CN108608265A - 数控滚动直线导轨磨床 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数控滚动直线导轨磨床，该磨床包括工作台，工作台上安装有用于固定工件的治具，工作台上方跨立有龙门式框架，龙门式框架上对称地设有砂轮和砂轮进给单元，各砂轮进给单元分别用于调整相应砂轮与工件之间的距离，工作台上方还设有用于检测相应砂轮与工件之间的距离的位移传感器；该磨床还包括数控单元，数控单元用于接收位移传感器的输出信号并根据该输出信号控制砂轮进给单元工作。本申请中，龙门式框架不作垂直升降运动，砂轮所处的位置基本与工件的加工位置相齐平，仅需利用数控单元和砂轮进给单元对砂轮进行水平调节和竖向微调，即可将砂轮移动至工件加工位置，保证了加工时垂直方向上尺寸精度的一致性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种磨床，具体涉及一种数控滚动直线导轨磨床。
背景技术
滚动直线导轨副属于滚动功能部件，是技术密集型、资本密集型、管理密集型产品，是数控机床和自动化设备不可替代的关键配套件，也是符合21世纪生态、环保理念的重要基础零部件。
从全球范围看，目前我国滚动直线导轨副产业主要存在以下几个问题：(1) 产业集中度低，专业化生产水平低，有自主开发能力的企业很少，多数企业盲目无序发展，没有形成集约化大规模生产模式。(2)在产品的技术水平和质量方面存在明显差距。(3)制造工艺技术和设备落后，使我国滚动功能部件行业产品在“低效率、高成本”的怪圈中徘徊。(4)对滚动功能部件的基础理论和基础性能试验的研究不重视，投入较少。
而这些问题很大程度上是受专用的加工机床的影响的，其中，专用的龙门导轨磨更是直接影响了我国重型导轨副的生产和发展。但是，我国目前专用生产导轨副的数控机床或成套成线设备的开发、生产能力，在品种、质量和数量上还不能适应市场的需求。
我国导轨副行业的发展与国外相比已经滞后很多了，我国现在正处于快速发展时期，导轨副行业的滞后，必将影响我国机床行业的发展，这对我国的制造业来说是难以接受的。因此目前急需一大批具有针对性的大型机床，来满足导轨副行业的发展。
发明内容
本申请的发明目的是提供一种专门用于对滚动直线导轨进行加工的数控滚动直线导轨磨床，该磨床具有加工精确度高的特点。
为实现上述发明目的，本申请的技术方案如下：
一种数控滚动直线导轨磨床，包括工作台，工作台上安装有用于固定工件的治具，工作台上方跨立有龙门式框架，所述的龙门式框架上对称地设有砂轮和砂轮进给单元，各砂轮进给单元分别用于调整相应砂轮与工件之间的距离，所述的工作台上方还设有用于检测相应砂轮与工件之间的距离的位移传感器；
所述的数控滚动直线导轨磨床还包括数控单元，所述的数控单元用于接收位移传感器的输出信号并根据该输出信号控制砂轮进给单元工作。
本申请的数控滚动直线导轨磨床中，龙门式框架的位置是固定不动的，不作垂直升降运动，砂轮所处的位置基本与工件的加工位置相齐平，仅需要利用数控单元和安装在龙门式框架上的砂轮进给单元对砂轮进行水平调节和竖向微调，即可将砂轮移动至工件加工位置，保证了加工时垂直方向上尺寸精度的一致性和可靠性。
本申请针对滚动直线导轨，特别地在龙门式框架上对称设置砂轮和砂轮进给单元，通过数控单元同时对双侧的砂轮进行调控，实现对滚动直线导轨双侧同时进行磨削加工，大大提高加工效率。
上述的数控滚动直线导轨磨床包括床身，所述的床身上设有用于驱动工作台沿床身作水平往复移动的第四驱动机构，且床身与工作台之间设有导向件。
在上述的数控滚动直线导轨磨床中，所述的导向件包括设置在床身顶面的V 型导轨、以及设置在工作台底面且与该V型导轨滑动配合的滑块，所述的V型导轨的导轨面覆盖有耐磨件。作为优选，所述的V型导轨为对称布置在床身上的两条。V型导轨导向稳定，耐磨件不仅能够使导轨具有良好的精度保持性，而且能够大大降低了工作台运动过程中与导轨面之间的摩擦力，进而降低工作台的驱动力，降低能耗；耐磨件具有一定的吸震作用，能够减少工作台运动过程中产生的噪音和振动，提高加工工件的表面质量；耐磨件具有自润滑性能，在机床润滑系统出现故障时，能够避免导轨被擦伤和过度磨损；并且维修也更为方便。
在上述的数控滚动直线导轨磨床中，所述的砂轮进给单元包括：
安装在龙门式框架上的滑板；
用于驱动该滑板沿龙门式框架作水平往复移动的第一驱动机构，该滑板的移动方向与工作台的移动方向相垂直；
安装在滑板上的砂轮架，所述的砂轮安装在砂轮架朝向工作台的一端，两砂轮分别处于工件的两侧；
用于驱动所述的砂轮架沿滑板作垂直往复移动的第二驱动机构，该砂轮架的移动方向与滑板和工作台的移动方向相垂直；
用于驱动所述的砂轮水平转动的第三驱动机构。
由于本申请的磨床是针对滚动直线导轨特别设计的，砂轮在初始状态下与工件处于基本相当的高度。加工时，首先采用第一驱动机构驱动滑板移动，在水平方向上对砂轮位置进行较大幅度的调节；然后利用第二驱动机构驱动砂轮架移动，在竖直方向上对砂轮位置进行微调，使砂轮达到加工位置即可；第三驱动机构即驱动砂轮转动对工件进行加工。
在上述的数控滚动直线导轨磨床中，所述的第一驱动机构包括安装在龙门式框架上的第一交流伺服电机和第一滚珠丝杆副，该第一交流伺服电机的输出轴与第一滚珠丝杆副的丝杆传动连接，所述的滑板上固定有第一传动座，该第一传动座与第一滚珠丝杆副的丝杆螺母传动连接；
所述的第一滚珠丝杆副与滑板分别处于龙门式框架的两侧，该龙门式框架上开设有供第一传动座穿过的条形口，所述条形口的延伸方向与滑板的移动方向相一致。
采用第一交流伺服电机和第一滚珠丝杆副的组合调节滑板的位置，滑板移动过程中，位移传感器实时监测砂轮与工件之间的距离并将检测信号发送给数控单元，第一交流伺服电机受数控单元控制，数控单元根据位移传感器的实时检测信号调节第一交流伺服电机的输出量，从而实现数控控制，使位置调节更为精准。
在上述的数控滚动直线导轨磨床中，所述的龙门式框架带有处于滑板下边沿的滑轨，所述的滑板的下边沿固定有与该滑轨滚动配合的直线滚柱轴承。处于滑板下边沿的滑轨对滑板具有支撑作用，设置直线滚柱轴承后，滑板与滑轨之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦，不仅大大降低了滑板运动的摩擦力，减少第一驱动机构的能耗，而且对龙门式框架和滑板均具有保护作用。
同理，在上述的数控滚动直线导轨磨床中，所述的第二驱动机构包括安装在滑板上的第二交流伺服电机和第二滚珠丝杆副，该第二交流伺服电机的输出轴与第二滚珠丝杆副的丝杆传动连接，所述的砂轮架与第二滚珠丝杆副的丝杆螺母传动连接；
所述的砂轮架上固定有第二传动座，该第二传动座上转动配合有砂轮轴，所述的砂轮固定在砂轮轴朝向工作台一端的端部。
作为优选，所述的砂轮轴通过动静压轴承安装至所述的传动座上。动静压轴承具有回转精度高、刚性大、抗震性好、使用寿命长等优点。
在上述的数控滚动直线导轨磨床中，所述的第三驱动机构包括固装在砂轮架上的电机，该电机与砂轮轴传动连接。
在上述的数控滚动直线导轨磨床中，所述的位移传感器为光栅尺。光栅测量精度高，能够方便地实现各种进给功能和微量进给。
光栅尺的设置是与砂轮的位置调整进程相匹配的。在上述的数控滚动直线导轨磨床中，所述的龙门式框架包括两根相对设置的立柱和固定在两根立柱之间的横梁，横梁外设有防护罩，该防护罩的相对两侧分别设有工件入口和工件出口；所述的光栅尺包括安装在防护罩顶壁且位于砂轮正上方的水平光栅尺、以及安装在立柱上的竖直光栅尺，所述的水平光栅尺用于检测水平方向上砂轮与工件之间的距离，所述的竖直光栅尺用于检测竖直方向上砂轮与工件之间的距离。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本申请的数控滚动直线导轨磨床中，龙门式框架的位置是固定不动的，不作垂直升降运动，砂轮所处的位置基本与工件的加工位置相齐平，仅需要利用数控单元和安装在龙门式框架上的砂轮进给单元对砂轮进行水平调节和竖向微调，即可将砂轮移动至工件加工位置，保证了加工时垂直方向上尺寸精度的一致性和可靠性。
(2)本申请针对滚动直线导轨，特别地在龙门式框架上对称设置砂轮和砂轮进给单元，通过数控单元同时对双侧的砂轮进行调控，实现对滚动直线导轨双侧同时进行磨削加工，大大提高加工效率。
(3)本申请的床身和工作台通过V型导轨和滑块滑动配合，并且，V型导轨的导轨面好覆盖有耐磨件；V型导轨导向稳定，耐磨件不仅能够使导轨具有良好的精度保持性，而且能够大大降低了工作台运动过程中与导轨面之间的摩擦力，进而降低工作台的驱动力，降低能耗；耐磨件具有一定的吸震作用，能够减少工作台运动过程中产生的噪音和振动，提高加工工件的表面质量；耐磨件具有自润滑性能，在机床润滑系统出现故障时,能够避免导轨被擦伤和过度磨损。
附图说明
图1为本发明一种数控滚动直线导轨磨床的结构示意图；
图2为本发明一种数控滚动直线导轨磨床在局部剖视后的结构示意图；
图3为图2中工作台的结构示意图；
图4为图2中床身的剖视图；
图5为图4中A部分的放大图；
图6为图3或图7中直线滚柱轴承在另一视角下的结构示意图；
图7为图2中滑板以及相应部件的放大图；
图8为图2中工作台在另一视角下的结构示意图；
图9为图8所示的工作台在另一视角下的结构示意图；
图10为图8中B-B局部剖视图；
图11为图10中准位器的结构示意图；
图12为准位器在对宽度大于条形凸台宽度的工件进行准位时的结构示意图；
图13为图12中准位器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本实施例一种数控滚动直线导轨磨床，包括床身1，床身1上设有工作台2，工作台2可沿着床身1作水平方向上的往复移动。
如图3和图4所示，工作台2与床身1之间的配合方式为：床身1顶面中央设有驱动单元安装槽11，驱动单元安装槽11内安装有第三交流伺服电机17 和第三滚柱丝杠副18，其中，第三滚柱丝杠副18的丝杆181与第三交流伺服电机17的输出轴通过联轴器相连，工作台2的底面设有第三传动座23，第三传动座23与第三滚柱丝杠副18的丝杆螺母182通过法兰盘183和法兰盘24相互连接固定，数控单元通过控制第三交流伺服电机17的输出量来控制工作台2的运动参数。
为使工作台2的往复移动更为精准，床身1顶面设有关于驱动单元安装槽 11对称布置的两个V型导轨12，如图4和图5所示，V型导轨12包括开设在床身1上的第一导向槽13和第二导向槽14，第二导向槽14处于第一导向槽13 的下方，第二导向槽14的开口与第一导向槽13的槽底之间通过131导向斜面 15相连；从而V型导轨12的导轨面则由第一导向槽13的内壁、导向斜面15 和第二导向槽14的内壁组成，其中第一导向槽13的内壁除了包含第一导向槽 13的侧壁131外，还应当包含第一导向槽13的一部分底壁132。工作台2的顶面则固定有与相应的V型导轨12滑动配合的滑块21，滑块21的外轮廓形状与 V型导轨12的导轨面的形状相适应。
为了降低移动过程中滑块与V型导轨12之间的摩擦力，本实施例还在V 型导轨12的导轨面上覆盖有四氟乙烯导轨软带。
如图3和图4所示，本实施例的床身1上还设有两条辅助导向槽16，两条辅助导向槽16关于驱动单元安装槽11对称布置，辅助导向槽16和驱动单元安装槽11分别处于相应V型导轨12的两侧。工作台2的底面则通过螺栓固定安装有直线滚柱轴承22，直线滚柱轴承22的结构如图4和图6所示。直线滚柱轴承是本领域较为常见的平面轴承，本实施例在此不再赘述。直线滚柱轴承只是作为一种将工作台与床身之间的滑动摩擦转变为滚动摩擦的手段，本领域技术人员还可以根据具体情况选择其他常见的手段实现工作台与床身之间的滚动摩擦。
如图8和图10和图12所示、结合图2可见，工作台2的顶面固定有用于安装工件100(即待加工的滚动直线导轨)的治具3。本实施例中，该治具3包括固定在工作台2上的底座31，底座31的顶面固定安装有电磁座32，通电后的电磁座32具有磁性；电磁座32的顶面带有电磁凸台33，电磁凸台33与电磁座32是一体设置的，同样具有电磁特性。电磁凸台33呈条状，条状的电磁凸台33的延伸方向与工作台2的往复移动方向相一致，工件100就是放置在电磁凸台33顶面的，电磁座32能够增大电磁凸台33的磁力，使电磁凸台33对工件100具有更大的吸附力度。
电磁座32和电磁凸台33与电源的电流回路中安装有开关，数控单元可以通过控制开关的通断频率控制电磁座32和电磁凸台33的通断状态，通电时吸附工件100，断电时取下工件100。
为了提高加工精度，工件100放置到电磁凸台33上面后，需要使用准位器 4保证整个工件100均处于电磁凸台33的正上方。如图10和图10图11所示，本实施例的准位器4上开设有第一准位槽41，该第一准位槽41的宽度与电磁座 32的宽度相适应，第一准位槽41的槽底还开设有第二准位槽42，该第二准位槽42的宽度与电磁凸台33或工件100的宽度相适应。
工件100的宽度可能比电磁凸台33的宽度大(如图12所示)、也可能两者相当(如图10所示)，当工件100的宽度与电磁凸台33的宽度相当时，第一准位槽41和第二准位槽42能够依次实现工件的两次准位；当工件100的宽度比电磁凸台33的宽度大时，第二准位槽42不能发挥作用，但工件100的宽度一般不会大于电磁座32的宽度，因此第一准位槽41能够始终发挥作用。因此配备多个准位器4，这些准位器4具有不同宽度的第二准位槽42，但具有相同宽度的第一准位槽41(如图10至图13所示)。在准位时，只需选择第二准位槽 42的宽度需要与工件100和电磁凸台33中具有较大宽度的一个相适应的准位器 4即可；不过工件100的宽度一般不会大于电磁座32的宽度，因此第一准位槽 41能够实现二次准位，无论工件100的宽度如何，第一准位槽41都能驱使第二准位槽42带动工件100移动至电磁凸台33的正上方。
为了不影响准位器4的取放，准位器4应该是采用不导磁材料制成的。
如图1和图2所示，本实施例的数控滚动直线导轨磨床还包括跨立在床身1 和工作台2上的龙门式框架5，该龙门式框架5包括两根相对设置的立柱51和固定在两根立柱51之间的横梁52，横梁52外设有防护罩53，该防护罩53的相对两侧分别设有工件入口54和工件出口。由于需要对滚动直线导轨的两侧进行磨削加工，横梁52上对称地设置有两个砂轮55和两套砂轮进给单元56。
如图2和图7所示，本实施例的砂轮进给单元56包括安装在横梁52上的滑板57，在横梁52背向滑板57一侧的侧面上安装有第一交流伺服电机和第一滚珠丝杆副，该第一交流伺服电机的输出轴与第一滚珠丝杆副的丝杆通过联轴器相连，实现传动连接，滑板57的背面(即朝向横梁52一侧的侧面)固定有第一传动座，该第一传动座与第一滚珠丝杆副的丝杆螺母传动连接；由于第一滚珠丝杆副与滑板57分别处于横梁52的两侧，因此横梁52上开开设有供第一传动座穿过的条形口58，该条形口58的延伸方向与滑板57的移动方向相一致。
为了为滑板57提供一定的支撑力，横梁52还带有处于滑板57下边沿的滑轨59，滑板57的下边沿则固定有与该滑轨59滚动配合的直线滚柱轴承510(其结构也如图6所示)。同时，横梁52上还在条形口58的两侧对称地开设了两条导向槽511，使滑板57的水平往复移动具有精确导向性。
滑板57上还安装有第二交流伺服电机512和第二滚珠丝杆副513，该第二交流伺服电机512的输出轴与第二滚珠丝杆副513的丝杆通过联轴器相连，实现传动连接；滑板57上还滑动安装有砂轮架514，滑板57上还开设有两条导向滑槽，该砂轮架514与第二滚珠丝杆副513的丝杆螺母传动连接；砂轮架514 上固定有电机515和第二传动座516，砂轮轴518的其中一端穿过第二传动座 516后与电机的输出轴通过联轴器相连，砂轮轴518则通过两个动静压轴承517 轴向固定在第二传动座516上，并可以与第二传动座516转动配合，砂轮轴518 的另一端则固定安装有砂轮55。
本实施例中，立柱51和横梁52均不作垂直升降运动，砂轮55所处的位置基本与工件100的加工位置相齐平，仅需要利用数控单元和砂轮进给单元56对砂轮55进行水平调节和竖向微调，即滑板57作水平方向上的移动，则可以调节砂轮55与工件100之间的水平距离，砂轮架514作垂直方向上的移动，则可以调节砂轮55与工件100之间的垂直距离；同时，本实施例还在防护罩53顶壁安装有处于砂轮55正上方的水平光栅尺61，并在两根立柱51上分别安装正对治具3的竖直光栅尺62，其中，水平光栅尺61用于检测水平方向上砂轮55 与工件100之间的距离，竖直光栅尺62用于检测竖直方向上砂轮55与工件100 之间的距离。
如图1和图8和图9所示，本实施例的工作台2上还安装有砂轮修整器7，砂轮修整器7包括固定在工作台2顶面的修整座71、以及与修整座71转动配合的金刚滚轮72，金刚滚轮72处于修整座71的顶面，可用于同时对两个砂轮55 进行修整。砂轮修整器7与治具3处于同一运动线路上，在砂轮55完成对工件 100的磨削加工后，砂轮修整器7随工作台2移动至砂轮55位置处对砂轮55进行修整，此时水平光栅尺61用于检测水平方向上砂轮55与金刚滚轮72之间的距离，竖直光栅尺62则用于检测竖直方向上砂轮55与金刚滚轮72之间的距离。
本实施例数控滚动直线导轨磨床的工作原理为：首先将工件100放置在电磁凸台33上，将准位器4放置在治具3上，从治具3一端移动至另一端，对工件100进行准位；准位完成后，数控单元打开开关，电源向电磁座32和电磁凸台33通电，使电源向电磁座32和电磁凸台33具有吸附工件100的磁力，然后取下准位器4；
数控单元启动第三交流伺服电机17，驱使工作台2以预设的速度移动，待工作台2上的治具3前端到达横梁52下方时，水平光栅尺61和竖直光栅尺62 检测砂轮55与工件100之间的距离，并将检测数据转换成数字信号传送给数控单元，数控单元以预设的磨削参数为依据，根据检测结果相应地启动第一交流伺服电机和第二交流伺服电机512，使砂轮55到达预定的加工位置，对工件100 进行加工；加工过程中，水平光栅尺61和竖直光栅尺62实时检测砂轮55与工件100之间的距离，数控单元根据检测结果对砂轮55的位置进行实时微调，避免因砂轮55磨损而影响加工精度；工件100加工完成后，砂轮修整器7随后到达砂轮55位置，此时水平光栅尺61和竖直光栅尺62检测砂轮55与金刚滚轮 72之间的距离，并将检测数据转换成数字信号传送给数控单元，数控单元根据检测结果相应地启动第一交流伺服电机和第二交流伺服电机512，使砂轮55到达预定的修整位置，便于金刚滚轮72对砂轮55进行修整；在修整过程中，水平光栅尺61和竖直光栅尺62实时检测砂轮55与金刚滚轮72之间的距离，数控单元根据检测结果对砂轮55的位置进行实时微调，以确保金刚滚轮72对砂轮55进行完整的修整；金刚滚轮72可以随工作台2以较慢的移动速度(由数控单元控制)边行进边对砂轮55进行修整，也可以静止(也由数控单元控制) 在固定位置对砂轮55进行修整。
Claims (10)
1.一种数控滚动直线导轨磨床，包括工作台，工作台上安装有用于固定工件的治具，工作台上方跨立有龙门式框架，其特征在于，所述的龙门式框架上对称地设有砂轮和砂轮进给单元，各砂轮进给单元分别用于调整相应砂轮与工件之间的距离，所述的工作台上方还设有用于检测相应砂轮与工件之间的距离的位移传感器；
所述的数控滚动直线导轨磨床还包括数控单元，所述的数控单元用于接收位移传感器的输出信号并根据该输出信号控制砂轮进给单元工作。
2.如权利要求1所述的数控滚动直线导轨磨床，其特征在于，包括床身，所述的床身上设有用于驱动工作台沿床身作水平往复移动的第四驱动机构，且床身与工作台之间设有导向件。
3.如权利要求2所述的数控滚动直线导轨磨床，其特征在于，所述的导向件包括设置在床身顶面的V型导轨、以及设置在工作台底面且与该V型导轨滑动配合的滑块，所述的V型导轨的导轨面覆盖有耐磨件。
4.如权利要求2所述的数控滚动直线导轨磨床，其特征在于，所述的砂轮进给单元包括：
安装在龙门式框架上的滑板；
用于驱动该滑板沿龙门式框架作水平往复移动的第一驱动机构，该滑板的移动方向与工作台的移动方向相垂直；
安装在滑板上的砂轮架，所述的砂轮安装在砂轮架朝向工作台的一端，两砂轮分别处于工件的两侧；
用于驱动所述的砂轮架沿滑板作垂直往复移动的第二驱动机构，该砂轮架的移动方向与滑板和工作台的移动方向相垂直；
用于驱动所述的砂轮水平转动的第三驱动机构。
5.如权利要求4所述的数控滚动直线导轨磨床，其特征在于，所述的第一驱动机构包括安装在龙门式框架上的第一交流伺服电机和第一滚珠丝杆副，该第一交流伺服电机的输出轴与第一滚珠丝杆副的丝杆传动连接，所述的滑板上固定有第一传动座，该第一传动座与第一滚珠丝杆副的丝杆螺母传动连接；
所述的第一滚珠丝杆副与滑板分别处于龙门式框架的两侧，该龙门式框架上开设有供第一传动座穿过的条形口，所述条形口的延伸方向与滑板的移动方向相一致。
6.如权利要求5所述的数控滚动直线导轨磨床，其特征在于，所述的龙门式框架带有处于滑板下边沿的滑轨，所述的滑板的下边沿固定有与该滑轨滚动配合的直线滚柱轴承。
7.如权利要求4所述的数控滚动直线导轨磨床，其特征在于，所述的第二驱动机构包括安装在滑板上的第二交流伺服电机和第二滚珠丝杆副，该第二交流伺服电机的输出轴与第二滚珠丝杆副的丝杆传动连接，所述的砂轮架与第二滚珠丝杆副的丝杆螺母传动连接；
所述的砂轮架上固定有第二传动座，该第二传动座上转动配合有砂轮轴，所述的砂轮固定在砂轮轴朝向工作台一端的端部。
8.如权利要求7所述的数控滚动直线导轨磨床，其特征在于，所述的第三驱动机构包括固装在砂轮架上的电机，该电机与砂轮轴传动连接。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的数控滚动直线导轨磨床，其特征在于，所述的位移传感器为光栅尺。
10.如权利要求9所述的数控滚动直线导轨磨床，其特征在于，所述的龙门式框架包括两根相对设置的立柱和固定在两根立柱之间的横梁，横梁外设有防护罩，该防护罩的相对两侧分别设有工件入口和工件出口；所述的光栅尺包括安装在防护罩顶壁且位于砂轮正上方的水平光栅尺、以及安装在立柱上的竖直光栅尺，所述的水平光栅尺用于检测水平方向上砂轮与工件之间的距离，所述的竖直光栅尺用于检测竖直方向上砂轮与工件之间的距离。
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