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浙江水利水電?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
ZHEJIANG WATER CONSERVANCY AND HYDROPOWER COLLEGE
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題 目： 機(jī)械式測(cè)刀儀設(shè)計(jì)
姓 名： 翟林虎
系 別： 機(jī)械電子工程系
專 業(yè)： 數(shù)控技術(shù)
班 級(jí)： 數(shù)控03-1
指導(dǎo)老師： 王鐵流 倪勝利
學(xué) 號(hào)： 200311039
二00六年五月
目 錄
一、課題名稱……………………………………………………………3
二、本課題設(shè)計(jì)來(lái)源及目的與要求……………………………………3
三、設(shè)計(jì)內(nèi)容……………………………………………………………3
1、確定主參數(shù)………………………………………………………3 2、確定機(jī)械測(cè)刀儀方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………5
3、垂直導(dǎo)軌的比較設(shè)計(jì)及方案確定………………………………6
4、具體的零件設(shè)計(jì)…………………………………………………6
四、機(jī)械測(cè)刀儀安裝工藝………………………………………………12
五、總結(jié)…………………………………………………………………13
摘要：
加工中心等多軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控加工機(jī)床已廣泛地應(yīng)用于機(jī)械加工的各個(gè)領(lǐng)域，作為加工中心的主要輔助設(shè)備——測(cè)刀儀已廣泛地與加工中心配套使用。本文論述了機(jī)械式測(cè)刀儀設(shè)計(jì)過(guò)程中零部件設(shè)計(jì)方案的比較和零件設(shè)計(jì)計(jì)算的過(guò)程。
關(guān)鍵詞：機(jī)械式側(cè)刀儀 設(shè)計(jì) 裝配
Summary :
Machining center,etc. numerical control that many axle link process lathe apply machined all field to widely already, as the main auxiliary equipment of the machining center - -Examine one one hundred sheets of appearances to already widely use with the machining center together. This text expound the fact machinery type examine one hundred sheetses of appearance design process spare part comparison and part of design plan design the course calculated.
Keyword: Machinery type side knife appearance Design Assembly
機(jī)械測(cè)刀儀設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
一、課題名稱：
機(jī)械式測(cè)刀儀的設(shè)計(jì)
二、本課題設(shè)計(jì)來(lái)源及目的與要求
1、任務(wù)來(lái)源：
三軸聯(lián)動(dòng)加工中心類機(jī)床作為現(xiàn)代化的機(jī)械加工設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工的各個(gè)領(lǐng)域，包括機(jī)床、模具、汽車(chē)、航空航天等等。作為加工中心的主要輔助設(shè)備———測(cè)刀儀已廣泛地與加工中心配套使用。其作用是測(cè)量加工中心類機(jī)床所用刀具的切削刃跳動(dòng)與刀具分別裝在刀柄上后，各把刀具的長(zhǎng)短差值等，以提高零件的加工精度，節(jié)約機(jī)床的加工時(shí)間。目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的是數(shù)控光學(xué)測(cè)刀儀，精度高、價(jià)格貴。作為一般精度的加工，機(jī)械式測(cè)刀儀也有一定的應(yīng)用。
我校在先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中，購(gòu)進(jìn)了美國(guó)HAAS公司的VF-3立式加工中心，目前尚未配備數(shù)控光學(xué)測(cè)刀儀，鑒于以教學(xué)為主、滿足一般精度零件的加工的需要，及原理展示的教學(xué)需要，擬定此題目。
2、目的：
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們對(duì)大學(xué)三年所學(xué)知識(shí)的綜合練習(xí)，通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們綜合運(yùn)用已學(xué)到的知識(shí)，結(jié)合實(shí)踐培養(yǎng)自己的設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新能力。通過(guò)該題目的設(shè)計(jì)，使我們運(yùn)用已學(xué)過(guò)的高等數(shù)學(xué)、工程力學(xué)、機(jī)械制圖、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析，先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造方法等專業(yè)技術(shù)知識(shí)，利用AutoCAD/PROENGINEER等軟件與手工繪圖相結(jié)合，完成我校先進(jìn)制造技術(shù)實(shí)驗(yàn)室調(diào)整數(shù)控刀具用的機(jī)械式測(cè)刀儀的設(shè)計(jì)。
通過(guò)實(shí)用工程的設(shè)計(jì)使我們掌握工程設(shè)計(jì)的基本步驟和方法，為將來(lái)從事相關(guān)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
3、要求：
設(shè)計(jì)繪制了機(jī)械測(cè)刀儀的給定的的七套圖紙，一套裝配圖、六套零件圖、以及零件和裝配的技術(shù)要求、裝配工藝、文件目錄等。
三、設(shè)計(jì)內(nèi)容：
1、確定主參數(shù)
我校購(gòu)進(jìn)的美國(guó)HAAS公司的VF-3立式加工中心，其行程（1016x508x635mm），工作臺(tái)（1219x457mm），定位精度-0.0051~+0.0051mm，重復(fù)精度-0.0025~+0.0025mm，使用標(biāo)準(zhǔn)的BT40錐度的刀柄，提供20刀位刀庫(kù)，這里采用BT40xSOM6-60，其標(biāo)準(zhǔn)配置最大刀具直徑為全裝D=160mm. L=152.4.mix=60mm,max=250mm,最大高度行程H=60~250mm,所以可以確定滑臺(tái)的水平行程為d=0~80mm+(5~10)mm和滑塊的高度行程 h=60-(5~10)mm~250+(5~10)mm.見(jiàn)圖2, 刀柄尺寸圖見(jiàn)圖1:
圖1 刀柄尺寸圖
Dmin=4mm、Dmax=160mm、Hmin=60mm、Hmax=250mm
圖2
2、確定機(jī)械測(cè)刀儀方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)械測(cè)刀儀器底座的作用是安裝主軸，再在主軸上安裝刀柄和刀具。當(dāng)測(cè)刀儀在測(cè)量刀具時(shí)由于刀尖部位與千分表指針（垂直和水平方向）并不會(huì)時(shí)刻在同一水平線上，所以必須設(shè)計(jì)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，（主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)可以與滾動(dòng)軸承配合）從而帶動(dòng)刀柄（刀尖）的轉(zhuǎn)動(dòng)，使其在同一水平線上。手輪跟蝸桿連接，并使蝸桿隨著手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)蝸輪，與蝸桿配合，使其隨著蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，并把主軸安裝在蝸輪上，在蝸輪上設(shè)計(jì)一個(gè)鍵槽與主軸配合。所以，主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)就可以全靠手輪的搖動(dòng)。
刀尖可以隨著手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，所以我們總能使刀尖定位在某一固定的水平方向線上，（該方向線與水平千分尺指針在同一垂直面上，并通過(guò)主軸圓心）； 在垂直方向線上，千分表指針只要對(duì)準(zhǔn)這一固定的水平方向線就行了；我們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候只要保證垂直滑座只可以在垂直方向上上下移動(dòng)，在Y軸其他方向上限制就行了，只保留一個(gè)自由度。
同時(shí)，由于刀具直徑都不一樣，所以在固定的水平方向線上，必須保證千分表指針能移動(dòng)，其移動(dòng)范圍為（d=0~80+(5~10)mm）；所以必須設(shè)計(jì)一個(gè)能橫向移動(dòng)的水平導(dǎo)軌座帶動(dòng)（水平滑座，垂直導(dǎo)軌，垂直滑座）來(lái)保證指針的移動(dòng)。
這樣，測(cè)量刀具刀尖的時(shí)候就可以在兩個(gè)方向上進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而有效的進(jìn)行測(cè)量。
具體結(jié)構(gòu)參考圖3。
圖3
1 滑塊 2 立柱 3 滑臺(tái) 4 底座 5 水平導(dǎo)軌座 6 水平導(dǎo)軌 7 主軸壓蓋
8 蝸桿 9 蝸輪 10 擋圈 11 軸承 12 刀柄套 13 刀柄 1 4 刀具 15 千分表
3、垂直導(dǎo)軌的比較設(shè)計(jì)及方案確定：
在設(shè)計(jì)垂直導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)時(shí)所考慮到的有下面三種方案：
方案一：
如圖4所示，1所示部分為扁平形狀，其它形狀均為圓形，其側(cè)面圖見(jiàn)2部分，1部分將與水平滑座配合，它的形狀決定了該垂直導(dǎo)軌將不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。但因?yàn)槠湫螤畹奶厥庑?，決定了水平滑座內(nèi)孔的特殊性。
方案二：
如圖5所示，固定塊通過(guò)開(kāi)曹防脫螺釘與該垂直導(dǎo)軌在3部分相連接，3部分為正方形，見(jiàn)側(cè)面圖4部分，該設(shè)計(jì)同樣考慮到其他部分均為圓形的情況下，保證了該垂直導(dǎo)軌不會(huì)因此而轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣的，固定塊內(nèi)孔也必須設(shè)計(jì)成與3部分配合的正方形。
方案三：
如圖6所示，5所示部分為扁形，其側(cè)面圖見(jiàn)圖6部分，其它部分均為圓形，6部分的形狀同樣具有上面兩種方案的功能，保證垂直導(dǎo)軌不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
最后我們選擇了方案三，方案二和三與水平滑座的連接是一樣的，雖然其1部分都是圓形，但都有其它措施保證了設(shè)計(jì)要求，即保證垂直導(dǎo)軌不轉(zhuǎn)動(dòng)。不同的是兩者與固定塊的連接方法，方案二中的垂直導(dǎo)軌加工復(fù)雜，不及方案三簡(jiǎn)單；方案一和三，其1部分和5部分不一樣，從節(jié)省材料方面來(lái)看，方案三更節(jié)省。同時(shí)方案一對(duì)水平滑座的內(nèi)孔有要求，須與方案一配套，這樣對(duì)水平滑座的設(shè)計(jì)加工要求更復(fù)雜；而方案三只要求與之配合的垂直導(dǎo)軌和水平導(dǎo)軌的內(nèi)孔為圓形就行了；另一方面，方案中的5部分必須與滾花螺釘反復(fù)緊固，這樣一來(lái)，5部分就會(huì)產(chǎn)生變形，垂直導(dǎo)軌與垂直滑座的配合就出現(xiàn)了問(wèn)題，保證不了精度。總的來(lái)說(shuō)，方案三材料節(jié)省，設(shè)計(jì)加工簡(jiǎn)單，并且符合要求，保證精度。
4、具體的零件設(shè)計(jì)：
首先，我們先對(duì)機(jī)械測(cè)刀儀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大致的了解。其基本結(jié)構(gòu)，包括底座，水平導(dǎo)軌座，水平導(dǎo)軌，水平滑座，垂直滑座，垂直導(dǎo)軌，主軸壓蓋，固定塊，側(cè)壓蓋，手輪，手輪柄，鎖緊螺母，防松墊圈，主軸，蝸輪，蝸桿。
1）底座：
在設(shè)計(jì)之初，我對(duì)我校VF-3B立式加工中心所用各種常用刀具的規(guī)格和刀柄尺寸進(jìn)行了分析，確定了測(cè)刀儀的測(cè)量范圍，如測(cè)量高度行程、測(cè)量直徑行程、最大跳動(dòng)行程、最小跳動(dòng)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了記錄，比較。并最終確定了現(xiàn)在的方案，它既符合了設(shè)計(jì)的要求，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械測(cè)刀儀的測(cè)量刀具的要求?，F(xiàn)在我對(duì)底座進(jìn)行了一些數(shù)據(jù)上的說(shuō)明，來(lái)說(shuō)明設(shè)計(jì)底座時(shí)的思路。
底座的設(shè)計(jì)不僅要保證支撐穩(wěn)定，而且要保證各個(gè)零件與之配合的合理性，即保證配合的穩(wěn)固程度。
1．底座的支撐采用螺母和調(diào)平螺釘來(lái)調(diào)整整個(gè)機(jī)械測(cè)刀儀的水平平衡。
2．該底座的長(zhǎng)度必須大于主軸壓蓋直徑150mm+壁厚+水平導(dǎo)軌長(zhǎng)度之和，底座的寬度大于主軸壓蓋直徑150mm+壁厚，底座的高度應(yīng)保證空間合理，以使主軸、渦輪、蝸桿等零件保持合理的體積，同時(shí)要大于刀柄高度。
設(shè)計(jì)底座時(shí)，底座上面必須保證可以合理安裝主軸壓蓋，主軸壓蓋直徑為150<152，主軸內(nèi)孔直徑必須大于主軸壓蓋最大直徑65>63，各留2mm作為裝配空隙。同時(shí)在底座側(cè)面必須設(shè)計(jì)一個(gè)可以安裝蝸桿的側(cè)壓蓋。同時(shí)配合各零件的安裝尺寸，從整體上勾畫(huà)出底座的尺寸，經(jīng)過(guò)不斷的修改，從而得出了我較為滿意的底座方案。
具體的尺寸見(jiàn)圖7，圖8。
圖7
圖8
2）蝸桿，蝸輪：
蝸桿，蝸輪是機(jī)械測(cè)刀儀整體框架中的重要部分，蝸桿保證著蝸輪的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)確定與蝸輪緊固聯(lián)接的主軸的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)刀具（刀尖）的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量。利用手輪對(duì)鍵的鈕矩，產(chǎn)生軸向的力，作用于蝸桿，從而使蝸桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。
1 .采用標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注: 8b GB/T 10089-1998，確定
模數(shù)m=2.5, 直徑系數(shù)q=11.2
蝸桿頭數(shù)z=1，蝸輪齒數(shù)Z2=36， 傳動(dòng)筆i=1：36
齒頂高系數(shù)1，齒根高系數(shù)0.2
壓力角α=20度
所以：
蝸桿分度圓直徑d1=mq=28
蝸輪分度圓直徑d2=mz=90
中心距a=m/2(q+Z2)=59
蝸桿螺紋部分長(zhǎng)度b1=(11+0.06Z2)m=60
蝸桿齒頂圓直徑da1=m(q+2)=33
蝸桿齒根圓直徑df1=m(q-2.4)=22
Sx=3.927
Px=7.854
頂隙C=0.2m=0.5
蝸輪齒頂圓直徑da2=m(z2+2)=95
蝸輪最大外圓直徑de2=da2+2m=99
蝸輪齒根圓直徑Df2=m(z2-2.4)=84
b=20
Rg2=11.5
2．因?yàn)榈鬃鶎挾葹?80mm，所以蝸桿的長(zhǎng)度必須大于180+15+空隙+螺紋長(zhǎng)度，便于一側(cè)安裝手輪，同時(shí)在一側(cè)設(shè)計(jì)一個(gè)鍵槽使其與手輪緊固連接。這里L(fēng)蝸桿=227mm。見(jiàn)圖9
圖9 蝸桿
3．因?yàn)樵撐佪喴c主軸相配合，而與之配合的主軸直徑為50mm，所以設(shè)計(jì)蝸輪的內(nèi)孔直徑為50mm，為了實(shí)現(xiàn)主軸隨蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，所以必須在兩者之間設(shè)計(jì)一個(gè)鍵槽，把鍵放進(jìn)去的時(shí)候就可以實(shí)現(xiàn)兩者的緊固連接，蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鈕矩，帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)該功能。
見(jiàn)圖10
圖10 蝸輪
3）固定塊：
固定塊的主要目的是固定住兩根垂直導(dǎo)軌，使其不移動(dòng)，提高測(cè)量精度。固定塊的設(shè)計(jì)與垂直導(dǎo)軌，垂直滑座互相聯(lián)系，兩根垂直導(dǎo)軌的距離決定了固定塊兩孔的距離，孔的直徑也由垂直導(dǎo)軌的直徑?jīng)Q定，同時(shí)在兩孔上方設(shè)計(jì)開(kāi)槽防脫螺釘孔。見(jiàn)圖11
圖11
4）垂直導(dǎo)軌：
垂直滑座可以在垂直導(dǎo)軌上上下移動(dòng)，而安裝在垂直滑座上的千分尺隨著垂直滑座的移動(dòng)而上下移動(dòng)，垂直導(dǎo)軌的作用是便于安裝在垂直滑座上的千分尺可以上下移動(dòng)，垂直導(dǎo)軌的直徑設(shè)計(jì)為20mm，為了保證垂直導(dǎo)軌不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，所以設(shè)計(jì)主體部分采用扁圓形，其下方尺寸較小并與水平滑座緊固連接，用螺冒緊密配合，防止松脫；上方與固定塊連接，配合開(kāi)槽防脫螺釘。
見(jiàn)圖12
圖12
5）垂直滑座：
垂直滑座是機(jī)械測(cè)刀儀中的重要的部分，千分尺就安裝在上面，其兩內(nèi)孔與垂直導(dǎo)軌配合，兩旁分別安裝滾花螺釘使其穩(wěn)固，。其延長(zhǎng)部分主要是用來(lái)安裝千分尺，分別在水平和垂直方向，千分尺通過(guò)在延長(zhǎng)部分上的內(nèi)孔2向下探出表頭，其中滾花螺釘穿過(guò)1產(chǎn)生拉力使千分尺在2處固定，3部分是工藝要求，保證拉力產(chǎn)生的變形作用在3部分上。
見(jiàn)圖13 圖14 圖15 圖16
圖13
圖14
圖15
圖16
設(shè)計(jì)小結(jié)：螺釘在聯(lián)接中起著重要的作用，對(duì)零件的緊固和防松起著重要作用，其它各部分的聯(lián)結(jié)也必須保持著相對(duì)的穩(wěn)定，該機(jī)械測(cè)刀儀缺少潤(rùn)滑裝置，大多在聯(lián)接上采用最原始的磨擦緊固，.對(duì)整個(gè)機(jī)械測(cè)刀儀的壽命影響會(huì)很大，所以在使用當(dāng)中須多用潤(rùn)滑劑。
五、機(jī)械測(cè)刀儀安裝工藝：
在機(jī)械測(cè)刀儀器的所有零件制造完成后，就要開(kāi)始把散件安裝組成一個(gè)完整的整體了，安裝機(jī)械測(cè)刀儀器的步驟：（見(jiàn)裝配圖）
1） 水平滑座6與垂直導(dǎo)軌9安裝在一起配裝，用彈簧墊圈3和螺母2固定。
2） 把安裝在一起的水平滑座6與垂直導(dǎo)軌9，通過(guò)水平滑座6 與水平導(dǎo)軌5相聯(lián)結(jié)。
3） 把按照（2）步驟聯(lián)結(jié)在一起的組合與水平導(dǎo)軌座4一起安裝在底座1上。
4） 把水平導(dǎo)軌座4通過(guò)四個(gè)圓柱頭螺釘27和兩個(gè)內(nèi)螺紋圓錐銷18固定在底座1上。
5） 將緊定螺釘29安裝在水平導(dǎo)軌座4上。
6） 圓錐滾子軸承19裝入底座1。
7） 深溝球軸承26裝入底座1。
8） 將主軸壓蓋10安裝在底座1上面，并用四個(gè)圓柱頭螺釘27固定。
9） 將鍵22與蝸輪24配合在一起
10） 裝入主軸23并通過(guò)套33，接著通過(guò)配合在一起的普通平鍵22與蝸輪24。
11） 接著通過(guò)防松墊圈21和鎖緊螺母20，將鎖緊螺母20擰緊。
12） 將手輪柄17裝入手輪16。
13） 把側(cè)滑蓋14裝入底座1，并用四個(gè)圓柱頭螺釘27固定。
14） 將套32裝入蝸桿25。
15） 裝入蝸桿25并與蝸輪24吻合。
16） 裝入普通平鍵15在蝸桿25上，并把手輪16，同時(shí)安裝上去，墊上彈簧墊
圈，用螺母2將其擰緊。
17） 將垂直滑座8套入垂直導(dǎo)軌9上。
18） 將滾花螺釘28裝入垂直滑座8上。
19） 用固定塊12將垂直導(dǎo)軌9固定住，并用開(kāi)槽防脫螺釘11固定。
20） 將水平千分尺13套入垂直滑座上，并用滾花螺釘7固定。
21） 將螺母30和調(diào)平螺釘31裝入底座。
六、總結(jié)：
這次設(shè)計(jì)是我們對(duì)大學(xué)三年所學(xué)知識(shí)的綜合練習(xí)。在設(shè)計(jì)時(shí)我們綜合運(yùn)用已學(xué)到的知識(shí)，如機(jī)械制圖、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與分析，先進(jìn)設(shè)計(jì)與制造方法等專業(yè)技術(shù)知識(shí)，利用AutoCAD等軟件，在實(shí)踐中培養(yǎng)自己的設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新能力。在這次設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了很多東西。設(shè)計(jì)過(guò)程中，我碰到了很多難題，許多以前沒(méi)有掌握的知識(shí)也在本次設(shè)計(jì)中重新掌握，同時(shí)也對(duì)新的知識(shí)有了一定的認(rèn)識(shí)，它使我明白了自己所欠缺的，以及在以后工作中要注意學(xué)習(xí)的地方。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓受益匪淺，最后要感謝各位老師的悉心指導(dǎo)。
參考資料：
1 《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社
2 《數(shù)控刀具產(chǎn)品樣本》 成都英格或其它廠家
3 《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)圖冊(cè)》
4 《機(jī)械工藝師手冊(cè)》
5 《機(jī)械制圖》 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
6 《公差與配合》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)
7 《現(xiàn)代精密儀器設(shè)計(jì)》 清華大學(xué)出版社
8 《機(jī)械工程材料》。許德珠。第二版。 北京：高等教育出版社，2001
9 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》。鄧昭銘，張瑩。第二版。 北京：高等教育出版社，2000
10 《數(shù)控技術(shù)》。中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)組編。 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001
11 有關(guān)2D、3D設(shè)計(jì)資料，如AutoCAD、ProEngineer，機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、機(jī)械制圖、公差配合與測(cè)量、數(shù)控加工方面的教材。
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