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1、 南昌航空大學(xué)數(shù)控加工工藝與編程課程設(shè)計說明書 學(xué) 院:航空制造工程學(xué)院專 業(yè):機械設(shè)計制造及其自動化課程名稱:數(shù)控加工工藝與編程課程設(shè)計學(xué) 生 姓 名:王瑞祥學(xué) 號:12031335設(shè)計題目:復(fù)雜階梯軸的數(shù)控加工工藝與編程設(shè)計起 迄 日 期:2015年11月9日11月13日指 導(dǎo) 教 師:于斐上交資料要求:1、電子文檔:零件的模型與工程圖文檔、 NC文件、設(shè)計說明書word稿等2、設(shè)計說明書紙質(zhì)打印稿等(與電子檔相同)課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書1設(shè)計目的:本課程設(shè)計是CAM 技術(shù)與應(yīng)用課程配套的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié),要求學(xué)生 在學(xué)完該課程后,結(jié)合前期所學(xué)相關(guān)知識,通過查閱資料、設(shè)計某中等復(fù)雜程度
2、零件的機械加工工藝過程,并重點熟悉其中數(shù)控加工自動編程與應(yīng)用的內(nèi)容。通 過設(shè)計使學(xué)生掌握零件的建模、工程圖與數(shù)控編程的設(shè)計方法,并撰寫設(shè)計說明 書,達到一次綜合數(shù)控加工工藝與編程的訓(xùn)練目的。2設(shè)計內(nèi)容與要求(包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、設(shè)計要求等):2.1 原始數(shù)據(jù):教師指定或?qū)W生自行設(shè)計一個中等復(fù)雜程度的含有數(shù)控加工要求 的零件(零件結(jié)構(gòu)要求包含 UG 中不少于兩種不同類別的加工方式:即零件 結(jié)構(gòu)中包含普通加工機床不便或不能加工的幾何結(jié)構(gòu)特征,并至少用到 UG 中的平面銑、型腔銑、固定軸輪廓銑、孔或孔系加工、車削加工中的兩種加 工方法),并完成其三維建模與工程圖設(shè)計工作。2.2 技術(shù)要求:數(shù)控加
3、工的內(nèi)容是基于三軸數(shù)控銑床或加工中心或二軸數(shù)控車床 加工為主,按照單件小批量生產(chǎn)綱領(lǐng),默認為典型材料 45 鋼(允許指定其他 材料)。2.3 設(shè)計要求:設(shè)計要求完成以下工作:1)零件三維建模與工程圖設(shè)計。2)零件的加工工藝過程設(shè)計。(允許在設(shè)計說明數(shù)中完成)3)基于 UG 的數(shù)控加工編程設(shè)計(包括:工件坐標系與毛坯的設(shè)定,刀具的 設(shè)定,加工方法的設(shè)定(粗、半精和精加工等),編程過程中的相關(guān)參數(shù)設(shè)定,生 成數(shù)控加工軌跡并分析,加工模擬的仿真,后處理生成 N 加工代碼。)4)撰寫設(shè)計說明書。(設(shè)計說明書要求采用圖文并茂的方式描述設(shè)計過程、 相關(guān)參數(shù)的設(shè)定分析與選值說明,刀路軌跡和比較、分析與說明,
4、NC 代碼的必 要說明等)3成績評定:成績:指導(dǎo)教師簽名:評語:摘 要數(shù)控技術(shù)又稱計算機數(shù)控技術(shù),目前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的控制功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置,使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn),均可通過計算機軟件來完成。此次設(shè)計主要是介紹運用數(shù)控機床來加工軸類零件的整個工藝過程及其工藝分析,即從毛坯到所加工零件這一過程中的工藝及其相應(yīng)的工藝分析,故此設(shè)計便以這一過程而展開設(shè)計,從而完成此次設(shè)計任務(wù)。本課程設(shè)計是CAM 技術(shù)與應(yīng)用課程配套的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié),要求學(xué)生 在學(xué)完該課程后
5、,結(jié)合前期所學(xué)相關(guān)知識,通過查閱資料、設(shè)計某中等復(fù)雜程度 零件的機械加工工藝過程,并重點熟悉其中數(shù)控加工自動編程與應(yīng)用的內(nèi)容。通 過設(shè)計使學(xué)生掌握零件的建模、工程圖與數(shù)控編程的設(shè)計方法,并撰寫設(shè)計說明 書,達到一次綜合數(shù)控加工工藝與編程的訓(xùn)練目的。當然,由于能力有限,設(shè)計當中可能有不足之處,希望老師給予批評指正。關(guān)鍵詞:數(shù)控技術(shù) ;工藝分析。目 錄1 緒論51.1.1 數(shù)控技術(shù)的概念51.1.2 數(shù)控技術(shù)的基本理論52 零件的工藝分析及規(guī)程62.1 零件的用途62.2 零件的結(jié)構(gòu)形狀62.3 零件的表面粗糙度72.4 零件的尺寸精度72.5 工藝規(guī)程的定義82.6 加工工序的劃分82.6.1
6、首先 ,先明確一下加工工序劃分的原則82.6.2 具體加工工序劃分如下83 毛坯的選擇93.1 毛坯材料的選擇93.1.2 選擇毛坯材料的基本過程93.1.3 毛坯材料的選擇結(jié)果103.2 毛坯形狀及尺寸的確定104裝夾方式和定位基準的選擇114.1 裝夾方式的選擇114.2 定位基準的選擇115切削參數(shù)的確定126零件三維建模137數(shù)控加工仿真14結(jié) 論14參考文獻:15附 錄 16緒論1.1.1 數(shù)控技術(shù)的概念數(shù)控(英文名字:Numerical Control 簡稱:NC)技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。也可以說成是數(shù)控技術(shù)是用數(shù)字信息對機械
7、運動和工作過程進行控制的技術(shù)。數(shù)控一般是采用通用或?qū)S糜嬎銠C實現(xiàn)數(shù)字程序控制,因此數(shù)控也稱為計算機數(shù)控(Computer Numerical Control ),簡稱CNC,國外一般都稱為CNC。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。1.1.2 數(shù)控技術(shù)的基本理論 數(shù)控機床是按照事先編制好的加工程序,自動地對被加工零件進行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運動軌跡、位移量、切削參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進給量、背吃刀量等)以及輔助功能(換刀、主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、切削液開、關(guān)等),按照數(shù)控機床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單,再把這程序單中的內(nèi)容記錄在控制
8、介質(zhì)上(如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、磁泡存儲器),然后輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中,從而指揮機床加工零件。2 零件的工藝分析及規(guī)程2.1 零件的用途圖中所設(shè)計的零件為一復(fù)雜的軸類零件,而軸類零件又是機器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它主要用來連接和支承傳動零部件,傳遞扭矩和承受載荷,圖示的零件也不例外。軸類零件是旋轉(zhuǎn)體零件,其長度大于直徑,一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內(nèi)孔和螺紋及相應(yīng)的端面所組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀的不同,軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等,圖示零件則為階梯軸。所以,圖中所示零件的用途是連接其它配合件,起的作用是支承其它傳動零部件,傳遞扭矩和承受載荷,可用于汽車、機械等行業(yè)。2.2
9、 零件的結(jié)構(gòu)形狀如圖2.1所示,此零件為結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的不規(guī)則軸類零件,且右端最小,左端次之,中間最大,包含著曲面、內(nèi)孔、螺紋及槽等一些較難加工的部分。零件的右端是一個半球面,其左邊是一個螺紋臺階,再接著是一個槽。零件的左端含有一內(nèi)孔,且內(nèi)孔外沿倒有圓角。左端的第一個臺階上含有一個內(nèi)凹圓弧面。整體上說,此零件由左向右呈中、大、小結(jié)構(gòu)分布。2.3 零件的表面粗糙度 定義:表面粗糙度是指加工表面具有的較小間距和微小峰谷不平度。其兩波峰或兩波谷之間的距離(波距)很?。ㄔ?mm以下),用肉眼是難以區(qū)別的,因此它屬于微觀幾何形狀誤差。表面粗糙度越小,則表面越光滑。表面粗糙度的大小,對機械零件的使用性能有很
10、大的影響,因此,要在滿足零件表面功能的前提下,合理選用表面粗糙度參數(shù)。 由零件圖所示可知,所示零件的表面粗糙度大部分需要控制在以內(nèi),即輪廓的算術(shù)平均偏差Ra的上限值為1.6m。除了零件右端的半球面、螺紋及槽等要控制在以外,其余的部分都要控制在以內(nèi)。2.4 零件的尺寸精度由圖可知,此零件的總長是88mm,最大直徑是,即Æ=4241.961mm;左端最大直徑是,即Æ=3635.961mm;孔的長為,即Æ=20.1020mm;直徑為,即Æ=24.03624mm。由以上幾個尺寸可以得知此零件有幾處的尺寸精度要求是相當高的,這也給此零件的加工帶來了一定的難度,這就
11、需要加工者選擇合適的加工方法和熟練的加工技巧等。2.5 工藝規(guī)程的定義機械加工工藝規(guī)程簡稱工藝規(guī)程,是規(guī)定零件加工工藝過程和操作方法等的工藝文件。它是在具體的生產(chǎn)條件下,將最合理或較合理的工藝過程和操作方法,按規(guī)定的形式制成工藝文本,經(jīng)審批后用來指導(dǎo)生產(chǎn)并嚴格貫徹執(zhí)行的指導(dǎo)性文件。一般包括以下內(nèi)容:工件加工工藝路線及所經(jīng)過的車間和工段;各個工序的內(nèi)容及采用的機床和工藝裝備;工件的檢驗項目及檢驗方法;切削用量;工時定額及工人的技術(shù)等級等。2.6 加工工序的劃分2.6.1 首先 ,先明確一下加工工序劃分的原則 按工序集中劃分工序的原則;按粗,精加工劃分工序的原則;按刀具劃分工序的原則;按加工部位劃
12、分工序的原則。2.6.2 具體加工工序劃分如下1、 先加工零件的右端;2、 切端面;3、 粗車外圓;4、 精車外圓;5、 切槽;6、 車螺紋;7、 再掉頭加工零件的左端,切端面;8、 用麻花鉆鉆孔;9、 粗車外圓;10、 精車外圓;11、 鉆孔;12、 鏜孔;13、 檢驗。3 毛坯的選擇 零件是由毛坯按照其技術(shù)要求經(jīng)過各種加工而最后形成的。毛坯種類的選擇不僅影響毛坯的制造技術(shù)及費用,而且也與零件的機械加工技術(shù)和加工質(zhì)量密切相關(guān)。為此需要毛坯制造和機械加工兩方面的技術(shù)人員密切配合,合理地確定毛坯的材料、結(jié)構(gòu)形狀及尺寸。3.1 毛坯材料的選擇3.1.1 材料選擇的一般標準如下材料的力學(xué)性能。根據(jù)零
13、件的工作條件、損壞(或失效)形式,選擇滿足力學(xué)性能的材料。材料的工藝性能。對零件加工生產(chǎn)有直接的影響,甚至是決定性的。材料的經(jīng)濟性。主要是價格比。3.1.2 選擇毛坯材料的基本過程 首先得從毛坯材料的服役條件開始,通過對失效形式的分析從而完成材料的預(yù)選,然而失效形式的分析又得從材料的力學(xué)性能、工藝性能和經(jīng)濟性著手。完成材料的預(yù)選過后就需設(shè)計計算,強度校核,主要是從材料的耐用性、結(jié)構(gòu)尺寸的合理性及材料的變形和抗斷裂能力三個方面考慮,進而最終選定毛坯材料。3.1.3 毛坯材料的選擇結(jié)果綜合上考慮,加工此零件所選用的毛坯材料為45號鋼,因為45號鋼為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)用鋼 ,硬度不高,易切削加工,常用來做
14、模板、連桿、螺栓、齒輪及軸類等,且需進行熱處理(推薦熱處理溫度:正火850°C,淬火840°C,回火600°C)。3.2 毛坯形狀及尺寸的確定 毛坯是根據(jù)零件所要求的形狀、力學(xué)性能及工藝尺寸等而制成的供進一步加工用的生產(chǎn)對象。此次設(shè)計根據(jù)工件材料、零件形狀、力學(xué)性能及工藝尺寸等特性的要求,應(yīng)當選擇的毛坯材料為50mm的45號鋼,并要盡量使各個回轉(zhuǎn)表面上的余量分布均勻。由于零件圖樣尺寸為88mm×42mm,所以,為了使毛坯盡量的最小化,毛坯材料應(yīng)當選擇尺寸為120mm×50mm的棒狀材料。綜上所述,此次設(shè)計的零件毛坯材料應(yīng)當是尺寸為120mm
15、215;50mm的棒狀45號鋼,且需進行過熱處理。(如圖3.1) 圖3.1 4 裝夾方式和定位基準的選擇 工件的裝夾和定位不僅影響零件的加工質(zhì)量,而且對生產(chǎn)率、加工成本及操作安全都有直接的影響。所以,選擇正確的裝夾方式和定位基準是很有必要的。4.1 裝夾方式的選擇定位和夾緊的整個過程合起來稱為裝夾。選擇合適的裝夾方式是保證精度的前提。常用的裝夾方式有懸臂支撐方式、兩端支撐方式、橋式支撐法、專用夾具裝夾法。對一般無特殊要求的零件,我們力求裝夾方便,通常會選用兩端支撐方式或橋式支撐法,可以克服由于懸臂支撐方式引起的工件變形。當要求批量生產(chǎn)時,為保證精度,提高效率,通??蛇x擇專用夾具裝夾法。另外還應(yīng)
16、注意的是,裝夾時工件基準面應(yīng)清潔,無毛刺。經(jīng)過熱處理的工件一定要清除熱處理留下的渣物及氧化皮。此次設(shè)計所選用的裝夾方式是懸臂支撐方式,即采用三爪卡盤直接裝夾,因為裝夾工件方便,省時省力,且工件安裝后一般不需要校正,適用于裝夾外形規(guī)則的中小型零件。4.2 定位基準的選擇在制定零件加工的工藝規(guī)程時,正確地選擇工件的定位基準有著十分重要的意義。定位基準選擇的好壞,不僅影響零件加工的位置精度,而且對零件各表面的加工順序也有很大的影響。基準,指零件上用來確定其它點、線、面所依據(jù)的點、線、面。定位基準的選擇分為粗基準和精基準。粗基準為用未加工過的表面所作的定位基準。精基準為用已加工過的表面所作的定位基準。
17、選擇粗基準時,主要考慮的問題是如何使各道工序均有足夠的加工余量以及工件安裝的穩(wěn)定性。選擇精基準時,主要考慮的問題是如何保證零件的加工精度以及安裝可靠。此次設(shè)計所選用的是以工件的中心孔定位,因為軸類零件各外圓表面、螺紋表面的同軸度及端面對軸線的垂直度是相互位置精度的主要項目,而這些表面的設(shè)計基準一般都是軸的中心線,采用兩中心孔定位就能符合基準重合原則。而且由于多數(shù)工序都采用中心孔作為定位基面,能最大限度地加工出多個外圓和端面,這也符合基準統(tǒng)一原則。 5 切削參數(shù)的確定 在切削加工中,切削速度、切削深度、進給量等切削參數(shù)的合理選擇對于保證加工質(zhì)量、降低加工成本、提高生產(chǎn)效率具有重要意義。在機床、刀
18、具、工件等工藝條件一定的情況下,切削參數(shù)的選擇具有一定的靈活性和能動性,如切削參數(shù)選擇適當,則可最大限度地發(fā)揮生產(chǎn)潛力。 5.1 切削用量的確定 切削用量是切削時各運動參數(shù)的總稱,包括切削速度、進給量和背吃刀量(切削深度)。合理選擇切削用量對于發(fā)揮數(shù)控機床的最佳效益有著至關(guān)重要的關(guān)系。選擇切削用量的原則是:粗加工時,一般以提高生產(chǎn)率為主,但也應(yīng)考慮經(jīng)濟性和加工成本;半精加工和精加工時,應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下,兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床說明書、刀具說明書、切削用量手冊,并結(jié)合經(jīng)驗而定。 本設(shè)計的所選擇的切削用量是:切削速度vc=50100mm/min,進給量f=0.10
19、.2mm/r,背吃刀量ap=1.5mm。5.2 加工余量的確定加工余量是指加工過程中在工件表面所切去的金屬層厚度。余量有總加工余量和工序余量之分。由毛坯轉(zhuǎn)變?yōu)榱慵倪^程中,在某加工表面上切除金屬層的總厚度,稱為該表面的總加工余量(亦稱毛坯余量);一般情況下,總加工余量并非一次切除,而是分在各工序中逐漸切除,故每道工序所切除的金屬層厚度稱為該工序加工余量(簡稱工序余量)。工序余量是相鄰兩工序的工序尺寸之差,毛坯余量是毛坯尺寸與零件圖樣的設(shè)計尺寸之差。確定加工余量的方法如下。計算法采用計算法確定加工余量比較準確,但需掌握必要的統(tǒng)計資料和具備一定的測量手段。查表法利用各種手冊所給的表格數(shù)據(jù),再結(jié)合實
20、際加工情況進行必要的修正,以確定加工余量。此法方便、迅速,生產(chǎn)上應(yīng)用較多。經(jīng)驗法由一些有經(jīng)驗的工程技術(shù)人員或工人根據(jù)現(xiàn)場條件和實際經(jīng)驗確定加工余量。此法多用于單件小批生產(chǎn)。采用經(jīng)驗法可得此次設(shè)計中精加工余量為0.3mm。5.3 走刀路線的確定走刀路線就是刀具在整個加工工序中的運動軌跡,它不但包括了工步的內(nèi)容,也反映出工步順序。走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一。確定走刀路線時應(yīng)注意以下幾點:尋求最短加工路線,減少空刀時間以提高加工效率;為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求,最終輪廓一次走刀完成;選擇切入切出方向;選擇使工件在加工后變形小的路線。確定本次設(shè)計零件加工走刀路線為:先用G71加工出零件左端
21、外輪廓;再用G01和G02鏜出零件左端的內(nèi)孔;接著用G71加工出零件右端外輪廓;再接著用G01切出零件上的槽;最后用G92加工出零件右端的螺紋。 6 階梯軸零件三維建模和工程圖繪制(見附錄1)7 數(shù)控加工仿真及程序設(shè)計7.1 前端外輪廓粗車(具體步驟見附錄2)7.2 后端外輪廓粗車(具體步驟見附錄2)7.3 切槽以及倒角圓角粗車7.4 車后端內(nèi)孔7.5 外輪廓精車7.6 鉆孔及鏜孔(具體步驟見附錄2)結(jié) 論隨著大學(xué)畢業(yè)的臨近,學(xué)期也接近了尾聲,經(jīng)過一周周的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計終于快完成了。在沒有做課程設(shè)計以前,我覺得課程設(shè)計只是對這三年來所學(xué)知識的單純總結(jié),但是通過這次做課程設(shè)計,我發(fā)現(xiàn)自己的看法
22、有點太片面了。課程設(shè)計不僅是對我前面所學(xué)知識的一種檢驗,也是對自己能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計使我明白了,原來自己所學(xué)的知識還比較欠缺。課程設(shè)計是我們專業(yè)課程數(shù)控和加工知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練,是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程。通過這次課程設(shè)計使我深深體會到了“千里之行始于足下”這句千古名言的真正含義。參考文獻:1 王麗潔,數(shù)控加工工藝與設(shè)備.清華大學(xué)出版社.1995.20-322 沈建峰,數(shù)控編程200例.中國電力出版社.2005.102-1053 梁旭坤,焦建雄.機械制造基礎(chǔ).中南大學(xué)出版社.2006.77-884 魏康民,機械加工技術(shù).西安電子科技大學(xué)出版社.1999.
23、99-1025 徐宏海,數(shù)控加工工藝.化學(xué)工業(yè)出版社.2007.222-2336 陳為國,數(shù)控加工編程技術(shù).機械工業(yè)出版社.2010.50-607 趙玉剛,數(shù)控技術(shù).機械工業(yè)出版社.2009.80-90 附錄 1 階梯軸三維建模截圖 階梯軸零件工程圖截圖附錄2一、外輪廓粗車仿真1、打開模型文件進入加工環(huán)境2、創(chuàng)建機床坐標系3、創(chuàng)建部件幾何體(選取整個部件)4、指定部件邊界5、創(chuàng)建毛坯幾何體6、選擇毛坯放置位置7、創(chuàng)建刀具8、設(shè)置刀具參數(shù)9、指定車加工工作橫截面10、創(chuàng)建車削工序 11、 顯示切削區(qū)域12、設(shè)置切削參數(shù)13、設(shè)置非切削參數(shù)14、生成刀軌并確認15、完成3D動態(tài)仿真2、 同理同樣的
24、方法完成后端的外輪廓粗車(為節(jié)約紙張省略過程),直接給出數(shù)控加工仿真結(jié)果(刀軌如圖所示)。 3、 鉆孔數(shù)控加工仿真過程 1、 更改CAM加工環(huán)境,改為鉆孔加工。2、創(chuàng)建機床坐標系3、設(shè)置安全平面4、創(chuàng)建部件幾何體5、創(chuàng)建毛坯幾何體6、創(chuàng)建刀具7、設(shè)置刀具參數(shù)8、創(chuàng)建鉆孔工序9、指定鉆孔點10、指定頂面11、指定底面12、設(shè)置循環(huán)控制參數(shù)13、設(shè)置進給率和速度參數(shù)14、生成刀軌 15、確認刀軌并3D動態(tài)仿真 附錄3 NC代碼1、 鉆孔 %N0010 G40 G17 G90 G70N0020 G91 G28 Z0.0:0030 T00 M06N0040 G0 G90 X-.4331 Y.7501
25、S500 M03N0050 G43 Z.2362 H00N0060 G81 X-.4331 Y.7501 Z-.9449 R-.8268 F2.N0070 X-.8661 Y0.0N0080 G81 X-.4331 Y.7501 Z-1.443 R-.8268N0090 X-.8661 Y0.0N0100 X-.4331 Y-.7501N0110 X.4331N0120 X.8661 Y0.0N0130 X.4331 Y.7501N0140 G80N0150 G0 Z.2362N0160 M02%2、 外輪廓粗車%00002N0G50X110.0Z20.0;
26、 /*設(shè)置工件原點在右端面(相當于G92)N2G30U0W0; /*直接回第二參考點 N4G50S1200T0101M08; /*限制最高主軸轉(zhuǎn)速為1500rmin,調(diào)01號刀具 N6G96S200M03;
27、0; /*設(shè)定恒切削速度為200mm/min N8G00X63.4Z3.0; /*快速走到外圓粗車始點(63.4,3.0) N10G01X75.4Z-2.86F0.3; /以進給率0.3mm/r粗車倒角 N12Z-34.8;
28、160; /*粗車第一段外圓面 N14X77.0; /*粗車R4mm處臺階端面 N16G03X85.4Z-39.0R4.2; /*粗車R4n加圓角 N18z-54.8;
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