所述第二弹簧柱连接,所述第二滚珠与所述缩放机构模版部紧密配合连接,用于使所述缩放机构模版部的尖端实时抵接所述模版椭球。
8.根据权利要求1所述的椭球面螺旋曲面仿形机构,其特征在于:所述缩放机构制件部的尖端部设有3D打印头,用于获取具有凸出的椭球螺旋曲面的工作制件坯体。
9.如权利要求1所述的椭球面螺旋曲面仿形机构的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:控制所述模版椭球绕所述第一轴线旋转,同时带动所述工作制件坯体沿所述第二轴线同步旋转;
S2:通过所述轴向限位滚动体组件控制所述模版椭球沿所述第一轴线直线运动,同时所述杠杆反向拨动单元控制所述工作制件坯体沿所述第二轴线直线运动;
S3:控制所述缩放机构模版部提取所述模版椭球上的几何形态并通过缩放机构臂将所述模版椭球的形态传送至缩放机构制件部,所述缩放机构制件部在所述工作制件坯体上进行实时刻划仿形。
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