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1、成都理工大学毕业设计(论文)基于Pro/E的数控编程与加工摘要随着计算机技术的发展,数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域,伴随着数控技术的发展,各类能够进行加工编程与仿真的软件也应运而生。本文通过Pro/E(野火4.0版本)软件,运用其强大的编程建模与仿真加工的特点,在不使用真实机床的情况下,对数控加工典型的两种零件回转体类和凸模类零件进行编程与加工。从零件的工艺分析开始,到分别制造出毛培,再到进行编程中的各种设置:例如刀具各种参数的选择,机床各种参数的选择(进给量的确定、进给速度的确定、下刀深度的确定等等),退刀平面的设置,机床刀具加工路线轨迹的确定与选择,然后到铣削窗口建立,车削窗
2、口建立,最后加工路线演示以及NC检测1。从而更好地了解数控技术及其加工,与Pro/E软件的运用。关键词:数控加工 数控编程 Pro/E Pro / E-based CNC programming and processingAbstract: With the development of computer technology, digital control technology has been widely used in various fields of industrial control, along with the development of numerical cont
3、rol technology; all kinds of processing programming and simulation software have emerged.Pro/E, (Wildfire version 4.0) software, using its powerful programming modeling and simulation of machining characteristics, do not use the real machine, CNC machining two parts - the rotary class and punch clas
4、s Parts programming and processing. Parts of the process analysis, to, respectively, to create a hair training, and then programming a variety of settings: for example, the tool of choice of various parameters, machine choice of various parameters (feed rate determined, the feed rate to determine th
5、e knife depth to determine), retracting plane set, machine tool processing line trajectory to determine and select, and then to the milling window to establish turning the window is created, the final processing route demo and NC detection. To a better understanding of CNC technology and its process
6、ing, the use of Pro / E software.Keywords: CNC machining CNC programming Pro / E目录第1章 引言11.1数控技术的背景及意义11.2国内外发展现状21.3研究内容及成果3第2章Pro/ENGINEER42.1Pro/E的概况42.2Pro/E的特性42.2.1全相关性42.2.2基于特征的参数化造型52.2.3数据管理52.2.4装配管理52.2.5易于使用52.3Pro/E的功能及应用62.3.1参数化设计和特征功能62.3.2单一数据库62.3.3应用广泛6第3章Pro/E数控铣73.1工艺分析73.1.1零件
7、分析73.1.2确定定位基面73.1.3选择毛培83.1.4工艺路线83.1.5工序顺序83.2粗加工83.2.1装配参照模型83.2.2创建工件93.2.3制造设置103.2.4加工设置123.2.5进行铣削并生成NC序列133.2.6加工效果演示133.2.7 NC代码文件生成143.3精加工153.3.1加工设置153.3.2序列设置与刀具设置152.3.3加工效果演示及文件生成16第4章Pro/E车削零件加工174.1工艺分析174.1.1零件分析174.1.2确定定位基面174.1.3选择毛培184.1.4确定工艺路线184.1.5确定工序顺序184.2粗加工184.2.1新建制造1
8、84.2.2装配模型194.2.3建造工件194.2.4制造设置214.2.5创建车削窗口224.2.5刀具路线与NC代码生成244.3精加工254.3.1加工新序列254.3.2轮廓加工264.3.3 NC代码文件生成274.4加工退刀槽284.4.1加工轨迹确定284.4.2 NC序列设置294.4.3轨迹生成303.4.4 NC代码生成314.5螺纹加工314.5.1 NC序列设置314.5.2加工33结论34致谢35参考文献36附录37附录137附录237附录338附录438附录539附录639V第1章 引言1.1数控技术的背景及意义数控加工(numerical control mac
9、hining),是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。数控技术2起源于航空工业的需要,20世纪40年代后期,美国一家直升机公司提出了数控机床的初始设想,1952年美国麻省理工学院研制出三坐标数控铣床。50年代中期这种数控铣床已用于加工飞机零件。60年代,数控系统和程序编制工作日益成熟和完善,数控机床已被用于各个工业部门,但航空航天工业始终是数控机床的最大用户。一些大的航空工厂配有数百台数控机床,其中以切削机床为主。数控加工的零件有飞机和火箭的整体壁板、大梁、蒙皮、隔框、螺旋桨以及航空发动机的机匣、轴、盘、叶片的模具型腔和液体火箭发动机燃烧室的特型腔面等。数控机床发展的初期是以连续轨迹的数
10、控机床为主,连续轨迹控制又称轮廓控制,要求刀具相对于零件按规定轨迹运动。以后又大力发展点位控制数控机床。点位控制3是指刀具从某一点向另一点移动,只要最后能准确地到达目标而不管移动路线如何。数控加工技术利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制,所以零件的互换性4强,加工的速度快。同传统的加工设备相比,数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差,因此加工的效率可以得到很大的提高。由于采用了自动控制5方式,也就是说加工的全部过程是由数控系统完成,不象传统加工手段那样烦琐,操作者在数控机床工作时,只需要监视设备的运行状态,所以劳动强度很低。数控加工系统就象计算机一样,可
11、以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式,因此加工的范围可以得到很大的扩展。而且数控加工机床是机械控制、强电控制、弱电控制为一体高科技产物,对机床的运行温度、湿度及环境都有较高的要求。故此工作环境较为良好。数控技术是支持现代装备制造业的关键技术群6,直接决定制造装备的功能和性能,是信息化带动工业化7进程中装备层的关键技术,属于支持先进制造技术的重要基础技术群。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,对国计民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用。1.2国内外发展现状近年来,随着计算机技术的发展,数
12、字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域,尤其是机械制造8业中,普通机械正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控机械所代替。目前国外机械设备的数控化率已达到85%以上,而我国的机械设备的数控化率不足20%,随着我国机制行业新技术的应用,我国世界制造业加工中心地位形成,数控机床的使用、维修、维护人员在全国各工业城市都非常紧缺,再加上数控加工人员从业面非常广,可在现代制造业的模具、钟表业、五金行业、中小制造业、从事相应公司企业的电脑绘图、数控编程设计9、加工中心操作、模具设计与制造、 电火花及线切割工作的人员又非常奇缺,所以目前现有的数控技术人才无法满足制造业的需求,企业要在人才市场上寻觅合适的人
13、才显得比较困难,以至于导致模具设计、CAD/CAM10工程师、数控编程、数控加工等已成为我国各人才市场招聘频率最高的职位之一。据报载,我国高级技工正面临着“青黄不接”的严重局面,原有技工年龄已大,中年技工为数不多,青年技工尚未成熟。在制造业,能够熟练操作现代化机床的人才已成稀缺资源。 据统计,目前,我国技术工人中,高级技工占3.5%,中级工占35%,初级工占60%。而发达国家技术工人中,高级工占35%、中级工占50%、初级工占15%。这表明,我们的高级技工在未来510年内仍会有大量的人才缺口。随着产业布局、产品结构的调整,就业结构也将发生变化。企业对较高层次的第一线应用型人才的需求将明显增加。
14、 而借助国外的发展经验来看,当进入产业布局、产品结构调整时期,与产业结构高度化匹配、培养相当数量的具有高等文化水平的职业人才,成为迫切要求。而对于数控加工专业,不仅要求从业人员有过硬的实践能力,更要掌握系统而扎实的机加理论知识。因此,既有学历又有很强操作能力的数控加工人才更是成为社会较紧缺、企业最急需的人才。当前,在数控机床精密化10方面,美国的水平最高,不仅生产中小型精密机床,而且由于国防和尖端技术的需要,研究开发了大型精密机床。其代表产品有LLL实验 室研制成功的DTM一3型精密车床和LODTM大型光学金刚石车床,它们是世界公认水平最高的、达到当前技术最前沿的大型精密机床。近年来我国对超精
15、密机床的研制也一直在进行。北京机床研究所研制成功了JCS一 027型超精密车床、JCS一03型超精密铣床、JCS一035型数控超精密车床等。1.3研究内容及成果本文在PROE软件的支持下,对数控类的两种典型零件,分别是适合车削的回转体零件和适合铣削的凸模类零件进行了编程、仿真加工11。从零件的工艺分析开始,到制造出毛培,再到进行编程中的各种设置:例如刀具各种参数的选择,机床各种参数的选择,退刀平面的设置,机床刀具加工路线轨迹的确定与选择等等一些传统加工也需要的步骤都如实进行了操作。相比于传统加工的各种配置参数选择,数控加工的选择更加固定统一,再没有了传统加工模式中的依靠工人师傅经验判断的选择方
16、式,因此更加准确精密。研究发现:回转体零件在一定情况下也可以使用铣削装置进行加工,比如说在进行螺纹加工的时候,可以用铣床进行铣削螺纹的操作达到目的。可是这种方法如若是没有车铣复合机床的话,在取下零件再次进行装夹又会增加不必要的误差,所以这种情况只适用于部分场合。然而我们也可以看出,由于这种加工中心的诞生,人们可以在不换机床的情况下对原来需要几个操作人员几种工种的相互配合下才能完成的工作,现在只需要一人或几人在一台机床上就能够完成了。这种车削和铣削一体化的加工方式已经越来越被人们认可,这是未来机械加工发展的新方向12。第2章Pro/ENGINEER2.1Pro/E的概况Pro/E(Pro/Eng
17、ineer操作软件)是美国参数技术公司(Parametric Technology Corporation,简称PTC)13的重要产品。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位,并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而 得到业界的认可和推广,是现今最成功的CAD/CAM软件之一。Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念,并且采用了单一数据库来解决牲的相关性问题。另外,它采用模块化方式,用户可以根据自身的需要进行选择,而不必安装所有模 块。Pro/E的基于特征方式,能够将设计至生产全过程集成到一起,实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站,而且也可以应用到单机上。 Pro/E采用了
18、模块方式,可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等,保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。1985年,PTC公司成立于美国波士顿, 开始参数化建模软件的研究。1988年,V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展,Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件 的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER2000i2。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能,还包括对大型装配体的管 理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。2.2Pro/E的特性2.2.1全
19、相关性Pro/ENGINEER 的所有模块都是全相关14的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改,能够扩展到整个设计中,同时自动更新所有的工程文档,包括装配体、设计图纸,以及 制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改,却没有任何损失,并使并行工程成为可能,所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。2.2.2基于特征的参数化造型Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象,并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如:设计特征有弧、圆角、倒角等等,它们对工程人员来说是很熟悉的,因而易于使用。装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领
20、域独特的特征。通过给这些特征设置参数(不但包括几何尺寸,还包括非几何属性),然后修改参数很容易的进行多次设计叠代,实现产品开发。2.2.3数据管理加速投放市场,需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率,必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制,正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作,由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能,因而使之成为可能。2.2.4装配管理Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令,例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来,同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理,
21、这些装配体中零件的数量不受限制。2.2.5易于使用菜单以直观的方式联级出现,提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项,同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助,这种形式使得容易学习和使用。2.3Pro/E的功能及应用2.3.1参数化设计和特征功能Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统,工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型,如腔、壳、倒角及圆角,您可以随意勾画草图,轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。2.3.2单一数据库Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上,不象一些传统的CAD/CAM系统建立在多
22、个数据库上。所谓单一数据库,就是工程中的资料全部来自一个库,使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作,不管他是哪一个部门的。换言之,在整个设计过程的任何一处发生改动,亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如,一旦工程详图有改变,NC(数控)工具路径也会自动更新;组装工程图如有任何变动,也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合,使得一件产品的设计结合起来。这一优点,使得设计更优化,成品质量更高,产品能更好地推向市场,价格也更便宜。2.3.3应用广泛Pro/E可进行空间模拟15,建立三维实体模块后可以模拟装配,模拟运转。零部件从三维状态转化成二维平面,并生成图
23、纸,打印出来。各种复杂零件的编程,轨迹拾取及加工过程演示。第3章Pro/E数控铣图3-1零件图3.1工艺分析3.1.1零件分析如图3-1。零件底座150*150mm的正方体,本身为130*130mm的正方体,四角是4*R10mm,深10mm的非通孔,中部是半圆形状的柱体。3.1.2确定定位基面由于底座在粗加工以前已经加工好,所以,以底座为基准平面。以斜对角的两个孔位定位基准。3.1.3选择毛培加工使用方面要求均不高,故此选择45#钢。3.1.4工艺路线由于外形结构均简单,故采用先粗加工,后精加工的方法完成零件的加工。加工顺序为:夹底座粗铣端面与孔精铣轮廓与孔。3.1.5工序顺序工序1 备料工序
24、2 热处理工序3 加工底座工序4 定位粗加工端面工序5 粗加工孔工序6 精加工轮廓工序7 精加工孔3.2粗加工3.2.1装配参照模型打开Pro/E,设置好工作目录。新建名为“xixuelingjian” 的制造模型,不适用缺省模版,选择模板。如图3-2。参照模型选择以完成铣削零件(车削同样),类型为同一模型。如图3-3。图3-2装配参照模型图3-3参照模型后置选项3.2.2创建工件创建名为“xixuelingjian”的工件, 加材料包裹工件生成毛培,拉伸40mm刚好包裹。如图3-4。图3-4创建工件3.2.3制造设置设置坐标系,定向选取,F1面与F2面为基准平面。车床选择铣床,最大速度400
25、。如图3-5。图3-5坐标及机床选择选择曲面F1为退刀平面,其距离工件平面10mm。如图3-6。图3-6退刀面选择刀具直径10mm,长度默认,如图3-7。其他参数:进给量为10mm,步长深度5mm,跨度5mm,安全距离10mm,主轴速率400,如图3-8。图3-7刀具选择图3-8机床参数选择3.2.4加工设置按照加工体积块3轴刀具-参数窗口的步骤,进行加工设置。NC序列命名为铣削零件。如图3-9。图3-9NC序列选择3.2.5进行铣削并生成NC序列选择右上角的,然后选取铣削范围的窗口,也可以自己画取。接着生成NC序列。如图3-10。图3-10铣削窗口3.2.6加工效果演示完成序列后选择序列演示
26、轨迹。加工轨迹如图3-11所示。图3-11加工轨迹3.2.7 NC代码文件生成选择CL数据输出。选择NC序列,在NC列表里选择刚刚生成的铣削序列。选择文件输出,加选“MCD文件”选项。保存名字为“xixuelingjian”,选择完成。后置处理表选择p14选项。如图3-12与3-13。生成NC代码见附录1。图3-12CL数据输出选择图3-13NC代码生成3.3精加工精加工只是改变刀具,加工模式等一些细节部分,所以只列出变化部分,相同部分如粗加工3.3.1加工设置创建新的名为“xixuelingjian2”的新序列。加工设置选择精加工。如图3-14。图3-14新建精加工序列3.3.2序列设置与刀
27、具设置序列设置依然选择窗口,刀具直径为8mm,如图3-15进给速度8,主轴速率400。如图3-16。图3-15刀具设置图3-16机床参数设置2.3.3加工效果演示及文件生成生成的加工轨迹,生成的NC代码命名为“xixuelingjian2”。结果如图3-16。生成NC代码文件见附录2。加工出零件如图3-17所示。图3-16加工轨迹图3-17加工后的零件第4章Pro/E车削零件加工4.1工艺分析图4-1零件图4.1.1零件分析如图4-1。零件是长度为355mm的回转体零件,上端有螺纹,大径60mm,螺距5mm。拥有一个退刀槽。4.1.2确定定位基面拥有螺纹的右端面为定位基准面,没有螺纹的端面作为
28、夹持端。4.1.3选择毛培零件的粗糙度,精度要求都不高,所以毛培料采用45#钢即可。4.1.4确定工艺路线先对没有螺纹的一段进行简单加工,然后以此端作为夹持端进行夹持。然后行进行区域加工(即为粗加工),加工出零件的大概轮廓样子。接着进行轮廓加工(即为精加工)。最后进行螺纹的车削。4.1.5确定工序顺序工序1 备料工序2 热处理工序3 加工出被夹持端工序4 区域加工工序5 轮廓加工工序6 螺纹加工4.2粗加工4.2.1新建制造不使用缺省模版新建制造模型,如图4-2。图4-2新建制造模型4.2.2装配模型新建装配模型缺省同一模型,命名为“chexue”。如图4-3。图4-3装配模型4.2.3建造工
29、件选择旋转出实体的方法,进入草绘界面,绘制毛培。如图4-4。生成毛培效果如图4-5。图4-4毛胚制作图4-5生成的毛培4.2.4制造设置选择车床,主轴最大速度1000。如图4-6。坐标系定好,曲面F1和F2平面定位基准平面如图4-7。选择曲面F1为退刀平面,退刀平面距离工件30mm。如图4-8。图4-6机床选择图4-7坐标系建立图4-8退刀平面设置4.2.5创建车削窗口放置选择为已经定好的坐标系“ACSO”。选择好起点与终点。点击自定义车削窗口,进入草绘界面。运用创造图元,定义好区域加工的路线,如图4-9。然后选择序列,区域加工,如图4-10。设置好刀具参数如图4-11,机床参数如图4-12。
30、图4-9区域加工路线图4-10区域加工NC序列图4-11刀具参数选择图4-12机床参数选择4.2.5刀具路线与NC代码生成步骤与铣削步骤相似,不过在过程中要拾取刀具轨迹如图4-13。刀具轨迹即为上个步骤我们画出的加工路线,结果加工路线生成如图4-14。NC代码生成与铣削加工步骤相同,如图4-15。生成NC代码文件见附录3。图4-13刀具轨迹拾取项选择图4-14区域加工路线生成图4-15NC代码生成4.3精加工4.3.1加工新序列加工新序列,选择刀具参数。如图4-16。重新设置机床与刀具参数。如图4-17。此时设置主要是为了精加工的精度更高。图4-16新建精加工NC序列图4-17机床参数选择4.
31、3.2轮廓加工加工演示是选择确认减材料。加工路线依然选择粗加工的路线,如图4-18。生成轨迹路线如图4-19。图4-18将路线选择图4-19刀具加工轨迹路线4.3.3 NC代码文件生成过程与铣削,和前面的粗加工一样,这里就不再赘述。确定直接默认文件名。如图4-20。生成NC代码见附录4。图4-20CL文件输出4.4加工退刀槽4.4.1加工轨迹确定加工退刀槽依然要画出刀具姓金的路线,方法同绘制区域加工轨迹方法一致,结果如图4-21。图4-21退刀槽加工路线4.4.2 NC序列设置加工新序列,选择加工凹槽如图4-22。设置刀具参数如图4-23。机床参数如图4-24。图4-22新建加工凹槽序列图4-
32、23刀具参数选择图4-24机床参数选择4.4.3轨迹生成选择前面绘制的加工轮廓,如图4-25。拾取。生成加工轨迹如图4-26。图4-25绘制加工轮廓选项图4-26加工路线3.4.4 NC代码生成生成方法不再在这里进行赘述。最终生成文件。详见附录5。4.5螺纹加工4.5.1 NC序列设置选择加工螺纹,螺纹类型默认设置,序列设置默认,如图4-27。将刀具机床设置的参数设置好,如图4-28与4-29。需要注意的是螺纹加工单位选择好为“MMPR”选项。图4-27新建螺纹加工序列图4-28刀具参数选择图4-29机床参数选择4.5.2加工车削轮廓,在草绘界面画出加工路线如图4-30。进行加工刀具轨迹如图4
33、-31所示。加工后的零件如图4-32所示。生成的NC代码见附录6。图4-30草绘的螺纹车削路线图4-31加工轨迹图4-32加工后的零件结论通过Pro/E软件,运用其能仿真加工的特点,在不使用真正机床的情况下,对数控加工典型的两种零件回转体类和凸模类零件进行编程与加工,从而更好地了解数控技术与数控加工,和对Pro/E软件的运用。研究发现:Pro/E软件在建模和加工方面中,其建模功能无疑使很强大的。但是加工方面就欠缺了一些。它不能像国内的一些仿真软件,例如上海宇龙仿真、斯沃数控仿真那样能够进行模拟现实进行仿真。能够看见机床刀具的变化,而Pro/E对这点无能为力,虽然能进行仿真加工,但不能显示加工机
34、床,这是Pro/E的不足之处。数控加工与传统加工相比:传统的机械加工手段,在进行复杂的加工时候显得无能为力,而数控加工技术就能很好地解决这类问题。数控加工由于是由计算机控制,所以零件互换性强,加工速度快。也是自动化控制,故此减少了造成人为误差的机会,使得产品精度更高,更能满足各个方面的要求。与传统加工模式相比,劳动者只需修改参数就能得到以前需要很麻烦的步骤才能得到的效果,轻松简便,而且更加清洁少污染。另外,回转体零件在一定情况下也可以使用铣削装置进行加工,比如说在进行螺纹加工的时候,可以用铣床进行铣削螺纹的操作达到目的。可是这种方法如若是没有车铣复合机床的话,在取下零件再次进行装夹又会增加不必
35、要的误差,所以这种情况只适用于部分场合。由于这种加工中心的诞生,人们可以在不换机床的情况下对原来需要几个操作人员几种工种的相互配合下才能完成的工作,现在只需要一人或几人在一台机床上就能够完成了。这种车削和铣削一体化的加工方式已经越来越被人们认可,这是未来机械加工发展的新方向。致谢到这里,这篇设计已经完成了。在设计的过程中遇到了无数的困难和阻碍,都在同学和老师的帮助下度过了。在这里要感谢我的设计指导老师杨健老师。另外,在校图书馆查找资料的时候,图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最忠心的感谢!感谢这篇设计所涉及到的各位学者。本设计引用了数位学者的研究文
36、献,如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发,我将很难完成本篇设计的写作。感谢我的同学和朋友,在我写设计的过程中给予我了很多素材,还在设计的撰写和排版过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限,所作设计难免有不足之处,恳请各位老师和同学加以批评指正。参考文献1 张武军 徐海军. Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版数控加工实例解析M.北京:机械工业出版社,20082刘力健.数控加工编程及操作M.北京:清华大学出版社, 2007.3王茂元.机械制造技术基础M.北京:机械工业出版社, 2005.4张柱银.数控原理与数控机床M.北京: 化学工业出版社, 2003.5王先逵机械加工工
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