钻孔组合机床的总体结构设计设计说明书.doc

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1、 第 4 页 共 页目 录引言 中文摘要 英文摘要 1组合机床的总体设计10 1.1 组合机床方案的制定定制 10 1.1.1 制定工艺方案 10 1.1.2 确定组合机床的配置形式和结构方案 10 1.2 确定切削用量及选择刀具12 1.2.1 确定工序间余量12 1.2.2 选择切削用量12 1.2.3 确定切削刀、切削扭矩、切削功率13 1.2.4 选择刀具结构14 1.3 “三图一卡”的编制14 1.3.1 被加工零件工序图14 1.3.2 加工示意图16 1.3.3 机床联系尺寸图20 1.3.4 生产率计算卡23 1.4 多轴箱的设计26 1.4.1 绘制多轴箱设计原始依据图26

2、1.4.2 主轴、齿轮模数的选择27 1.4.3 多轴箱的传动设计27 1.4.4 绘制传动系统图36 第 5 页 共 页 1.4.5 传动零件的校核31 1.5 确定机械重块平衡机构35 1.6 液压系统36 1.6.1 Z轴液压泵的确定36 1.6.2 轴液压动力的确定38 1.6.3 拟定液压系统图392 夹具设计422.1机床夹具的概述42 2.1.1机床夹具的组成422.1.2机床夹具的类型 422.2 工件机构特422.3 工件定位方案和定位元件的设计422.4 夹紧方案和夹紧元件的设计 422.5 夹具的性能及优点 432.6 夹具体的设计 432.7 误差分析与计算 442.8

3、 夹具精度分析计算 442.9 夹具设计及操作的简要说明 463 谢辞47参考文献48 第 1 页 共 页摘 要本论文主要说明组合机床设计的基本过程及要求。组合机床是按高度集中原则设计的，即在一台机床上可以同时完成同一种工序或多种不同工序的加工。组合机床发展于工业生产末期，与传统的机床相比：组合机床具有许多优点：效率高、精度高、成本低。它由床身、立柱、工作台、及电源一些基本部件及一些特殊部件，根据不同的工件加工所需而设计的。 在组合机床上可以完成很多工序，但就目前使用的大多数组合机床来说，则主要用于平面加工和孔加工两大类工序。论文主要内容包括四大部分：（1）、制定工艺方案 通过了解被加工零件的

4、加工特点、精度和技术要求、定位夹紧情况、生产效率及机床的结构特点等，确定在组合机床上完成的工艺内容及加工方法，并绘制被加工零件工序图。（2）、组合机床的总体设计确定机床各部件之间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产效率、绘制机床的尺寸联系图及加工示意图。（3）、组合机床部件设计包括专用多轴箱的设计，传动布局合理，轴与齿轮之间不发生干涉，保证传动的平稳性和精确性。专用主轴设计、轴承的选用及电机的选择等。（4）、液压系统的设计采用了许多液压控制阀，保证了运动的平衡性，循环性和精确性。（5）夹具的设计 采用专用的夹具减少装夹的次数，提高生产效率。另外，本文还涉及到大量的设计和

5、计算，包括：（1）、主轴的选择和传动布置，以保证加工过程中被加工零件的精度；（2）、传动轴的设计和校核，以保证轴的刚度；（3）、齿轮的设计、计算，对齿轮的强度和刚度进行校核；多轴箱部分是本次设计的重要环节，本次设计中它的设计既要保证工作台的运动的合理、平衡和准确，又要满足工作要求。在本文中的大量设计、计算使 第2 页 共 页它在理论上满足了设计和工作的要求。关键词：组合机床,离合器压盘,主轴箱,夹具AbstractThis thesis mainly elucidates the basic process and requirements that design of the combina

6、tion machine. Combination machine is designed according the fundamental , which highly centralized ,or , more correctly it can process one working procedure or more different working procedures at one time . Combination machine was developed in the end of industrial production compared with traditio

7、nal machine; combination machine has many advantages , such as high efficiency , high accuracy and low cost . It is composed of some general parts , such as bed ,column ,work able ,power unit ,and some special parts designed according to different work piece machining need. The preface of a lot of w

8、orks can be completed on the combination machine, but in regard to the majority current usage of combination machine, then and primarily used for the flat surface to process and the bore to process two big work preface. The main part including :(1) Formulating technological plan We,ve learned the ch

9、aracteristic of the part designed ,accuracy and specification ,locating and fixing ,productivity and machining structure by the practice .Then the technological operation and work order can be determined which can be finished in combination machine.(2) Combination machine frame design determines the

10、 interrelation of the different part in the machining tool ,select general parts and tool oriented .Then compute cut feed and productivity finally draw a sketch map of the machine .(3) Combination machine parts design including headstock、proper transmission layout 、shaft and gear move freely without

11、 interference which ensure the stability and accuracy during transmission ,then design dedicated select bearings and engine etc.(4)The design of the hydraulic system Using a number of hydraulic control valve, to ensure the movement of the balance, 第3 页 共 页circulation and accuracy.（5）The design of th

12、e fixture Using special clamps to reduce the number of clamping, improve production efficiency.In addition ,the thesis deals with amount of components devices and calculations ,including :(1) Choice of the main shaft and disposal of transmission , by doing so to ensure the accuracy of components mac

13、hining in process when the main shaft rotating; (2)The device and check of the transmission shaft ,so it can assure the rigidity of the shaft is allowable ;(3) Gear device and calculations ,check the performance in the strength and rigidity of it ;headstock is a very important part in this thesis ,t

14、he design of it here not only ensures the rationality 、equipoise and stability of the motion of the slipway ,but also satisfies the requirements of different work environment .So many design and calculations about it in this thesis suggests this system fully meets the requirements in design and work

15、 theoreticallyKeyword: Modular machine tool, Clutch plate 第6 页 共 页绪论一、组合机床及其特点组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效专用机床。它能够对一种（或多种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，生产效率高，加工精度稳定。组合机床与通用机床、其他专用机床比较，具有以下特点：(1)组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的7080%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好。(2)由于组合机床采用多刀加工，并且自

16、动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定，劳动强度低。(3)组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。(4)在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。(5)当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部部件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造。(6)组合机床易于联成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。组合机床虽然有很多优点，但也还有缺点：(1)组合机床的可变性较万能机床低，重新改装时有10%20

17、%的零件不能重复利用，而且改装时劳动量较大。(2)组合机床的通用部件不是为某一种机床设计的，它是具有较广的适应性。这样，就使组合机床的结构较专用机床稍为复杂些。二、组合机床的分类组合机床有大型组合机床与小型组合机床两大类，它们不仅在体积和功率上有大小之别，而且在结构和配置型式等方面也有很大的差异。这里主要说明大型组合机床的配置型式。大型组合机床的配置型式可分为三大类：1、具有固定式夹具的单工位组合机床这类组合机床夹具和工作台都固定不动。动力滑台实现进给运动，滑台上的动力箱实现切削主运动。根据动力箱和多轴箱的安置方式不同，又可分为以下几 第7 页 共 页种：(1)卧式组合机床（动力箱水平安装）；

18、(2)立式组合机床（动力箱垂直安装）；(3)倾斜式组合机床（动力箱倾斜安装）；(4)复合式组合机床（动力箱具有上述两种以上的安装状态）。2、具有移动式夹具的（多工位）组合机床这类组合机床的夹具安装在直线移动工作台或回转工作台上，并按照一定的节拍时间作间歇移动或转动，使工位得到转换。这类机床的配置型式，常见的有以下四种。(1)具有移动工作台的机床，这类机床的夹具和工件可作直线往复移动。(2)具有回转工作台的机床，这种机床的夹具和工件可绕垂直轴线回转，在回转工作台上每个工位通常都装有工件。(3)鼓轮式机床，这种机床的夹具和工件可绕水平轴线回转。此种机床一般为卧式单面或卧式双面，而较少采用三面配置。

19、此外也有辐射式的，它除了安装卧式动力部件外，还在垂直于鼓轮回转的平面上安装动力部件。(4)中央立柱式机床，这种机床具有台面直径较大的环形回转工作台。在工作台中央安装立柱，立柱上安装动力部件，而在工作台的周围还安装有卧式动力部件，工件和夹具则安装在回转工作台上，这种机床一般都是复合式的。3、转塔多轴箱式组合机床转塔多轴箱式组合机床分为两类：单轴转塔动力头式组合机床和多轴转塔头式组合机床。前者转塔头的每个结合面可安装一个刚性主轴。后者转塔头的每个结合面可安装一个多轴箱。这种机床一般配置型式有：(1)转塔式多轴箱只实现切削运动，被加工零件安装在滑台上，由滑台实现进给运动；(2)转塔式多轴箱安装在滑台

20、上，转塔式多轴箱既实现切削主运动又实现进给运动。其中，转塔多轴箱式组合机床可能组成双面式或三面式，同时对工件的两、三个平面进行加工。三、组合机床的工艺范围 组合机床可完成的工艺有铣平面、刮平面、车端面、钻孔、扩孔、镗孔 第8 页 共 页铰孔、攻丝、倒锪窝、钻深孔、切槽等。随着综合自动化技术的发展，组合机床可完成的工艺范围也在不断扩大，除了上述工艺外，还可完成车外圆、车锥面、车弧面、切削内外螺纹、滚压孔、拉削内外圆柱面和平面、磨削、抛光、珩磨，甚至还可以进行冲压、焊接、热处理、装配、自动测量和检查等。四、组合机床的发展方向 近几年组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器、缝纫机、自行车、阀门、

21、矿山机械、冶金、航空、纺织机械及军工等部门已获得广泛的使用，一些中小批量生产部门也开始推广使用。我国在组合机床及其自动线上将获得较快的发展，其发展方向为：1、提高通用部件的水平 衡量通用部件水平的主要标准是：品种规格齐全，动、静态性能参数先进，工艺性好，精度高和精度保持性好。目前应注意开发适应强力铣削的大功率动力滑台，高精度镗削头和高精度滑台，以及适应中、小批生产的快调、速换动力部件和支承部件。机械驱动的动力部件具有性能稳定，工作可靠等优点。目前，机械驱动的动力部件应用了交流变频调速电机和直流伺服电机等，使机械驱动的动力部件增添了新的竞争能力。动力部件采用镶钢导轨、滚珠丝杠、静压导轨、静压轴承

22、、齿形皮带等新结构，支承部件采用焊接结构等。由于提高了部件的精度和动、静态性能，因而使被加工的工件精度明显提高，表面粗糙度减小。2、提高生产率 目前组合机床及其自动线的生产率不断提高，循环时间一般是12分钟，有的只用1030秒。提高生产率的主要方法是改善机床布局，增加同时加工的刀具，减少加工余量，提高切削用量，提高工作可靠性以及缩短辅助时间等。为了减少自动线的停车损失，提高自动线的柔性，采用电子计算机进行自动线的管理。3、扩大工艺范围 现在组合机床及其自动线一般已不是完成一个工件的某几道工序，而常常是用于完成工件的全部加工工序。除过去完成平面铣削、钻孔、扩孔、锪孔、攻丝、粗镗孔外，现在已扩大到

23、能完成车削、磨削、拉削、精镗以及非切削加工（如检查、自动装配、清洗、试验以及打印分类等）工序。4、提高加工精度 现在在组合机床及其自动线上又纳入了很多精加工工序，如进行1级精镗，保证孔加工位置度在0.02毫米。为了使自动线能稳定地 第9 页 共 页保证加工精度，已广泛采用自动测量和刀具自动补偿技术，保证调刀不停车。5、提高自动化程度 目前组合机床及其自动线发展十分迅速，越来越多的组合机床用于组成自动线，组合机床本身则是全自动方向发展的。为此，重点是解决工件夹压自动化和装卸自动化。6、提高组合机床及其自动线的可调性 为了提高中小批生产的一些箱体件的生产率，近几年来发展了可调的多工序多刀具的组合机

24、床及其自动线，它们大多采用数字程序控制。除早期发展的多品种、成组加工的组合机床及其自动线外，还创造了自动换刀和自动更换多轴箱的组合机床，还有用于加工中小批生产箱体零件的可自动更换对多轴箱的组合机床。用一台这样的机床就能完成一种工件的全部工序加工，能起到一条流水线的作用。特别是数字程序控制的发展，为发展这种机床创造了更有利的条件。7、创制超小型组合机床 为了适应仪器仪表工业小箱体加工需要，创制超小型组合机床是必需的。这种机床多由超小型气动液压头配置而成，体积小，效率高，并能达到高的加工精度。8、发展专用组合机床及其自动线 随着组合机床技术的发展，过去一直被认为需按具体加工对象专门设计，而是可以作

25、为通用品种进行成批生产的，用户根据自己加工产品的需要，配上刀具及工艺装备，即可组成加工一定对象的高效机床。 第10 页 共 页1 组合机床的总体设计1.1 组合机床方案的制定1.1.1制定工艺方案零件加工工艺将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。所以，在制定工艺方案时，必须计算分析被加工零件图，并深入现场了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚度，加工部位的结构特点加工精度，表面粗糙度，以及定位，夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求，现场所采用的环境和条件等等。并收集国内外有关技术资料，制定出合理的工艺方案。根据被加工被零件（减速箱箱盖）的零件图（图2-1），加

26、工八个螺栓孔的工艺过程。(1) 加工孔的主要技术要求。加工4个M8螺纹底孔的孔。孔的位置度公差为0.1mm，与12孔同心。工件材料为HT21-40，HB170241要求生产纲领为（考虑废品及备品率）年产量6万件，单班制生产(2) 工艺分析加工该孔时，孔的位置度公差为0.1mm根据组合机床用的工艺方法及能达到的经济精度，可采用如下的加工方案。一次性加工螺纹底孔，孔径为6.5(3) 定位基准及夹紧点的选择加工此离合器压盖的孔，以底面的两个支承点限制、和、四个自由度，位于中间的心轴起到了很好的定位作用。在保证加工精度的情况下，提高生产效率减轻工人劳动量，而工件也是大批量生产。1.1.2 确定组合机床

27、的配置形式和结构方案。(1)被加工零件的加工精度被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制造 第11 页 共 页机床方案的主要依据。离合器压盘加工孔的精度要求不高，可采用钻孔组合机 床，工件各孔间的位置精度为0.1mm,它的位置精度要求不是很高，安排加工时可以在下一个安装工位上对所有孔进行最终精加工。为了加工出表面粗糙度为Ra3.2um的孔。采取提高机床原始制造精度和工件定位基准精度并减少夹压变形等措施就可以了。为此，机床通常采用尾置式齿轮动力装置，进给采用液压系统，人工夹紧。被加工零件图如图2-1所示。(2) 被加工零件的特点这主要指零件的材料、硬度加工部位的结构形状，

28、工件刚度定位基准面的特点，它们对机床工艺方案制度有着重要的影响。此离合器压盘的材料是HT21-40、硬度HB170-241、孔在整个压盘上呈90度均度分配，孔的直径为6.5mm。采用多孔同步加工，零件的刚度足够，工件受力不大，振动，及发热变形对工件影响可以不计。一般来说，孔中心线与定位基准面平行且需由一面或几面加工的箱体宜用卧式机床，立式机床适宜加工定基准面是水平的且被加工孔与基准面垂直的工件， 第12 页 共 页而不适宜加工安装不方便或高度较大的细长工件。对大型箱体件采用单工位机床加工较适宜，而中小型零件则多采用多工位机床加工。此零件的加工特点是中心线与定位基准平面是垂直的，并且定位基准面是

29、水平的。孔的分布范围是直线形状，工件比较长，一次钻完，多轴箱体积较大，采用两工位以减小多轴箱的体积，使整个钻床瘦身，因而适合选择立式多工位钻床。(3) 零件的生产批量零件的生产批量是决定采用单工位、多工位、自动线或按中小批量生产特点设计组合机床的重要因素。按设计要求生产纲领为年生产量为6万件，从工件外形及轮廓尺寸，为了减少加工时间，采用多轴头，为了减少机床台数，此工序尽量在一台机床上完成，以提高利用率。(4) 机床使用条件使用组合机床对对车间布置情况、工序间的联系、使用厂的技术能力和自然条件等一定的要求。在根据使用户实际情况来选择什么样的组合机床。综合以上所述：通过对箱盖零件的结构特点、加工部

30、位、尺寸精度、表面粗糙度和技术要求、定位、夹紧方式、工艺方法，并定出影响机床的总体布局和技术性能等方面的考虑，最终决定设计四轴头多工位同步钻床。1.2 确定切削用量及选择刀具1.2.1 确定工序间余量为使加工过程顺利进行并稳定的保证加工精度，必须合理地确定工序余量。生产中常用查表给出的组合机床对孔加工的工序余量，由于在本钻床上钻孔后重新安装或在其他多工位机床上加工下道工序，应适当加大余量，以消除转、定位误差的影响。6.5mm的孔在钻孔后扩孔，直径上工序间余量0.51mm。1.2.2 选择切削用量确定了在组合机床上完成的工艺内容了，就可以着手选择切削用量了。因为所设计的组合机床为多轴同步加工在大

31、多数情况下，所选切削用量，根据经验比一般通用机床单刀加工低30%左右多轴主轴箱上所有刀具共用一个进给系统，通常为标准动力滑台，工作时，要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于动力滑台的每分钟进给量（mm/min）应是适合有刀具的平均值。因此，同一主轴箱上的刀具主轴可设计成不同转速和不同的每转进给量（mm/r）与其适应。以满 第13 页 共 页足不同直径的加需要，即：=式中： 各主轴转速（r/min） 各主轴进给量（mm/r） 动力滑台每分钟进给量（mm/min）由于离合器压盘孔的加工精度、工件材料、工作条件、技术要求都是相同的。按照经济地选择满足加工要求的原则，采用查表的方法查得：钻头直径D=6

32、.5mm,铸铁HB175255、进给量f=0.1mm/r、切削速度v=15m/min.1.2.3 确定切削力、切削扭矩、切削功率根据选定的切削用量（主要指切削速度v及进给量f）确定切削力，作为选择动力部件（滑台）及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动件（齿轮，传动轴等）的尺寸；确定切削功率，用以选择主传动电动（一般指动力箱）功率，通过查表计算如下：布氏硬度：HB =HBmin(HBmaxHBmin) =170(241170) =146.33切削力：=26 =266.5 =535.16 N切削扭矩：=10 =10 =2452.26Nmm切削功率：= =2452.2615/(974

33、03.1410) =0.123 kw 式中：HB布氏硬度 第14 页 共 页 F切削力（N） D钻头直径（mm） f每转进给量（mm/r） T切削扭矩(Nmm) V切削速度（m/min） P切削功率(kw)1.2.4 选择刀具结构离合器压盘的布氏硬度在HB170241，孔径D为6.5mm，刀具的材料选择高速钢钻头（W18Cr4V），为了使工作可靠、结构简单、刃磨简单，选择标准6.5的麻花钻。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有3050mm的距离，以便排出切屑和刀具磨损后有一定的向前的调整量。1.3钻孔组合机床总设计“三图一卡”的编制前面对四轴头多工位同步钻床工艺方案及配

34、置型式、结构方案确定的有关问题，它是钻床总体设计的重要内容。下面就以钻床加工箱盖总体设计的另一个问题，既总体设计方案的图纸表达形式“三图一卡”设计，其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、编制生产率卡。1.3.1 被加工零件工序图1、被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示一台组合机床完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹具部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或成品状况的图纸，它不能用用户提供的图纸代替，而是在原零件图基础上，突出本机床的加工的内容，加上必要的说明绘制成的。它是组合

35、机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。离合器压盘用钻孔组合机床的被加工零件工序图如22所示。图上主要内容：（1）被加工零件的形状，主要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。（2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。（3）加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导有关部位结构和尺 第15 页 共 页寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。（4）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加上余量等。2、绘制被加工零件工序图的注意事项（1）为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要图出被本机床

36、的加工内容。绘制时，应按一定的比例，选择足够的视图及剖视图，突出加工部位（用粗实线），并把零件轮廓及与机床、夹具设计有关部位（用细实线）表清楚，凡本道工序保证的尺寸、角度等，均应在尺寸数值下方面用粗实线标记。如图22中412加工用定位基准，机械夹压位置及方向，辅助支承均须用规定的符号表示出来。图22 被加工零件工序图附注：1.被加工零件名称及编号：离合器压盘； 2.材料及硬度：灰铸铁HT21-40 JB307-62 HB175255；（2）加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为便于加工及检查，尺寸应采用直角坐标系标出，而不采用极坐标，但有时因所选定位基准与设计基准不重合，则须对加工部位要求位置

37、尺寸精度进行分析换算。 第16 页 共 页1.3.2 加工示意图图23加工示意图1、加工示意图的作用和内容加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等，是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要文件。图23为箱盖上4孔立式钻床加工示意图。在图上应标注的内容：（1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。（2）工件、夹具、刀具及多轴箱端面之间的距离等。（3）主轴的结构类型，尺寸及外伸长度；刀具类型，

38、数量和结构尺寸、接杆、导向装置的结构尺寸；刀具与导向置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式，刀具应按加工终了位置绘制。2、绘制加工示意图之前的有关计算（1）刀具的选择 刀具选择考虑加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生产率要求等因素。刀具的选择前已述及，此处就不在追述了。（2）导向套的选择 在组合机床上加工孔，除用刚性主轴的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取决于夹具导向。因此正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的内容。 第17 页 共 页 1）选择导向类型 根据刀具导向部分直径d=10mm和刀具导向的线速度v=15m/min，选择固定式导向。2）导向套的参数 根据刀具的直径选择固定导向装置，如图24所示： 图24 固定导向装置固定导向装置的标准尺寸如下表：表21 固定导向装置的标准尺dDD1D2Ll1mRd1d2l06.512223028381318M81616固定装置的配合如下表：表22 固定装置的配合导向类别工艺方法DDD1刀具导向部分外径固定导向钻孔G7（或F8）g6固定导向装置的布置如图25所示导向装置的布置如表23所示：