CN102658400B - 数控螺旋锥齿轮铣齿机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数控螺旋锥齿轮铣齿机，包括床身、立柱、刀具主轴箱、工件主轴箱、回转工作台，特征是：床身采用其表面具有坡度的L形结构，床身靠外一侧边设有排屑槽，与排屑槽相邻处通过滑板装有中空上立柱，上立柱外壁上装有壁挂式砂轮主轴箱，上立柱内设有配重机构并与刀具主轴箱连接，工件主轴箱上设有齿轮消隙机构，回转工作台采用由工作台主轴等构成的回转整体、由转台轴承外圈和支撑套构成的固定整体结构。优点是：排屑通畅，避免床身过热变形，可满足渐缩齿和等高齿两种齿制的加工，回转工作台定位精度高，传动力矩大，具有自锁紧功能，工件主轴箱间隙调整简便，解决了齿轮传动不平稳，间隙过大，噪音大，效率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于螺旋锥齿轮加工机床技术领域，特别是涉及一种数控螺旋锥齿轮铣齿机。
背景技术
数控弧齿锥齿轮铣齿机用于高速、精确地铣削弧齿锥齿轮,其目的是修整齿轮热处理的变形,提高齿面精度及光洁度,达到传动平稳、降低噪音和提高精度的要求。公知技术中铣齿机床身排屑结构均采用内部设置排屑机构，由于排屑通道较长，不便于铁屑热量散发，高热量的铁屑滞留在床身上很容易造成机床产生变形。
数控回转工作台是铣齿机的核心部件，数控回转工作台的运动精度、承载能力、应对冲击力的能力等要素关系到整台机床的生产加工能力和效率。数控回转工作台的当前应用状况尚不理想。目前，数控回转工作台的传动方式有蜗轮副传动和齿轮副传动等。实践证明，蜗轮副传动和齿轮副传动能提供较高的传动精度并具有较高的传动平稳性，但受机械加工、装配调试等多种不确定性因素影响，数控回转工作台的蜗轮副传动过程不可避免的存在传动间隙，继而影响传动精度。大多数数控回转工作台的工作台底座对回转主轴的支撑方式为静压支撑、YRT三排圆柱滚子轴承支撑或以特制材料作为接触材料的普通摩擦支撑等；静压支撑虽然支撑刚度较好，但在偏载力尤其是偏载冲击力作用下工作台台面端跳精度较差；YRT三排圆柱滚子轴承定位精度恒定；以特制材料作为接触材料的普通摩擦支撑方式在运转精度、传动平稳性方面具有很大局限性。大部分工作场合的工作台并非需要连续转动，而是根据工况断续转动，而在需要停止的工况下，需要电机一直处于使能状态，否则会影响定位精度。
传统的铣齿机刀具主轴采用摇台传动结构，即切削刀具(刀盘)紧固于摇台的主轴上，并借助于摇台偏心鼓轮的旋转把刀盘安装到一定位置上。这样不仅会导致传动精度和传动效率的损失，同时刀具主轴的运动速度也将受到限制；而且只能用间歇分度法加工圆弧收缩齿锥齿轮和准双曲面齿轮，不能采用连续分度法加工摆线等高齿锥齿轮和准双曲面齿轮。
现有技术中铣齿机工件主轴箱传动方式主要采用齿轮传动，齿轮传动转速高，但运动平稳性差，间隙过大，因此需通过齿轮消隙机构来弥补上述不足。传统的齿轮消隙是通过调整两个直齿轮上的销孔和圆柱销实现的，由于直齿轮长期转动出现磨损，造成其之间的间隙越来越大，需要反复拆卸圆柱销或重新打孔，故导致间隙调整繁琐，效率低。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理、加工准确、精度高且延长机床使用寿命和便于调整的数控螺旋锥齿轮铣齿机。
采用本铣齿机不仅可完成齿轮干切或湿切，采用间歇分度法加工圆弧收缩齿锥齿轮和准双曲面齿轮，而且还可用连续分度法加工摆线等高齿锥齿轮和准双曲面齿轮。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
数控螺旋锥齿轮铣齿机，包括床身100、立柱200、刀具主轴箱300、工件主轴箱400、回转工作台500、电气系统、气动系统和液压系统，所述回转工作台500通过第二直线导轨106安装在床身上，回转工作台上安装工件主轴箱400，其特征在于：所述床身采用其表面具有坡度的L形结构，所述床身靠近一侧边位置设有排屑槽，床身与排屑槽相邻处通过第一直线导轨103安装有滑板202，在滑板202上装有中空结构的上立柱201，所述上立柱201对应排屑槽一侧面外壁上通过第三直线导轨203装有壁挂式刀具主轴箱300，所述上立柱201内设有用于平衡刀具主轴箱的配重机构204，所述配重机构204通过钢丝绳205与刀具主轴箱连接；所述工件主轴箱400和刀具主轴箱300内分别设有齿轮消隙机构，所述回转工作台500采用由工作台主轴501、转台轴承内圈、工作台主轴芯轴507、力矩电机转子509和液压夹紧油缸弹簧压紧片505构成回转工作台回转整体、由转台轴承外圈、支撑套506、工作台底座510和液压夹紧油缸503构成回转工作台固定整体的结构。
本发明还可以采用如下技术方案：
所述刀具主轴箱300通过三根第三直线导轨203直线导轨与上立柱201一侧外壁连接，所述刀具主轴箱包括：主轴电机301通过联轴器302与第一齿轮轴303连接，并通过第一轴承304固定在刀具主轴箱体307的第一法兰套305上，第一齿轮轴303与安装在第二齿轮轴311上的齿轮310啮合，主轴320通过第五轴承321固定在刀具主轴箱体上，在主轴前端通过螺钉安装有齿轮消隙机构317，齿轮消隙机构通过压盘318与固定在主轴上的从动轮316连接，所述主轴后端还装有编码器323。
所述从动轮316内安装有碟簧319，并通过螺钉压紧碟簧，碟簧压紧从动轮316、齿轮消隙机构317和压盘318。
所述齿轮消隙机构317的消隙齿轮与从动轮316的模数相同，消隙齿轮的齿数为从动齿轮的齿数加1。
所述工件主轴箱400包括：工件主轴箱体401、工件主轴414、第四伺服电机402、第一斜齿轮403、第二斜齿轮404、第三斜齿轮405、第一齿轮408、第二齿轮409和齿轮轴406，所述工件主轴414通过轴承固定在工件主轴箱体401上，工件主轴一端上装有活塞412和拉杆413，另一端上还装有可对工件主轴进行锁紧的液压系统；所述齿轮消隙机构包括：第一斜齿轮403通过联轴器直接套装在伺服电机402轴上，第一斜齿轮并与第二斜齿轮404、第三斜齿轮405相啮合，所述第二斜齿轮404与第三斜齿轮405之间装有调整垫407，齿轮轴406通过轴承与主轴箱体401相连接，齿轮轴与第一齿轮408、第二齿轮409相啮合，第一齿轮408、第二齿轮409与压盘411连接，在压盘内装有碟簧410。
所述回转工作台500包括：工作台底座510、工作台主轴501、与工作台主轴固接的主轴芯轴507，所述工作台底座上固接有支撑套506，所述支撑套上安装转台轴承502外圈和液压夹紧油缸503，支撑套底部固接力矩电机定子508，所述工作台主轴安装在转台轴承内圈上，在主轴芯轴的下方连接力矩电机转子509，所述工作台主轴的下方安装有液压夹紧油缸弹簧压紧片505，由工作台主轴、转台轴承内圈、工作台主轴芯轴、力矩电机转子和液压夹紧油缸弹簧压紧片构成回转工作台的回转整体；由转台轴承外圈、支撑套、工作台底座和液压夹紧油缸构成回转工作台的固定整体；所述液压夹紧油缸的凹槽内装配有液压夹紧油缸活塞504，液压夹紧油缸活塞与液压夹紧油缸弹簧压紧片接触。
本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明采用上述技术方案，床身采用L型结构，将排屑机构设置在靠近床身外侧，并将中空立柱通过滑板安装在与床身排屑机构相邻处，所述立柱对应排屑槽一侧面外壁上装有壁挂式刀具主轴箱，立柱内设有用于平衡刀具主轴箱的配重机构，这样不仅可使排屑通畅、便利，而且还避免高热量的铁屑滞留在床身上进而造成机床变形。所述刀具主轴箱采用齿轮消隙机构，提高了齿轮传动的平稳性及传动精度，降低了噪音。由于齿轮消隙机构的安装位置靠近主轴前端，不仅可增加主轴刚性、提高主轴传动的动力，进而增加了刀盘的刚性和切削力，减轻了刀盘的磨损。本铣齿机的回转工作台采用由工作台主轴、转台轴承内圈、工作台主轴芯轴、力矩电机转子和液压夹紧缸弹簧压紧片构成回转工作台的回转整体以及由转台轴承外圈、支撑套、工作台底座和液压夹紧缸构成回转工作台固定整体的结构，不仅实现精密数控回转台的旋转运动和精确定位功能，还可提高偏载冲击力作用下工作台台面端跳精度；其定位精度高，传动力矩大，装配简单可靠，具有自锁紧功能，使得力矩电机可以不连续工作，大幅度节约电能。在工件主轴箱上设有齿轮消隙机构，克服了两个直齿轮长期转动出现磨损，需反复拆卸圆柱销或重新打孔而导致间隙调整繁琐，效率低的不足；同时还可解决了齿轮传动运动不平稳，间隙过大，噪音大，效率低的问题。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明刀具主轴箱内部结构图；
图3是本发明工件主轴箱内部结构图；
图4是本发明本发明回转工作台剖视图。
图中：100：床身；101：第一伺服电机；102：滚珠丝杠；103：直线导轨；104：第二伺服电机；105：滚珠丝杠；106：直线导轨；
200：立柱；201：上立柱；202：滑板；203：直线导轨；204：配重结构；205：钢绳；206：第三伺服电机；207：滚珠丝杠；
300、刀具主轴箱；301、主轴电机；302、联轴器；303、第一齿轮轴；304、第一轴承；305、第一法兰套；306、箱盖；307、箱体；308、第二轴承；309、第二法兰套；310、齿轮；311、第二齿轮轴；312、第三轴承；313、第三法兰套；314、第四轴承；315、法兰盖；316、从动轮；317、消隙齿轮；318、压盘；319、碟簧；320、主轴；321、第五轴承；322、小轴；323、编码器；
400、工件主轴箱；401、工件主轴箱体；402、第四伺服电机；403、第一斜齿轮；404、第二斜齿轮；405、第三斜齿轮；406、齿轮轴；407、调整垫；408、第一齿轮；409、第二齿轮；410、碟簧；411、压盘；412、活塞；413、拉杆；414、工件主轴；
500、回转工作台；501、工作台主轴；502、转台轴承；503、液压夹紧油缸缸体；504、液压夹紧油缸活塞；505、液压夹紧油缸弹簧压紧片；506、支撑套；507、工作台主轴芯轴；508、力矩电机定子；509、力矩电机转子；510、工作台底座。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1-图4，数控螺旋锥齿轮磨齿机，包括床身100、立柱200、刀具主轴箱300、工件主轴箱400、回转工作台500、电气系统、气动系统和液压系统，所述电气系统、气动系统和液压系统图中未示出。所述回转工作台通过第二直线导轨106安装在床身上，回转工作台上安装工件主轴箱400，通过第二伺服电机104带动第二滚珠丝杠105使回转工作台500沿第二直线导轨106在床身上前后运动。所述工件主轴箱上安装砂轮修正机构，所述床身采用其表面具有坡度的L形结构，所述床身靠近一侧边位置设有排屑槽107，床身上面与排屑槽相邻处通过第一直线导轨103安装有滑板202，并通过第一伺服电机101带动第一滚珠丝杠102使立柱200沿第一直线导轨103在床身100上左右运动。在滑板上装有中空结构的上立柱201，所述上立柱对应排屑槽107一侧面外壁上通过第三直线导轨203装有壁挂式刀具主轴箱300，所述上立柱内设有用于平衡刀具主轴箱的配重机构204，所述配重机构204通过钢丝绳205与刀具主轴箱连接，由第三伺服电机206带动第三滚珠丝杠207使刀具主轴箱301上下运动。所述工件主轴箱400和刀具主轴箱300内分别设有齿轮消隙机构，所述回转工作台500采用由工作台主轴501、转台轴承内圈、工作台主轴芯轴507、力矩电机转子509和液压夹紧油缸弹簧压紧片505构成回转工作台回转整体、由转台轴承外圈、支撑套506、工作台底座510和液压夹紧油缸503构成回转工作台固定整体的结构。
如图2所示，所述刀具主轴箱300通过三根第三直线导轨203直线导轨与上立柱201一侧外壁连接，所述刀具主轴箱包括：主轴电机301通过联轴器302与第一齿轮轴303连接，第一齿轮轴303后端通过第一轴承304固定在刀具主轴箱体307的第一法兰套305上，所述第一法兰套305通过螺钉固装在刀具主轴箱盖306上。第一齿轮轴303前端通过第二轴承308固定在第二法兰套309上，第二法兰套通过螺钉安装在刀具主轴箱体307上。所述第一齿轮轴303与安装在第二齿轮轴311上的齿轮310啮合，第二齿轮轴311后端通过第三轴承312固定在第三法兰套313上，第三法兰套313通过螺钉固定在刀具主轴箱体307上。第二齿轮轴311后端通过第四轴承314固定在法兰盖315上，所述法兰盖315螺钉固装在刀具主轴箱体307上。所述主轴320通过第五轴承321固定在刀具主轴箱体上，在主轴前端通过螺钉安装有齿轮消隙机构317，进而可增大传动动力。主轴后端安装有销轴322，并通过第五轴承321安装在刀具主轴箱体307上。所述齿轮消隙机构通过压盘318与固定在主轴320上的从动轮316连接，所述主轴后端还装有编码器323，继而实现铣齿机的全闭环控制。所述从动轮316内安装有碟簧319，并通过螺钉压紧碟簧，碟簧压紧从动轮316、齿轮消隙机构317和压盘318。本实施例中，所述齿轮消隙机构317的消隙齿轮与从动轮316的模数相同，消隙齿轮的齿数为从动齿轮的齿数加1。第一齿轮轴301通过齿轮传动将动力传递给第二齿轮轴311，第二齿轮轴311通过一对齿轮消隙机构传递给主轴。
如图3所示，所述工件主轴箱400包括：工件主轴箱体401、工件主轴414、第四伺服电机402、第一斜齿轮403、第二斜齿轮404、第三斜齿轮405、第一齿轮408、第二齿轮409和齿轮轴406。所述工件主轴414两端通过轴承安装在工件主轴箱体401上，工件主轴上装有第二齿轮409和与第二齿轮相啮合的第一齿轮408，在靠近工件主轴一端上还装有活塞412和拉杆413，另一端上装有可对工件主轴进行锁紧的液压系统。所述齿轮消隙机构包括：第一斜齿轮403通过联轴器直接套装在第四伺服电机402轴上，所述齿轮轴406尾端通过联轴器装有第二斜齿轮404和第三斜齿轮405，第四伺服电机402轴上的第一斜齿轮与齿轮轴406上的第二斜齿轮404、第三斜齿轮405相啮合。所述第二斜齿轮404与第三斜齿轮405之间装有调整垫407，由键进行轴向定位，并通过螺钉固定，第二斜齿轮404、第三斜齿轮405与第一斜齿轮形成第一齿轮副。齿轮轴406通过轴承与工件主轴箱体401相连接，所述齿轮轴的左端通过一对精密轴承做支撑，由琐紧螺母对轴承内环进行定位，轴承的外环处于游隙状态。齿轮轴的左端的轴承装在工具箱上，右端的轴承装在轴承套上，轴承套由螺钉固定在工件箱上。所述齿轮轴与工件主轴上的第一齿轮408、第二齿轮409相啮合，并形成第二齿轮副。第一齿轮408、第二齿轮409与压盘411连接，在压盘内装有碟簧410。所述第一齿轮408和第二齿轮409通过压盘，螺钉和碟簧进行固定，并可通过拧紧和放松螺钉来调整两齿轮间传动力矩。所述轴承套和工件主轴箱上均开有用于对轴承和齿轮副进行润滑的孔。
工件主轴箱工作原理为：
第二斜齿轮404和第三斜齿轮405以及调整垫407通过螺钉连接在一起，并且一起加工齿轮轮廓。在安装过程中，第一斜齿轮同时与第二斜齿轮404、第三斜齿轮405相啮合，当齿轮啮合有间隙时，通过磨削调整垫407来消除第二斜齿轮与第三斜齿轮之间的间隙。齿轮轴406通过轴承414与主轴箱体401相连接，齿轮轴406与第二齿轮409相啮合，第一齿轮408通过压盘411与第二齿轮409通过螺钉相连接，在压盘内装有碟簧410。第一齿轮408和第二齿轮409以及压盘411通过碟簧来压紧，通过调节螺钉来改变他们之间的摩擦力，并通过通过摩擦力来起到消隙的作用。由于第一齿轮408和第二齿轮409以及压盘411之间具有摩擦力，它们还可起到阻尼的作用。所述齿轮轴406和第一齿轮408与齿轮轴和第二齿轮409的中心距及模数相同。
如图4所示，所述回转工作台500包括：工作台底座510、工作台主轴501、与工作台主轴固接的主轴芯轴507，所述工作台底座上固接有支撑套506，所述支撑套上安装转台轴承502外圈和液压夹紧油缸503，支撑套底部固接力矩电机定子508，所述工作台主轴安装在转台轴承内圈上，在主轴芯轴的下方连接力矩电机转子509，所述工作台主轴的下方安装有液压夹紧油缸弹簧压紧片505，由工作台主轴、转台轴承内圈、工作台主轴芯轴、力矩电机转子和液压夹紧油缸弹簧压紧片构成回转工作台的回转整体；由转台轴承外圈、支撑套、工作台底座和液压夹紧油缸构成回转工作台的固定整体；所述液压夹紧油缸的凹槽内装配有液压夹紧油缸活塞504，液压夹紧油缸活塞与液压夹紧油缸弹簧压紧片接触。
回转工作台在不需要液压夹紧的状态，液压夹紧油缸503与液压夹紧油缸活塞504中间的油囊中不充油，开始运动时，力矩电机得电，力矩电机转子509相对于力矩电机定子508旋转，与力矩电机转子509相连接的工作台主轴芯轴507、工作台主轴501、附带钢栅尺的YRT转台轴承502的内圈、液压夹紧油缸弹簧压紧片505均与力矩电机转子做相同的旋转运动，附带钢栅尺的YRT转台轴承502的钢栅尺负责信号的反馈以便实现精密数控回转工作台的旋转运动和精确定位功能。
回转工作台在需要液压夹紧的状态，力矩电机连带上述运动部件实现精确定位，液压夹紧油缸503与液压夹紧油缸活塞504中间的油囊中通过液压夹紧油缸的油路充满高压油，使得液压夹紧油缸活塞向下运动，压迫液压夹紧油缸弹簧压紧片505的平面部分向下发生弹性变形并使得液压夹紧油缸弹簧压紧片与支撑套506之间存在足够的摩擦力，使得数控回转工作台的可转动部分与固定部分相对静止，实现夹紧功能后，使力矩电机断电。在需要液压夹紧系统松开夹紧功能时，使力矩电机得电并具有运动使能，使得液压夹紧油缸503与液压夹紧油缸活塞中间的油囊中通过液压夹紧油缸的油路泄油，液压夹紧油缸弹簧压紧片505实现初始状态，实现夹紧系统松开。
Claims (6)
1.一种数控螺旋锥齿轮铣齿机，包括床身(100)、立柱(200)、刀具主轴箱(300)、工件主轴箱(400)、回转工作台(500)、电气系统、气动系统和液压系统，所述回转工作台(500)通过第二直线导轨(106)安装在床身上，回转工作台上安装工件主轴箱(400)，其特征在于：所述床身采用其表面具有坡度的L形结构，所述床身靠近一侧边位置设有排屑槽，床身与排屑槽相邻处通过第一直线导轨(103)安装有滑板(202)，在滑板(202)上装有中空结构的上立柱(201)，所述上立柱(201)对应排屑槽一侧面外壁上通过第三直线导轨(203)装有壁挂式刀具主轴箱(300)，所述上立柱(201)内设有用于平衡刀具主轴箱的配重机构(204)，所述配重机构(204)通过钢丝绳(205)与刀具主轴箱连接；所述工件主轴箱(400)和刀具主轴箱(300)内分别设有齿轮消隙机构，所述回转工作台(500)采用由工作台主轴(501)、转台轴承内圈、工作台主轴芯轴(507)、力矩电机转子(509)和液压夹紧油缸弹簧压紧片(505)构成回转工作台回转整体、由转台轴承外圈、支撑套(506)、工作台底座(510)和液压夹紧油缸(503)构成回转工作台固定整体的结构；
所述工件主轴箱(400)的齿轮消隙机构包括：第一斜齿轮(403)通过联轴器直接套装在伺服电机(402)轴上，第一斜齿轮并与第二斜齿轮(404)、第三斜齿轮(405)相啮合，所述第二斜齿轮(404)与第三斜齿轮(405)之间装有调整垫(407)，齿轮轴(406)通过轴承与主轴箱体(401)相连接，齿轮轴与第一齿轮(408)、第二齿轮(409)相啮合，第一齿轮(408)、第二齿轮(409)与压盘(411)连接，在压盘内装有碟簧(410)。
2.根据权利要求1所述的数控螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于：所述刀具主轴箱(300)通过三根第三直线导轨(203)直线导轨与上立柱(201)一侧外壁连接，所述刀具主轴箱包括：主轴电机(301)通过联轴器(302)与第一齿轮轴(303)连接，并通过第一轴承(304)固定在刀具主轴箱体(307)的第一法兰套(305)上，第一齿轮轴(303)与安装在第二齿轮轴(311)上的齿轮(310)啮合，主轴(320)通过第五轴承(321)固定在刀具主轴箱体上，在主轴前端通过螺钉安装有齿轮消隙机构(317)，齿轮消隙机构通过压盘(318)与固定在主轴上的从动轮(316)连接，所述主轴后端还装有编码器(323)。
3.根据权利要求2所述的数控螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于：所述从动轮(316)内安装有碟簧(319)，并通过螺钉压紧碟簧，碟簧压紧从动轮(316)、齿轮消隙机构(317)和压盘(318)。
4.根据权利要求2所述的数控螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于：所述齿轮消隙机构(317)的消隙齿轮与从动轮(316)的模数相同，消隙齿轮的齿数为从动齿轮的齿数加1。
5.根据权利要求1所述的数控螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于：所述工件主轴箱(400)包括：工件主轴箱体(401)、工件主轴(414)、第四伺服电机(402)、第一斜齿轮(403)、第二斜齿轮(404)、第三斜齿轮(405)、第一齿轮(408)、第二齿轮(409)和齿轮轴(406)，工件主轴(414)通过轴承固定在工件主轴箱体(401)上，工件主轴一端上装有活塞(412)和拉杆(413)，另一端上还装有可对工件主轴进行锁紧的液压系统。
6.根据权利要求1所述的数控螺旋锥齿轮铣齿机，其特征在于：所述回转工作台(500)包括：工作台底座(510)、工作台主轴(501)、与工作台主轴固接的主轴芯轴(507)，所述工作台底座上固接有支撑套(506)，所述支撑套上安装转台轴承(502)外圈和液压夹紧油缸(503)，支撑套底部固接力矩电机定子(508)，所述工作台主轴安装在转台轴承内圈上，在主轴芯轴的下方连接力矩电机转子(509)，所述工作台主轴的下方安装有液压夹紧油缸弹簧压紧片(505)，由工作台主轴、转台轴承内圈、工作台主轴芯轴、力矩电机转子和液压夹紧油缸弹簧压紧片构成回转工作台的回转整体；由转台轴承外圈、支撑套、工作台底座和液压夹紧油缸构成回转工作台的固定整体；所述液压夹紧油缸的凹槽内装配有液压夹紧油缸活塞(504)，液压夹紧油缸活塞与液压夹紧油缸弹簧压紧片接触。
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