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文檔簡介
1、項(xiàng)目一 數(shù)控編程基礎(chǔ)1.1任務(wù)目標(biāo)與導(dǎo)入1任務(wù)目標(biāo)了解數(shù)控編程的基本知識,掌握程序文件命名的格式,掌握絕對編程與相對編程的方法,了解直徑編程與半徑編程的基本方法,掌握數(shù)控車床加工零件的操作方法。2任務(wù)導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床所使用數(shù)控系統(tǒng)很多,數(shù)控程序的編制要符合數(shù)控系統(tǒng)的編程規(guī)則,編程人員要編制出滿足現(xiàn)場加工要求的數(shù)控程序,需要熟悉諸多專業(yè)知識,這包括編程及操作、工藝、夾具、刀具、機(jī)床等。本書將面向教學(xué)需求,以華中世紀(jì)星、廣州數(shù)控98T系統(tǒng)為例介紹數(shù)控編程的基礎(chǔ)知識。1.2數(shù)控編程基本知識1.2.1數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)零件程序是由數(shù)控裝置專用編程語言書寫的一系列指令組成的(應(yīng)用得最廣泛的是ISO碼:國際標(biāo)準(zhǔn)化組
2、織規(guī)定的代碼)。數(shù)控裝置將零件程序轉(zhuǎn)化為對機(jī)床的控制動(dòng)作。1機(jī)床坐標(biāo)軸為簡化編程和保證程序的通用性,對數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸和方向命名制訂了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),規(guī)定直線進(jìn)給坐標(biāo)軸用X,Y,Z表示,常稱基本坐標(biāo)軸。X,Y,Z坐標(biāo)軸的相互關(guān)系用右手定則決定,如圖1-1所示,圖中大姆指的指向?yàn)閄軸的正方向,食指指向?yàn)閅軸的正方向,中指指向?yàn)閆軸的正方向。圍繞X,Y,Z軸旋轉(zhuǎn)的圓周進(jìn)給坐標(biāo)軸分別用A,B,C表示,根據(jù)右手螺旋定則,如圖1-1所示,以大姆指指向+X,+Y,+Z方向,則食指、中指等的指向是圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的+A,+B,+C方向。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),有的由主軸帶動(dòng)刀具運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn),有的由工作臺帶著工件運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)
3、。上述坐標(biāo)軸正方向,是假定工件不動(dòng),刀具相對于工件做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方向。如果是工件移動(dòng)則用加“”的字母表示,按相對運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,工件運(yùn)動(dòng)的正方向恰好與刀具運(yùn)動(dòng)的正方向相反,即有:+X =-X, +Y =-Y, +Z =-Z,+A =-A, +B =-B, +C =-C同樣兩者運(yùn)動(dòng)的負(fù)方向也彼此相反。機(jī)床坐標(biāo)軸的方向取決于機(jī)床的類型和各組成部分的布局,對車床而言:Z軸與主軸軸線重合,沿著Z軸正方向移動(dòng)將增大零件和刀具間的距離;X軸垂直于Z軸,對應(yīng)于轉(zhuǎn)塔刀架的徑向移動(dòng),沿著X軸正方向移動(dòng)將增大零件和刀具間的距離;Y軸(通常是虛設(shè)的)與X軸和Z軸一起構(gòu)成遵循右手定則的坐標(biāo)系統(tǒng)。注:本書針對數(shù)控車床進(jìn)行說明
4、,其為X、Z兩軸聯(lián)動(dòng),其中實(shí)例圖形中坐標(biāo)系情況如下:刀架前置,其坐標(biāo)系為:X軸向上為正,Z軸向右為正;刀架后置,其坐標(biāo)系為:X軸向下為正,Z軸向右為正。兩種刀架方向的機(jī)床,其程序及相應(yīng)設(shè)置相同。2機(jī)床坐標(biāo)系、機(jī)床零點(diǎn)和機(jī)床參考點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床固有的坐標(biāo)系,機(jī)床坐標(biāo)系的原點(diǎn)稱為機(jī)床原點(diǎn)或機(jī)床零點(diǎn)。在機(jī)床經(jīng)過設(shè)計(jì)、制造和調(diào)整后,這個(gè)原點(diǎn)便被確定下來,它是固定的點(diǎn)。數(shù)控裝置上電時(shí)并不知道機(jī)床零點(diǎn),為了正確地在機(jī)床工作時(shí)建立機(jī)床坐標(biāo)系,通常在每個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)置一個(gè)機(jī)床參考點(diǎn)(測量起點(diǎn)),機(jī)床起動(dòng)時(shí),通常要進(jìn)行機(jī)動(dòng)或手動(dòng)回參考點(diǎn),以建立機(jī)床坐標(biāo)系。機(jī)床參考點(diǎn)可以與機(jī)床零點(diǎn)重合,也可以不重合,通
5、過參數(shù)指定機(jī)床參考點(diǎn)到機(jī)床零點(diǎn)的距離。機(jī)床回到了參考點(diǎn)位置,也就知道了該坐標(biāo)軸的零點(diǎn)位置,找到所有坐標(biāo)軸的參考點(diǎn),CNC就建立起了機(jī)床坐標(biāo)系。機(jī)床坐標(biāo)軸的機(jī)械行程是由最大和最小限位開關(guān)來限定的。機(jī)床坐標(biāo)軸的有效行程范圍是由軟件限位來界定的,其值由制造商定義。機(jī)床零點(diǎn)(OM)、機(jī)床參考點(diǎn)(Om)、機(jī)床坐標(biāo)軸的機(jī)械行程及有效行程的關(guān)系如圖1-3所示。數(shù)控車床的機(jī)床原點(diǎn):一般設(shè)在卡盤端面與主軸中心線的交點(diǎn)處。數(shù)控車床機(jī)床參考點(diǎn): 離機(jī)床原點(diǎn)最遠(yuǎn)的極限點(diǎn)。 3工件坐標(biāo)系、程序原點(diǎn)和對刀點(diǎn)工件坐標(biāo)系是編程人員在編程時(shí)使用的,編程人員選擇工件上的某一已知點(diǎn)為原點(diǎn)(也稱程序原點(diǎn)),建立一個(gè)新的坐標(biāo)系,稱為工
6、件坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系一旦建立便一直有效,直到被新的工件坐標(biāo)系所取代。工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)選擇要盡量滿足編程簡單,尺寸換算少,引起的加工誤差小等條件。一般情況下,程序原點(diǎn)應(yīng)選在尺寸標(biāo)注的基準(zhǔn)或定位基準(zhǔn)上。對車床編程而言,工件坐標(biāo)系原點(diǎn)一般選在,工件軸線與工件的前端面、后端面、卡爪前端面的交點(diǎn)上。對刀點(diǎn)是零件程序加工的起始點(diǎn),對刀的目的是確定程序原點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置,對刀點(diǎn)可與程序原點(diǎn)重合,也可在任何便于對刀之處,但該點(diǎn)與程序原點(diǎn)之間必須有確定的坐標(biāo)聯(lián)系。可以通過CNC將相對于程序原點(diǎn)的任意點(diǎn)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為相對于機(jī)床零點(diǎn)的坐標(biāo)。加工開始時(shí)要設(shè)置工件坐標(biāo)系,用G92指令可建立工件坐標(biāo)系;用G54G59
7、及刀具指令可選擇工件坐標(biāo)系。4零件程序的結(jié)構(gòu)一個(gè)零件程序是一組被傳送到數(shù)控裝置中去的指令和數(shù)據(jù)。一個(gè)零件程序是由遵循一定結(jié)構(gòu)、句法和格式規(guī)則的若干個(gè)程序段組成的,而每個(gè)程序段是由若干個(gè)指令字組成的。如圖1-4所示。 圖1-4 程序結(jié)構(gòu)5指令字的格式一個(gè)指令字是由地址符(指令字符)和帶符號(如定義尺寸的字)或不帶符號(如準(zhǔn)備功能字G代碼)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)組成的。程序段中不同的指令字符及其后續(xù)數(shù)值確定了每個(gè)指令字的含義。在數(shù)控程序段中包含的主要指令字符如表1-1所示。 機(jī)能地 址意 義零件程序號%程序編號:%1 程序段號N程序段編號:N0 準(zhǔn)備機(jī)能G指令動(dòng)作方式(直線、圓弧等) G00-99尺寸字X,Y
8、,ZA,B,CU,V,W坐標(biāo)軸的移動(dòng)命令99999.999R圓弧的半徑,固定循環(huán)的參數(shù)I,J,K圓心相對于起點(diǎn)的坐標(biāo),固定循環(huán)的參數(shù)進(jìn)給速度F進(jìn)給速度的指定 F024000主軸機(jī)能S主軸旋轉(zhuǎn)速度的指定 S09999刀具機(jī)能T刀具編號的指定 T099輔助機(jī)能M機(jī)床側(cè)開/關(guān)控制的指定 M099補(bǔ)償號D刀具半徑補(bǔ)償號的指定 0099暫停P,X暫停時(shí)間的指定 秒程序號的指定P子程序號的指定 P1 重復(fù)次數(shù)L子程序的重復(fù)次數(shù),固定循環(huán)的重復(fù)次數(shù)參數(shù)P,Q,R,U,W,I,K,C,A車削復(fù)合循環(huán)參數(shù)倒角控制C,R6程序段的格式一個(gè)程序段定義一個(gè)將由數(shù)控裝置執(zhí)行的指令行。程序段的格式定義了每個(gè)程序段中功能字
9、的句法,如圖1-5所示。7. 程序的一般結(jié)構(gòu)一個(gè)零件程序必須包括起始符和結(jié)束符。一個(gè)零件程序是按程序段的輸入順序執(zhí)行的,而不是按程序段號的順序執(zhí)行的,但書寫程序時(shí),建議按升序書寫程序段號。華中世紀(jì)星數(shù)控裝置HNC-21T的程序結(jié)構(gòu):程序起始符:%(或O)符,%(或O)后跟程序號;程序結(jié)束:M02或M30;注釋符:括號( )內(nèi)或分號;后的內(nèi)容為注釋文字;8程序的文件名CNC裝置可以裝入許多程序文件,以磁盤文件的方式讀寫。文件名格式為(有別于DOS的其他文件名):O(地址O后面必須有四位數(shù)字或字母)本系統(tǒng)通過調(diào)用文件名來調(diào)用程序,進(jìn)行加工或編輯。 1.2.2輔助功能M代碼輔助功能由地址字M和其后的
10、一或兩位數(shù)字組成,主要用于控制零件程序的走向,以及機(jī)床各種輔助功能的開關(guān)動(dòng)作。M功能有非模態(tài)M功能和模態(tài)M功能二種形式。非模態(tài)M功能(當(dāng)段有效代碼):只在書寫了該代碼的程序段中有效;模態(tài)M功能(續(xù)效代碼):一組可相互注銷的M功能,這些功能在被同一組的另一個(gè)功能注銷前一直有效。模態(tài)M功能組中包含一個(gè)缺省功能(見表1-2),系統(tǒng)上電時(shí)將被初始化為該功能。另外,M功能還可分為前作用M功能和后作用M功能二類。前作用M功能:在程序段編制的軸運(yùn)動(dòng)之前執(zhí)行;后作用M功能:在程序段編制的軸運(yùn)動(dòng)之后執(zhí)行。華中世紀(jì)星HNC-21T數(shù)控裝置M指令功能如表1-2所示(標(biāo)記 者為缺省值):代 碼模態(tài)功 能 說 明代 碼
11、模態(tài)功 能 說 明M00非模態(tài)程序停止M03模態(tài)主軸正轉(zhuǎn)起動(dòng)M02非模態(tài)程序結(jié)束M04模態(tài)主軸反轉(zhuǎn)起動(dòng)M30非模態(tài)程序結(jié)束并返回程序起點(diǎn)M05模態(tài)主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)M07模態(tài)切削液打開M98非模態(tài)調(diào)用子程序M08模態(tài)切削液打開M99非模態(tài)子程序結(jié)束M09模態(tài)切削液停止表1-2 M代碼及功能 其中:M00、M02、M30、M98、M99用于控制零件程序的走向,是CNC內(nèi)定的輔助功能,不由機(jī)床制造商設(shè)計(jì)決定,也就是說,與PLC程序無關(guān);其余M代碼用于機(jī)床各種輔助功能的開關(guān)動(dòng)作,其功能不由CNC內(nèi)定,而是由PLC程序指定,所以有可能因機(jī)床制造廠不同而有差異(表內(nèi)為標(biāo)準(zhǔn)PLC指定的功能),請使用者參考機(jī)床說
12、明書。(1)程序暫停M00當(dāng)CNC執(zhí)行到M00指令時(shí),將暫停執(zhí)行當(dāng)前程序,以方便操作者進(jìn)行刀具和工件的尺寸測量、工件調(diào)頭、手動(dòng)變速等操作。暫停時(shí),機(jī)床的進(jìn)給停止,而全部現(xiàn)存的模態(tài)信息保持不變,欲繼續(xù)執(zhí)行后續(xù)程序,重按操作面板上的“循環(huán)啟動(dòng)”鍵。M00為非模態(tài)后作用M功能。(2)程序結(jié)束M02M02一般放在主程序的最后一個(gè)程序段中。當(dāng)CNC執(zhí)行到M02指令時(shí),機(jī)床的主軸、進(jìn)給、冷卻液全部停止,加工結(jié)束。使用M02的程序結(jié)束后,若要重新執(zhí)行該程序,就得重新調(diào)用該程序,或在自動(dòng)加工子菜單下按子菜單F4鍵(請參考HNC-21T操作說明書),然后再按操作面板上的“循環(huán)啟動(dòng)”鍵。M02為非模態(tài)后作用M功能
13、。(3)程序結(jié)束并返回到零件程序頭M30M30和M02功能基本相同,只是M30指令還兼有控制返回到零件程序頭(%)的作用。使用M30的程序結(jié)束后,若要重新執(zhí)行該程序,只需再次按操作面板上的“循環(huán)啟動(dòng)”鍵。(4)主軸控制指令M03、M04、M05M03啟動(dòng)主軸以程序中編制的主軸速度順時(shí)針方向(從Z軸正向朝Z軸負(fù)向看)旋轉(zhuǎn)。M04啟動(dòng)主軸以程序中編制的主軸速度逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。M05使主軸停止旋轉(zhuǎn)。M03、M04為模態(tài)前作用M功能;M05為模態(tài)后作用M功能,M05為缺省功能。M03、M04、M05可相互注銷。(5)冷卻液打開、停止指令M07、M08、M09M07、M08指令將打開冷卻液管道。M09指
14、令將關(guān)閉冷卻液管道。M07、M08為模態(tài)前作用M功能;M09為模態(tài)后作用M功能,M09為缺省功能。1.2.3主軸功能S、進(jìn)給功能F和刀具功能T1主軸功能S主軸功能S控制主軸轉(zhuǎn)速,其后的數(shù)值表示主軸速度,單位為轉(zhuǎn)/每分鐘(r/min)。恒線速度功能時(shí)S指定切削線速度,其后的數(shù)值單位為米/每分鐘(m/min)。(G96恒線速度有效、G97取消恒線速度)S是模態(tài)指令,S功能只有在主軸速度可調(diào)節(jié)時(shí)有效。S所編程的主軸轉(zhuǎn)速可以借助機(jī)床控制面板上的主軸倍率開關(guān)進(jìn)行修調(diào)。2進(jìn)給速度FF指令表示工件被加工時(shí)刀具相對于工件的合成進(jìn)給速度,F(xiàn)的單位:華中數(shù)控世紀(jì)星取決于G94(每分鐘進(jìn)給量mm/min)或G95(
15、主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具的進(jìn)給量mm/r);廣州數(shù)控980T取決于G98(每分鐘進(jìn)給量mm/min)或G99(主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具的進(jìn)給量mm/r)。使用下式可以實(shí)現(xiàn)每轉(zhuǎn)進(jìn)給量與每分鐘進(jìn)給量的轉(zhuǎn)化。fm=frSfm:每分鐘的進(jìn)給量:(mm/min )fr:每轉(zhuǎn)進(jìn)給量:(mm/r )S:主軸轉(zhuǎn)數(shù),(r/min)當(dāng)工作在G01,G02或G03方式下,編程的F一直有效,直到被新的F值所取代,而工作在G00方式下,快速定位的速度是各軸的最高速度,與所編F無關(guān)。借助機(jī)床控制面板上的倍率按鍵,F(xiàn)可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行倍率修調(diào)。當(dāng)執(zhí)行攻絲循環(huán)G76、G82,螺紋切削G32時(shí),倍率開關(guān)失效,進(jìn)給倍率固定在100。3刀具功能(
16、T機(jī)能)T代碼用于選刀,其后的4位數(shù)字分別表示選擇的刀具號和刀具補(bǔ)償號。T代碼與刀具的關(guān)系是由機(jī)床制造廠規(guī)定的,請參考機(jī)床廠家的說明書。執(zhí)行T指令,轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)塔刀架,選用指定的刀具。當(dāng)一個(gè)程序段同時(shí)包含T代碼與刀具移動(dòng)指令時(shí):先執(zhí)行T代碼指令,而后執(zhí)行刀具移動(dòng)指令。T指令同時(shí)調(diào)入刀補(bǔ)寄存器中的補(bǔ)償值。刀具補(bǔ)償功能將在項(xiàng)目八詳述。4準(zhǔn)備功能G代碼準(zhǔn)備功能G指令由G后一或二位數(shù)值組成,它用來規(guī)定刀具和工件的相對運(yùn)動(dòng)軌跡、機(jī)床坐標(biāo)系、坐標(biāo)平面、刀具補(bǔ)償、坐標(biāo)偏置等多種加工操作。G功能根據(jù)功能的不同分成若干組,其中00組的G功能稱非模態(tài)G功能,其余組的稱模態(tài)G功能。非模態(tài)G功能:只在所規(guī)定的程序段中有效,
17、程序段結(jié)束時(shí)被注銷;模態(tài)G功能:一組可相互注銷的G功能,這些功能一旦被執(zhí)行,則一直有效,直到被同一組的G功能注銷為止。模態(tài)G功能組中包含一個(gè)缺省G功能,上電時(shí)將被初始化為該功能。沒有共同地址符的不同組G代碼可以放在同一程序段中,而且與順序無關(guān)。例如,G90、G17可與G01放在同一程序段。 1.2.4絕對編程方式和增量編程方式絕對編程是指程序段中的坐標(biāo)點(diǎn)值均是相對于坐標(biāo)原點(diǎn)來計(jì)量的,在華中系統(tǒng)和廣州數(shù)控98T中常用G90來指定。增量(相對)編程是指程序段中的坐標(biāo)點(diǎn)值均是相對于起點(diǎn)來計(jì)量的,常用G91來指定。如對圖1-6所示的直線段AB編程為:絕對編程:G90 G01 X100.0 Z50.0;
18、增量編程:G91 G01 X60.0 Z100.0;圖1-6編程方式示例注:在華中數(shù)控和廣州數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床中常用用X、Z表示絕對編程,用U、W表示相對編程,允許在同一程序段中混合使用絕對和相對編程方法。如圖1-6直線AB,可用:絕對:G01 X100.0 Z50.0;相對:G01 U60.0 W100.0;混用:G01 X100.0 W100.0;或 G01 U60.0 Z50.0;這種編程方法不需要在程序段前用G90或G91來指定。1.2.5直徑編程與半徑編程當(dāng)?shù)刂稾后所跟的坐標(biāo)值是直徑時(shí),稱直徑編程,如前所述直線AB的編程例子。當(dāng)?shù)刂稾后所跟的坐標(biāo)值是半徑時(shí),稱半徑編程,則應(yīng)寫為: G90G
19、01X50.0Z50.0;注:(1)直徑或半徑編程方式可在機(jī)床控制系統(tǒng)中用參數(shù)來指定;(2)無論是直徑編程還是半徑編程,圓弧插補(bǔ)時(shí)R、I和K的值均以半徑值計(jì)量。華中和廣數(shù)系統(tǒng)默認(rèn)狀態(tài)為直徑編程,通常也是使用直徑編程。1.3數(shù)控車削刀具的選擇1.3.1數(shù)控車削刀具基本知識1數(shù)控車刀的類型數(shù)控車削用的車刀一般分為三類:即尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀。(1)尖形車刀以直線形切削刃為特征的車刀一般稱為尖形車刀。如90內(nèi)、外圓車刀,左、右端面車刀,切槽(斷)車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內(nèi)孔車刀。這類車刀加工時(shí),零件的輪廓形狀主要由直線形主切削刃位移后得到(2)圓弧形車刀圓弧形車刀的特征是:構(gòu)成主切削
20、刃的刀刃形狀為一圓度誤差或線輪廓度誤差很小的圓弧。該圓弧刃上每一點(diǎn)都是圓弧形車刀的刀尖,因此,刀位點(diǎn)不在圓弧上,而在該圓弧的圓心上,編程時(shí)要進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償。(3)成型車刀成型車刀俗稱樣板車刀,其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。數(shù)控車削加工中,常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋車刀等。在數(shù)控加工中,應(yīng)盡量少用或不用成型車刀,當(dāng)確有必要選用時(shí),則應(yīng)在工藝準(zhǔn)備的文件或加工程序單上進(jìn)行詳細(xì)說明。 2進(jìn)給量的選擇刀尖圓弧半徑不僅影響切削效率,而且關(guān)系到被加工表面的粗糙度及加工精度。從刀尖圓弧半徑與最大進(jìn)給量關(guān)系來看,最大進(jìn)給量不應(yīng)超過刀尖圓弧半徑尺寸80,否則將惡化切
21、削條件。因此,從斷屑可靠出發(fā),通常對于小余量、小進(jìn)給車削加工應(yīng)采用小的刀尖圓弧半徑,反之宜采用較大的刀尖圓弧半徑。粗加工時(shí),注意以下幾點(diǎn):(1)為提高刀刃強(qiáng)度,應(yīng)盡可能選取大刀尖半徑的刀片,大刀尖半徑可允許大進(jìn)給(2)在有振動(dòng)傾向時(shí),則選擇較小的刀尖半徑;(3)常用刀尖半徑為1.21.6;精加工時(shí),注意以下幾點(diǎn):(1)精加工的表面質(zhì)量不僅受刀尖圓弧半徑和進(jìn)給量的影響,而且受工件裝夾穩(wěn)定性、夾具和機(jī)床的整體條件等因素的影響;(2)在有振動(dòng)傾向時(shí)選較小的刀尖半徑;(3)非涂層刀片比涂層刀片加工的表面質(zhì)量高。表1-3 不同刀尖的進(jìn)給量選擇刀尖半徑(mm)0.40.81.21.62.4最大推薦進(jìn)給量(mm)0.250.350.40.70.51.00.71.31.01.81.3.2數(shù)控車削刀具的選擇由于工件材料、生產(chǎn)批量、加工精度以及機(jī)床類型、工藝方案的不同,車刀的種類也異常繁多。根據(jù)刀片與刀體的聯(lián)接固定方式的不同,車刀主要可分為焊接式與機(jī)械夾固式兩大類。1焊接式車刀將硬質(zhì)合金刀片用焊接的方法固定在刀體上稱為焊接式車刀。這種車刀的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,剛性較好。缺點(diǎn)是由于存在焊接應(yīng)力,使刀具材料的使用性能受到影響,甚至出現(xiàn)裂紋。另外
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