项目5机械制造工艺规程

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1、项目5 机械加工工艺规程设计 5.1 概述 5.2 机械加工工艺规程 5.3工艺规程内容设计 5.4 数控加工工艺基础,项目5 机械加工工艺规程设计,5.1 概述,1生产过程,5.1.1 生产过程和机械加工工艺过程,原材料,毛坯,机器零件,检验,试车,油漆,包装,2.工艺过程,在生产过程中凡属直接改变生产对象的尺寸、形状、物理化学性能以及相对位置关系的过程，统称为工艺过程。,工艺过程又可分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、装配等工艺过程。,5.1.2 械加工工艺过程的组成,l工序,一个工人或一组工人，在一个工作地对同一工件或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。,2安

2、装,安装是工件经一次装夹后所完成的那一部分工艺过程。,3工位,工位是在工件的一次安装中，工件相对于机床（或刀具）每占据一个确切位置中所完成的那一部分工艺过程。,4工步,工步是在加工表面、切削刀具和切削用量（仅指机床主轴转速和进给量）都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程。,零件的生产纲领可按下式计算： N=Qn(1+a%)(1+b%),式中 N零件的生产纲领，单位为件/年； Q机器的生产纲领，单位为台/年； n每台机器中该零件的数量，单位为件/台； a%备品率； b%废品率。,2. 生产类型,根据加工零件的年产纲领和零件本身的特性（轻重、大小、结构复杂程度、精密程度等），可以将零件的生产类型划

3、分为单件生产、成批生产和大量生产三种生产类型。,5.2 机械加工工艺规程,5.2.1 机械加工工艺规程,机械加工工艺规程是规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。其作用是：,1工艺规程是工厂进行生产准备工作的主要依据 2工艺规程是企业组织生产的指导性文件 3工艺规程是新建和扩建机械制造厂（或车间）的重要技术文件,5.2.2 机械加工工艺规程的设计原则,l、所设计的工艺规程必须保证机器零件的加工质量和机器的装配质量，达到设计图样上规定的各项技术要求。 2、工艺过程应具有较高的生产效率，使产品能尽快投放市场。 3、尽量降低制造成本。 4、注意减轻工人的劳动强度，保证生产安全。,5.2.

4、3 机械加工工艺规程设计所需原始资料,l、产品装配图、零件图。 2、产品验收质量标准。 3、产品的年生产纲领。 4、毛坯材料与毛坯生产条件。 5、制造厂的生产条件，包括机床设备和工艺装备的规格、性能和当前的技术状态，工人的技术水平，工厂自制工艺装备的能力以及工厂供电、供气的能力等有关资料。 6、工艺规程设计、工艺装备设计所用设计手册和有关标准。 7、国内外有关制造技术资料等。,5.3 工艺规程内容设计,5.3.1 零件的工艺性分析和工艺编制,1）加工表面的尺寸精度和形状精度。 2）各加工表面之间以及加工表面和不加工表面之间的相互位置精度。 3）加工表面粗糙度以及表面质量方面的其它要求。 4）热

5、处理及其它要求（如动平衡、未注圆角、去毛刺、毛坯要求等）,1.零件的技术要求分析,2.零件的结构工艺性分析,零件的结构工艺性分析是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。它包括零件的整个工艺过程的工艺性，如铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、切削加工等的工艺性，涉及面很广，具有综合性。,3.零件的工艺编制,1）分析零件图和产品装配图,2）对零件图和装配图进行工艺审查,3）由产品的年生产纲领研究确定零件生产类型。,4）确定毛坯,5）拟订工艺路线,7）确定各工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。,6）确定各工序所用机床设备和工艺装备,8）确定各工序的技术要求及检验方法。,9）确定各工序

6、的切削用量和工时定额。,10）编制工艺文件。,5.3.2 工艺基准,用来确定生产对象几何要素间几何关系所依据的那些点、线、面，称为基准。,基准可分为设计基准和工艺基准两大类；工艺基准又可分为工序基准、定位基准、测量基准和装配基准等。,设计基准是在机器工作时确定零件位置的一些面、线或点。,5走刀,在一个工步中，如果要切掉的金属层很厚，可分几次切，每切削一次，就称为一次走刀。,5.1.3 生产纲领产和生类型,1.生产纲领,企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划，称为该产品的生产纲领 .,如上图的设计所示的设计基准：,a）图：外圆表面和的设计基准为中心线，平面 的设计基准为母线C。 b）图：端面

7、和的设计基准为端面，外圆表面D2 的设计基准是内孔D1。,工艺基准是在加工或测量时确定零件位置的一些面、线或点。如下图所示,1.选择定位基准,用毛坯上未经加工的表面作定位基准，这种定位基准称为粗基准；用加工过的表面作定位基准，这种定位基准称为精基准。,1）精基准的选择原则,（1）基准重合原则,应尽可能选择所加工表面的工序基准为设计基准，这样可以避免由于基准不重合引起的定位误差。,（2）统一基准原则,应尽可能选择用同一组精基准加工工件上尽可能多的表面，以保证所加工的各个表面之间具有正确的相对位置关系。,（3）互为基准原则,当工件上两个加工表面之间的位置精度要求比较高时，可以采用两个加工表面互为基

8、准的方法进行加工。,（4）自为基准原则,一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为精基准进行加工。,2）粗基准的选择原则,（1）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则。如下图所示,（2）合理分配加工余量的原则,从保证重要表面加工余量均匀考虑，应选择重要表面作粗基准，床身加工就是一个很好的实例,3） 便于装夹的原则,为使工件定位稳定，夹紧可靠，要求所选用的粗基准尽可能平也光洁，不允许有锻造飞边、铸造浇冒口切痕或其他缺陷，并有足够的支承面积。,4）粗基准一般不得重复使用的原则,粗基准通常只允许使用一次，这是因为粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表

9、面之间的位置误差会相当大，所以，粗基准一般不得重复使用。,5.3.3 毛坯的确定,毛坯的选择对零件工艺过程的经济性有很大影响,而且还会影响零件的力学性能和使用性能。零件加工过程中的材料消耗、工序数量、加工工时,以及零件的机械强度、金属纤维组织、内部缺陷等都与毛坯的选择有很大关系。,1.毛坯的种类,铸件、锻件 、型材、焊接件、冲压件 、粉末冶金件等。,2.选择毛坯应考虑的问题,毛坯的种类与质量对加工质量、材料消耗、生产率、成本密切相关。在选择毛坯时必须考虑以下问题:,1) 零件的生产纲领当零件的产量较大时,应选择精度较高和生产率都较高的毛坯制造方法。,2) 毛坯材料及其工艺特性材料是决定毛坯制造

10、方法的重要因素。,3) 零件形状和尺寸零件的尺寸和形状也是决定毛坯制造方法的重要因素。,4）采取先进的毛坯制造方法。,5.3.4 工艺路线的拟定,1.表面加工方法的选择,在选择加工方法时，一般总是首先根据零件主要表面的技术要求和工厂具体条件，先选定该表面终加工工序加工方法，然后再逐一选定该表面各有关前导工序的加工方法。参照表5-6、5-7、5-8、5-9。,在选择加工表面的加工方法和加工方案时，应综合考虑下列因素：加工表面的技术要求、工件材料的性能、工件的形状和尺寸、生产类型、具体生产条件特殊要求等,2. 加工阶段的划分,划分加工阶段的原因：有利于合理利用机床设备、有利于及早发现毛坯缺陷并得到

11、及时处理、保证零件加工质量 。,加工阶段一般分为粗加工，半精加工和精加工等三个阶段。,1）粗加工阶段,高效地切除加工表面上的大部分余量，提高生产率，使毛坯在形状和尺寸接近成品零件的要求。,2）半精加工阶段,切除粗加工后留下的误差，使被加工工件达到一定精度，为精加工作准备，并完成一些次要表面的加工，例如，钻孔、攻螺纹、铣键槽等。,保证各主要表面的尺寸精度、形状精度、位置精度及表面粗糙度要求，达到零件图规定的加工质量要求。,3）精加工阶段,4）精整和光整加工阶段,主要任务是减小表面粗糙度和进一步提高尺寸精度和形状精度，但一般没有提高表面间位置精度的作用,3.工序的集中与分散,确定零件加工过程有工序

12、集中原则，工序分散原则。,按工序集中原则组织工艺过程，就是使每个工序所包括的加工内容尽量多些，组成一个集中工序；最大限度的工序集中，就是在一个工序内完成工件所有表面的加工。,4.工序先后顺序的安排,机械加工工序先后顺序的安排，一般应遵循以下几个原则：,（l）先加工定位基面，再加工其他表面。选为经济准的表面，应安排在起始工序先进行加工，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。,（4）先加工平面，后加工孔。,（2）先加工主要表面，后加工次要表面。,（3）先安排粗加工工序，后安排精加工工序。,2）热处理工序及表面处理工序的安排,为消除工件内应力、改善切削性能而安排的热处理工序，例如人工时效、退火等，最好

13、安排在粗加工阶段之后进行；,为改善工件材料力学性能的热处理工序，例如淬火、渗碳淬火等，一般都安排在半精加工和精加工之间进行。,为提高工件表面耐磨性、耐蚀性安排的热处理工序以及以装饰为目的而安排的热处理工序，例如镀铬、镀锌、发兰等，一般都安排在工艺过程最后阶段进行。,3其他工序的安排,为保证零件制造质量，防止产生废品，需在下列场合安排检验工序：l）粗加工全部结束之后；2）送往外车间加工的前后；3）工时较长工序和重要工序的前后；4）最终加工之后。,零件在进人装配之前，一般都应安排清洗工序。,零件表层或内腔的毛刺对机器装配质量影响甚大，切削加工之后，应安排去毛刺工序。,在用磁力夹紧的工序之后，要安排

14、去磁工序，不让带有剩磁的工件进人装配线。,4.机床设备与工艺装备的选择,机床设备和工艺装备的选择不仅要考虑设备投资的当前效益，还要考虑产品改型及转产的可能性，应使其具有更大的柔性。,正确选择机床设备是一件很重要的工作，它不但直接影响工件的加工质量，而且还影响工件的加工效率和制造成本。,工艺装备的选择将直接影响工件的加工精度、生产效率和制造成本，应根据不同情况适当选择。在中小批生产条件下，应首先考虑选用通用工艺装备（包括夹具、刀具、量具和辅具）；在大批大量生产中，可根据加工要求设计制造专用工艺装备。,5.3.5 加工余量的确定,工序尺寸偏差一般按“入体原则”标注。对被包容尺寸（例如轴径），上偏差

15、为0，其最大尺寸就是基本尺寸；对包容尺寸（例如孔径、槽宽），下偏差为0，其最小尺寸就是基本尺寸。,1.概述,毛坯上留作加工用的材料层，称为加工余量。加工余量有总余量和工序余量之分。,工序余量有单边余量和双边余量之分。对于非对称表面，其加工余量用单边余量表示。对于外圆与内圆这样的对称表面，其加工余量用双边余量2表示。,2.影响加工余量的因素,影响加工余量的因素有以下四个方面：,1）上工序留下的表面粗糙度值（表面轮廓的最大高度）和表面缺陷层深度 Ha,2）上工序的尺寸公差Ta,3）Ta值没有包括的上工序留下的空间位置误差ea,4）本工序的装夹误差,3.加工余量的确定,2) 经验估计法 加工余量由一

16、些有经验的工程技术人员和工人根据经验确定。由于主观上有怕出废品的思想，故所估加工余量一般都偏大，此法只用于单件小批生产。,确定加工余量有计算法、查表法和经验估计法等三种方法。,1) 计算法 在掌握上述各影响因素具体数据的条件下，用计算法确定加工余量是比较科学的；可惜的是，目前所积累的统计资料尚不多，计算有困难，此法目前应用较少。,3)查表法 此法以工厂生产实践和实验研究积累的数据为基础制定的各种表格为依据，再结合实际加工情况加以修正。用查表法确定加工余量，方法简便，比较接近实际，生产上广泛应用。,5.3.6 工序尺寸及其公差的确定,例5-1：某零件上一孔的设计要求为mm，Ra08，毛坯为铸铁件

17、，其加工工艺路线为：毛坯粗镗半精镗精镗浮动镗。求个工序尺寸及公差。,解：按上述方法 （1）确定加工总余量和各工序余量 浮动镗余量0.1 mm，精镗余量0.5 mm，半精镗余量2.4 mm，粗镗余量5 mm，加工总余量=（0.1+0.5+2.4+5）mm=8 mm。 （2）确定工序尺寸公差 最后一次加工浮动镗的公差即为设计尺寸公差H7，其余工序尺寸公差按经济精度查表确定，并按“入体原则”确定偏差：精镗H9，半精镗H11，粗镗H13，毛坯1.2 mm。,（3）各工序尺寸 从零件图上的设计尺寸开始往前一直推算到毛坯尺寸。 浮动镗的工序尺寸即为设计尺寸100 mm 精镗：（100-0.1） mm=99

18、.9 mm 半精镗：（99.9-0.5） mm=99.4 mm 粗镗：（99.4-2.4） mm=97 mm 毛坯：（97-5） mm=92 mm,（4）标注工序尺寸公差 。最后一次加工浮动镗的公差按设计尺寸公差标注，即 mm，精镗 mm，半精镗 mm，粗镗 mm，毛坯 （92） mm。,5.3.7 工艺尺寸链,1.尺寸链及尺寸链计算公式,1）尺寸链的定义在工件加工和机器装配过程中，由相互连接的尺寸形成的封闭尺寸组，称为尺寸链。 环：组成尺寸链的每一个尺寸，称为尺寸链的环。 封闭环：尺寸链中凡属间接得到的尺寸称为封闭环 增环：当其他组成环的大小不变，若封闭环随着某组成环的增大而增大，则此组成环

19、就称为增环； 减环：若封闭环随着某组成环的增大而减小，则此组成环就称为减环；,尺寸链图的画法：,直线尺寸链、平面尺寸链、空间尺寸链,2）尺寸链的分类,1）首先根据工艺过程，找出间接保证的尺寸A0，作为封闭环； 2）从封闭环两端出发，按照工件表面间的尺寸联系，一次画出直接获得的尺寸A1、A2，形成一封闭图形。,3）尺寸链计算,正计算 、反计算 、中间计算,4）用极值法解算直线尺寸链基本计算公式,用极值法解算尺寸链的计算公式主要有：,（1）封闭环基本尺寸A。,封闭环基本尺寸A。等于所有增环基本尺寸之和减去所有减环基本尺寸之和。,（2）环的极限尺寸,（4）环的中间偏差,（3）环的极限偏差,ES=十T

20、2 EI=一T2,AmaxAES AminAEI,=（ESEI）2,（5）封闭环中间偏差,（7）封闭环极限尺寸,（6）封闭环公差,（8） 封闭环极限偏差,1）封闭环中间偏差,5）用统计法解算直线尺寸链基本计算公式,用统计法解算尺寸链的基本计算公式除可应用极值法解直线尺寸链的有些基本公式外，尚有以下两个基本计算公式：,2）封闭环公差,例 52 加工图514a所示工件，设1面已加工好，现以1面定位加工3面和2面，其工序简图如图514b所示，试求工序尺寸A1与A2。,2.工艺尺寸及其公差的计算实例,1）定位基准与设计基准不重合时工序尺寸公差的计算,解：1.因为加工3面时工序基准与设计基准重合，所以，

21、不重合误差等于0,2. 因为加工2面时工序基准与设计基准 重合，利用尺寸链计算公式可计算：,2）一次加工满足多个设计尺寸要求时工序尺寸及其公差的计算,由10=30 - A2 得A2=20mm 由0.3=0- EI (A2) 得EI (A2) =-0.3mm 由-0.3=-0.2- ES (A2) 得ES (A2) =0.1mm 即A2=mm 答：工序尺寸及其公差A1按加工，工序尺寸及其公差A2为mm,例53 一带有键槽的内孔要淬火及磨削，其设计尺寸如图515所示，内孔及键槽的加工顺序是：,1）镗内孔至中mm； 2）插键槽至尺寸A； 3）淬火； 4）磨内孔，同时保证内孔直径mm和键槽深度 mm两

22、个设计尺寸的要求。 要求确定工序尺寸A及其公差（假定淬火后内孔没有胀缩）。,由43.6=A +20-19.8 得A=43.4mm 由0.34=ES(A)+0.025-0 得ES(A) =0.135mm 由0=EI(A)+0-0.05 得EI(A) =0.05mm 即A=mm 答：工序尺寸A及其公差为mm。,解：利用尺寸链计算公式可计算,5.3.8 工艺卡片的填写,2机械加工工序卡片,1机械加工工艺过程卡片,此卡片以工序为单元简要说明工作的加工工艺路线，包括工序号、工序名称、工序内容、所经车间工段、所用机床与工艺装备的名称、时间定额等，如表56所示。它主要用来表示工件的加工流向，供安排生产计划、

23、组织生产调度用。,工序卡片的填写内容如表57所示。此卡片是在机械加工工艺过程卡片的基础上分别为每一工序编制的一种工艺文件，它指导操作工人完成某一工序的加工。,5.3.9 机械加工的生产率与经济性分析,1）基本时间 直接改变生产对象的尺寸、形状、性能和相对位置关系所消耗的时间称为基本时间。对切削加工、磨削加工而言，基本时间就是去除取加工余量所花费的时间。,1.时间定额,所谓时间定额是指在一定生产条件下规定生产一件产品或完成一道工序所消耗的时间。时间定额是安排作业计划、进行成本核算的重要依据，也是设计或扩建工厂（或车间）时计算设备和工人数量的依据。,时间定额由以下几个部分组成：,2）辅助时间,为使

24、加工正常进行，工人为照管工作地（例如更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等）所消耗的时间，称为布置工作地时间，又称工作地服务时间。一般按作业时间的27估算。,为实现基本工艺工作所作各种辅助动作所消耗的时间，称为辅助时间；例如，装卸工件、开停机床、改变切削用量、测量加工尺寸、引进或退回刀具等动作所花费的时间。,3）布置工作地时间,4）休息和生理需要时间,工人在工作班内为恢复体力和满足生理需要所消耗的时间，称为休息和生理需要时间；一般按作业时间的2估算。,2）缩减辅助时间的工艺途径,2.提高生产率的工艺途径,提高切削用量、缩减工作行程长度、多件加工,1）缩减基本时间的工艺途径,直接缩减辅助时间、

25、将辅助时间与基本时间重合,3）缩减布置工作地时间的工艺途径,减少换刀次数和缩短换刀时间 ，如采用各种快换刀夹、刀具微调装置、专用对刀样板和自动换刀装置等,4）缩减准备终结时间的工艺途径,1）工艺成本的组成及计算,采用可换刀架或刀夹、采用刀具微调和快调机构、运用成组工艺原理，把结构形状、技术要求和工艺过程相类似的零件划归为一组等。,3.工艺方案的经济分析,所谓经济分析就是通过比较各种不同工艺方案的生产成本，选出其中最为经济的加工方案。,工艺成本由可变费用与不变费用两部分组成。可变费用与零件的年产量有关，它包括材料费（或毛坯费）、工人工资、通用机床和通用工艺装备维护折旧费。不变费用与零件年产量无关

26、，它包括专用机床、专用工艺装备的维护折旧费以及与之有关的调整费等；,2）工艺方案的经济评比,1当需评比的工艺方案均采用现有设备或其基本投资相近时，可用工艺成本评比其优劣。,2两种工艺方案的基本投资差额较大时，则在考虑工艺成本的同时，还要考虑基本投资差额的回收期限。,1）两加工方案中少数工序不同，多数工序相同时，可通过计算少数不同工序的单件成本进行评比； 2）两加工方案中，多数工序不同，少数工序相同时，则以该零件加工全年工艺成本进行比较。,5.4 数控加工工艺基础,5.4.1 基本概念,数字控制机床（简称数控机床）是一种用数字化的代码作为指令，有数字控制系统进行处理而实现自动控制的机床。数控加工

27、工艺主要包括以下几个方面：,1）通过数控加工的适应性分析，选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。 2）分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，并结合数控设备的功能，确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。 3）设计数控加工工序。如工步的划分，零件的定位，选择夹具、刀具及切削用量等。,4）设计和调整数控加工工序的程序，选择对刀点、换刀点，确定刀具补偿量。 5）分配数控加工中的容差。 6）处理数控机床上部分工艺指令。,1. 数控加工工艺的特点,数控加工工艺内容更具体，更复杂、工艺设计更严密、更注重加工的适应性,5.4.2 数控加工工艺设计的基本原则,2. 数控加工工艺分析与设计,1）

28、 数控加工的合理性分析,数控加工的合理性包括：哪些零件适合数控加工，适合于在那一类数控机床上加工，即数控机床的选择。通常合理考虑的因素有：零件的技术要求能否保证；对提高生产率是否有利；经济上是否合算。,在实际加工中，要根据机床性能的不同和对零件要求的不同，对数空加工零件进行分类，不同类别的零件分配在不同类别的数控机床 上加工，以获得较高的生产率和经济效益。,2）数控机床的选择,3）零件的工艺分析,（1）零件图上的尺寸标注应便于数值计算，符合数控编程的可能性与方便性的原则。,（2）零件加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点,4）确定工艺过程和工艺路线,（1）工序的划分 按粗、精加工划分工序 按

29、先面后孔原则划分工序 按所用的刀具划分工序,（4）工艺路线的确定,编程时加工路线的确定原则是： （1）保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。 （2）使数值计算简单，以减少编程工作量。 （3）以加工路线最短，这样即可减少程序段，又能减少空行程时间。,5）确定零件的安装方法和对刀点、换刀点,（1）零件的安装,尽量采用可调式、组合式等标准化、通用化和自动化夹具，必要时才设计、使用专用夹具,减少装夹次数，尽量作到一次装夹便能完成全部表面加工。,便于讯速装卸零件，以减少数控机床停机时间。,零件定位基准应与设计基准重合，以减少定位误差对尺寸精度的影响。,加紧力应尽量靠近主要支承点和切削部位，以防止

30、加紧力引起零件变形对加工产生不良影响。,（2）对刀点与换刀点的确定,6）选择刀具和切削用量,对刀点就是在数控机床上加工零件时，刀具相对与工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点又称为程序起点或起刀点。,对刀点的选择原则是： 在机床上容易找正，加工中便于检查了。 便于用数字处理和简化程序编制。 引起的加工误差小。,（1）刀具选择,（2）切削用量选择,车削用刀具：通常有尖型车刀，如各种外圆偏刀、端面车刀、切槽刀等；圆弧型车刀，主要用于车削各种光滑连接的成型面；还有成型车刀，如螺纹车刀。,铣削用的刀具，通常铣削平面时，选择硬质合金刀片铣刀；铣削凸台和凹槽时选择立铣刀；如果加工余量小，并且

31、要求表面粗糙度值较小时，常用镶立方氮化硼刀片或镶陶瓷刀片的端铣刀；铣削毛坯表面或进行孔的粗加工时，可选用镶硬质合金的棒铣刀进行强力切削。,切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量（旧时称切削深度）、进给速度（进给量）。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并编入程序中。,背吃刀（mm），在机床、夹具、刀具和零件等的刚度允许条件下，尽可能选较大的背吃刀量，以减少走刀次数，提高生产率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量。一般取0.20.5 mm。,进给速度（进给量）f(mm/min或mm/r)主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件的材料性质来选择。当加工精度和表面粗糙度要求高时，进给速度数值应小些，一般取2050 mm/min。最大进给速度则受机床刚度和进给系统的性能限制，并与脉冲当量有关。,主轴转速n(r/min) 根据最佳的切削速度v选取，主轴转速n应根据计算值在机床说明书中选取标准值，编入程序中。,