CN110052881A - 一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法,分为零件毛坯装夹定位、粗加工基准建立、铣削基准面以及B=0°、90°、180°、270°工位时精加工基准建立,建立精加工坐标系时通过测量基准面距离将各工位基准的加工原点偏移到同一点上,在不同工位加工时分别调用对应的坐标系,从而消除了机床回转误差对加工精度的影响。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域,具体涉及一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法。
背景技术
随着航空技术的发展,现代飞机机动性能、飞行性能、使用寿命和低制造成本等性能指标不断提高,航空结构件已逐渐向大型化、整体化、薄壁化、复杂化等方向发展。在复杂结构零件的数控加工过程中,往往存在加工需要反复装夹定位、加工辅助时间和数控在机时间增长、开敞性差的结构难以精确到位等问题,加之形位精度和尺寸精度要求的提高,对复杂结构件数控加工技术提出了很大的挑战。
复杂零件通常需要多工位转换加工,而多工位转换加工往往存在受机床回转误差、装夹误差等因素影响而导致加工精度低的问题,已成为当前制约飞机研制周期和批量生产的重要问题之一。以加工腹板零件为例,如图1所示,腹板毛坯在B=0°工位加工形成腹板A面,在B=180°工位加工形成腹板B面。在机床回转中心无误差的理想状态下腹板零件的厚度为AA1,在机床回转中心存在误差的实际状态下腹板零件的厚度变成AA2,理论值AA1和实际值AA2存在差异,尺寸超差严重时会导致零件报废。
现有技术还无法解决多工位转换加工过程中多个加工基准对应找正的问题。
发明内容
本发明针对复杂零件在工作台上一次装夹后转换多个工位数控加工时存在加工精度容易受到机床回转误差、零件装夹误差影响而导致零件加工精度降低的问题,提供一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法,对一次装夹加工时多工位的加工基准协同找正,有效降低机床回转误差、零件装夹误差对零件加工精度的影响。
本发明主要通过以下技术方案实现:一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法,以正对工作台的视角逆时针依次设置B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°工位四个工位,在四个工位对长方体形零件毛坯转换加工的基准找正方法包括以下步骤:
第一步:在AB摆机床的工作台上通过夹具定位装夹零件毛坯后,校正B摆和零件毛坯装夹平面度,建立粗加工基准;
第二步:在零件毛坯上通过铣削加工形成多个分别与XY平面、YZ平面、XZ平面平行的基准面;
第三步:在B=0°工位,通过第二步中的基准面建立、复查、保存B=0°工位的以x=0、y=0、z=0为坐标原点的加工坐标系;
第四步:在B=90°工位,将B=0°工位的坐标系逆时针旋转90°,并通过基准面确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存B=90°工位的加工坐标系后,测量此时x方向上零件毛坯两侧相互平行的两个基准面的距离L1并将此距离作为补偿变量保存;
第五步:在B=180°工位,将B=0°工位的坐标系逆时针旋转180°,并通过基准面和第四步中测量的基准面的距离L1确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存B=180°工位的加工坐标系后,测量此时x方向上零件毛坯两侧相互平行的两个基准面的距离L2并将此距离作为补偿变量保存;
第六步:在B=270°工位,将B=0°工位的坐标系逆时针旋转270°,并通过基准面和第四步中测量的基准面的距离L2确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存B=270°工位的加工坐标系;
第七步:根据补偿变量将加工原点偏移到同一点上,关联B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°四个工位对应的加工坐标系。
进一步地,所述第一步中校正B摆和零件毛坯装夹平面度的方法为:在零件毛坯的同一个平面F1上选取两个不同的点①、点②,通过探头检测点①、点②的坐标,调整零件毛坯和/或AB摆机床,使点①、点②所在平面F1位于B=0°。
进一步地,所述第一步中建立粗加工基准的方法为:在零件毛坯的两两相互垂直的三个平面上分别选取一个点,记为点③、点④、点⑤,通过探头检测点③、点④、点⑤的坐标,确定坐标为x=0、z=0、y=0的加工原点的位置并设定粗加工坐标系。
进一步地,设定粗加工坐标系后,先在与粗加工坐标系中XZ平面平行的一个零件毛坯表面上选取点⑥,通过探头检测点⑥的坐标,检查零件毛坯垂直Y向的平面度;再与粗加工坐标系中XY平面平行的一个零件毛坯表面上选取点⑦,通过探头检测点⑦的坐标,检查零件毛坯垂直Z向的平面度。
进一步地,所述第二步中,在铣削加工之前先在夹具与YZ平面平行的面上选取点⑧、在夹具与XZ平面平行的面上选取点⑨,通过探头检测点⑧、点⑨的坐标检查零件毛坯和夹具的相对位置关系是否符合加工要求。
进一步地,所述第二步中通过铣削加工在与XZ平面平行的一个毛坯面、与XY平面平行的两个毛坯面、与YZ平面平行的两个毛坯面分别形成基准面。
一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法,以正对工作台的视角顺时针依次设置B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°工位四个工位,在四个工位对长方体形零件毛坯转换加工的基准找正方法包括以下步骤:
第一步:在AB摆机床的工作台上通过夹具定位装夹零件毛坯后,校正B摆和零件毛坯装夹平面度,建立粗加工基准;
第二步:在零件毛坯上通过铣削加工形成多个分别与XY平面、YZ平面、XZ平面平行的基准面;
第三步:在B=0°工位,通过第二步中的基准面建立、复查、保存B=0°工位的以x=0、y=0、z=0为坐标原点的加工坐标系;
第四步:在B=90°工位,将B=0°工位的坐标系顺时针旋转90°,并通过基准面确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存B=90°工位的加工坐标系后,测量此时x方向上零件毛坯两侧相互平行的两个基准面的距离L1并将此距离作为补偿变量保存;
第五步:在B=180°工位,将B=0°工位的坐标系顺时针旋转180°,并通过基准面和第四步中测量的基准面的距离L1确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存B=180°工位的加工坐标系后,测量此时x方向上零件毛坯两侧相互平行的两个基准面的距离L2并将此距离作为补偿变量保存;
第六步:在B=270°工位,将B=0°工位的坐标系顺时针旋转270°,并通过基准面和第四步中测量的基准面的距离L2确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存B=270°工位的加工坐标系;
第七步:根据补偿变量将加工原点偏移到同一点上,关联B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°四个工位对应的加工坐标系。
本发明的有益效果:
本发明所述的复杂零件多工位转换加工基准找正方法,分为零件毛坯装夹定位、粗加工基准建立、铣削基准面以及B=0°、90°、180°、270°工位时精加工基准建立,建立精加工坐标系时通过测量基准面距离将各工位基准的加工原点偏移到同一点上,在不同工位加工时分别调用对应的坐标系,从而消除了机床回转误差对加工精度的影响。
附图说明
图1是机床回转误差示意图。
图2是零件装夹示意图。
图3是粗加工基准探头找正示意图。
图4是零件基准面示意图。
图5是B=0°工位精加工基准探头找正示意图。
图6是B=90°工位精加工基准探头找正示意图。
图7是B=180°工位精加工基准探头找正示意图。
图8是B=270°工位精加工基准探头找正示意图。
其中,1、零件毛坯;2、夹具;3、工作台;4、探头;5、基准面;001、腹板A面;002、腹板B面;100、对称面。
具体实施方式
本发明采用AB摆机床对通过夹具安装在工作台上的结构复杂的复杂零件进行数控加工,AB摆机床的A摆角范围为-120°~+60°,B摆角范围为连续的360°。在AB摆机床的工作区域内以方形工作台为参考,逆时针或者顺时针设置B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°工位四个工位。而且,本发明采用长方体形的零件毛坯进行复杂零件的数控加工。逆时针和顺时针设置B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°工位四个工位时,加工基准找正方法的原理相同、操作过程中仅坐标系旋转方向相反,故本实施例中以逆时针依次设置不同工位为例,对一次装夹零件毛坯后多工位转换加工时基准找正的方法进行详细说明。
实施例1:
如图2所示,零件毛坯通过夹具安装在AB摆机床的工作台上,设置依次垂直的B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°工位四个工位,且B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°工位四个工位以正对工作台的角度逆时针依次设置。将零件毛坯一次装夹在工作台上进行B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°工位四个工位转换加工,复杂零件多工位转换加工基准找正方法包括以下步骤:
第一步:如图1所示,定位装夹零件毛坯后,先用探头检测点①和点②,进行B摆浇筑,使点①和点②所在的毛坯面位于B=0°;然后用探头检测毛坯表面的点③、点④、点⑤以分别确定x=0、y=0、z=0的位置;最后用探头检测点⑥的y值从而检测零件毛坯垂直y向的平面度,以及用探头检测点⑦的z值从而检测零件毛坯垂直z向的平面度;
第二步:调用粗加工基准对零件毛坯进行铣削加工,形成A1、E1、B、A2、E2、D、C1、C2共八个基准面,分别位于零件毛坯五个面上的八个基准面满足以下关系:基准面A1、基准面E1、基准面B相互垂直,基准面A2、基准面E2、基准面D相互垂直;基准面B、基准面D相互平行,基准面A1、基准面A2共面,基准面E1、基准面E2共面,基准面C1、基准面C2共面,且基准面A1和基准面A2与基准面C1和基准面C2平行;基准面A1、基准面E1、基准面B、基准面C1和基准面A2、基准面E2、基准面D、基准面C2分别位于零件毛坯的两端;
第三步:如图5所示,在B=0°工位,用探头分别检测基准面A1和基准面A2上一点,进行B摆校正,使基准面A1和基准面A2位于B=0°,然后分别通过基准面A1、基准面E1、基准面B确定加工原点x=0、y=0、z=0的位置,读取找正的加工基准并分别通过基准面A2、基准面E2、基准面D复查x、y、z值,复查无误后保存坐标系以备后续使用;
第四步:如图6所示,在B=90°工位,将B=0°工位的坐标系逆时针旋转90°,并通过基准面A1、基准面B确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存坐标系后以备后续使用,用探头测量基准面A1和基准面C1之间的距离Lac,将距离Lac的值存储在机床变量中作为后续基准建立时的偏移值;
第五步:如图7所示,在B=180°工位,将B=0°工位的坐标系逆时针旋转180°,并通过基准面B确定新的x=0位置,通过基准面C1和图6中所测量的偏移值Lac确定新的z=0位置,y值保持不变,保存坐标系后以备后续使用,用探头测量基准面B和基准面D之间的距离Lbd,将距离Lbd的值存储在机床变量中作为后续基准建立时的偏移值;
第六步:如图8所示,在B=270°工位,将B=0°工位的坐标系逆时针旋转270°,并通过基准面A2确定新的x=0位置,通过基准面D和图7中所测量偏移值Lbd确定新的z=0位置,y值保持不变,保存坐标系以备后续使用;
第七步:根据补偿变量Lac、Lbd将加工原点偏移到同一点上,关联B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°四个工位对应的加工坐标系。
实施例2:
本实施例是在实施例1的基础上进行优化,一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法采用以下技术方案,分为零件毛坯装夹定位、粗加工基准建立、铣削基准面以及B=0°、90°、180°、270°工位时精加工基准建立,具体实施步骤如下所示。
第一步:零件毛坯定位装夹后,校正B摆和零件毛坯装夹平面度、以零件毛坯边建立粗加工基准。
粗加工基准确定的过程如下:
(1)如图3所示,装夹零件毛坯后,首先用探头检测点①和点②,进行B摆校正,使零件点①和点②所在的毛坯面位于B=0°;然后通过图1中所示三个毛坯表面的点③、点④、点⑤分别确定加工原点的坐标x=0、z=0、y=0位置;检测图中点⑥y值从而检查零件毛坯垂直Y向的平面度,检测图中点⑦z值从而检查零件毛坯垂直Z向的平面度。
进一步,在铣削加工前先通过点⑧和点⑨检查零件毛坯与工装夹具的相对位置关系是否符合加工要求。
(2)铣削加工在5个毛坯面上形成基准面。
确定粗加工基准后,调用程序铣削基准面,两组基准面分别位于两件毛坯的两端。基准面如图4-图8所示,共八个基准面A1、E1、B、A2、E2、D、C1、C2,基准面A1、E1、B、C1位于零件毛坯一端,基准面A2、E2、D、C2位于零件毛坯另一端。基准面A1、A2共面,基准面C1、C2共面,基准面E1、E2共面,基准面A1、A2所在平面与基准面C1、C2所在平面平行,基准面B与基准面D平行,基准面A1、E1、B相互垂直,基准面A2、E2、D相互垂直。
由于机床回转中心偏差的影响,基准面A1和C1之间的距离Lac、基准面B和D之间的距离Lbd与理论值存在偏差,如果对回转误差不进行补偿直接加工零件,腹板、缘条等尺寸受该回转误差影响容易超差。在铣削基准面完成后,使用探头构建精加工基准,为消除回转误差,在图5~8所示B=0°、B=90°、B=180°、B=270°四个工位分别建立加工坐标系,建立坐标系时通过测量基准面距离将各个工位基准的加工原点偏移到同一点上,不同工位加工时分别调用对应的坐标系。
精加工基准建立的步骤如下:
(1)如图5所示,在B=0°工位,首先用探头分别检测基准面A1和A2上一点,进行B摆校正,使基准面A1和A2所在的平面位于B=0°,分别通过基准面B、E1、A1确定加工原点的x=0、y=0、z=0位置,读取找正的加工基准并分别通过基准面D、E2、A2复查x、y、z值,复查无问题后保存坐标系以备后续使用,例如使用SAVE_G54(2)保存。
(2)如图6所示,在B=90°工位,首先将B=0°工位的坐标系旋转90°,然后分别通过基准面A1、B确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存坐标系以备后续使用,例如使用SAVE_G54(3)保存,使用探头测量基准面A1和C1之间的距离Lac,将值存储在机床变量中,作为后续基准建立时的偏移值。
(3)如图7所示,在B=180°工位,首先将B=0°工位的坐标系旋转180°,通过基准面B确定新的x=0位置,通过基准面C1以及图6中所测量的偏移值Lac确定新的z=0位置,y值保持不变,保存坐标系以备后续使用,例如使用SAVE_G54(4)保存,使用探头测量基准面B和D之间的距离Lbd,将值存储在机床变量中,作为后续基准建立时的偏移值。
(4)如图8所示,在B=270°工位,首先将B=0°工位的坐标系旋转270°,通过基准面A2确定新的x=0位置,通过基准面D以及图7中所测量偏移值Lbd确定新的z=0位置,y值保持不变,保存坐标系以备后续使用,例如使用SAVE_G54(5)保存。
综上所述,建立精加工坐标系时通过测量基准面距离将各工位基准的加工原点偏移到同一点上,在不同工位加工时分别调用对应的坐标系,从而消除了机床回转误差对加工精度的影响。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同,故不再赘述。
实施例3:
零件毛坯通过夹具安装在AB摆机床的工作台上,设置依次垂直的B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°工位四个工位,且B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°工位四个工位以正对工作台的角度顺时针依次设置。将零件毛坯一次装夹在工作台上进行B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°工位四个工位转换加工,复杂零件多工位转换加工基准找正方法包括以下步骤:
第一步:定位装夹零件毛坯后,先用探头检测点①和点②,进行B摆浇筑,使点①和点②所在的毛坯面位于B=0°;然后用探头检测毛坯表面的点③、点④、点⑤以分别确定x=0、y=0、z=0的位置;最后用探头检测点⑥的y值从而检测零件毛坯垂直y向的平面度,以及用探头检测点⑦的z值从而检测零件毛坯垂直z向的平面度;
第二步:调用粗加工基准对零件毛坯进行铣削加工,形成A1、E1、B、A2、E2、D、C1、C2共八个基准面,分别位于零件毛坯五个面上的八个基准面满足以下关系:基准面A1、基准面E1、基准面B相互垂直,基准面A2、基准面E2、基准面D相互垂直;基准面B、基准面D相互平行,基准面A1、基准面A2共面,基准面E1、基准面E2共面,基准面C1、基准面C2共面,且基准面A1和基准面A2与基准面C1和基准面C2平行;基准面A1、基准面E1、基准面B、基准面C1和基准面A2、基准面E2、基准面D、基准面C2分别位于零件毛坯的两端;
第三步:在B=0°工位,用探头分别检测基准面A1和基准面A2上一点,进行B摆校正,使基准面A1和基准面A2位于B=0°,然后分别通过基准面A1、基准面E1、基准面B确定加工原点x=0、y=0、z=0的位置,读取找正的加工基准并分别通过基准面A2、基准面E2、基准面D复查x、y、z值,复查无误后保存坐标系以备后续使用;
第四步:在B=90°工位,将B=0°工位的坐标系顺时针旋转90°,并通过基准面A1、基准面B确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存坐标系后以备后续使用,用探头测量基准面A1和基准面C1之间的距离Lac,将距离Lac的值存储在机床变量中作为后续基准建立时的偏移值;
第五步:在B=180°工位,将B=0°工位的坐标系顺时针旋转180°,并通过基准面B确定新的x=0位置,通过基准面C1和所测量的偏移值Lac确定新的z=0位置,y值保持不变,保存坐标系后以备后续使用,用探头测量基准面B和基准面D之间的距离Lbd,将距离Lbd的值存储在机床变量中作为后续基准建立时的偏移值;
第六步:在B=270°工位,将B=0°工位的坐标系顺时针旋转270°,并通过基准面A2确定新的x=0位置,通过基准面D和所测量偏移值Lbd确定新的z=0位置,y值保持不变,保存坐标系以备后续使用;
第七步:根据补偿变量Lac、Lbd将加工原点偏移到同一点上,关联B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°四个工位对应的加工坐标系。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明做任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化,均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法,其特征在于,以正对工作台的视角逆时针依次设置B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°工位四个工位,在四个工位对长方体形零件毛坯转换加工的基准找正方法包括以下步骤:
第一步:在AB摆机床的工作台上通过夹具定位装夹零件毛坯后,校正B摆和零件毛坯装夹平面度,建立粗加工基准;
第二步:在零件毛坯上通过铣削加工形成多个分别与XY平面、YZ平面、XZ平面平行的基准面;
第三步:在B=0°工位,通过第二步中的基准面建立、复查、保存B=0°工位的以x=0、y=0、z=0为坐标原点的加工坐标系;
第四步:在B=90°工位,将B=0°工位的坐标系逆时针旋转90°,并通过基准面确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存B=90°工位的加工坐标系后,测量此时x方向上零件毛坯两侧相互平行的两个基准面的距离L1并将此距离作为补偿变量保存;
第五步:在B=180°工位,将B=0°工位的坐标系逆时针旋转180°,并通过基准面和第四步中测量的基准面的距离L1确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存B=180°工位的加工坐标系后,测量此时x方向上零件毛坯两侧相互平行的两个基准面的距离L2并将此距离作为补偿变量保存;
第六步:在B=270°工位,将B=0°工位的坐标系逆时针旋转270°,并通过基准面和第四步中测量的基准面的距离L2确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存B=270°工位的加工坐标系;
第七步:根据补偿变量将加工原点偏移到同一点上,关联B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°四个工位对应的加工坐标系。
2.根据权利要求1所述的一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法,其特征在于,所述第一步中校正B摆和零件毛坯装夹平面度的方法为:在零件毛坯的同一个平面F1上选取两个不同的点①、点②,通过探头检测点①、点②的坐标,调整零件毛坯和/或AB摆机床,使点①、点②所在平面F1位于B=0°。
3.根据权利要求2所述的一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法,其特征在于,所述第一步中建立粗加工基准的方法为:在零件毛坯的两两相互垂直的三个平面上分别选取一个点,记为点③、点④、点⑤,通过探头检测点③、点④、点⑤的坐标,确定坐标为x=0、z=0、y=0的加工原点的位置并设定粗加工坐标系。
4.根据权利要求3所述的一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法,其特征在于,设定粗加工坐标系后,先在与粗加工坐标系中XZ平面平行的一个零件毛坯表面上选取点⑥,通过探头检测点⑥的坐标,检查零件毛坯垂直Y向的平面度;再与粗加工坐标系中XY平面平行的一个零件毛坯表面上选取点⑦,通过探头检测点⑦的坐标,检查零件毛坯垂直Z向的平面度。
5.根据权利要求4所述的一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法,其特征在于,所述第二步中,在铣削加工之前先在夹具与YZ平面平行的面上选取点⑧、在夹具与XZ平面平行的面上选取点⑨,通过探头检测点⑧、点⑨的坐标检查零件毛坯和夹具的相对位置关系是否符合加工要求。
6.根据权利要求1所述的一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法,其特征在于,所述第二步中通过铣削加工在与XZ平面平行的一个毛坯面、与XY平面平行的两个毛坯面、与YZ平面平行的两个毛坯面分别形成基准面。
7.一种复杂零件多工位转换加工基准找正方法,其特征在于,以正对工作台的视角顺时针依次设置B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°工位四个工位,在四个工位对长方体形零件毛坯转换加工的基准找正方法包括以下步骤:
第一步:在AB摆机床的工作台上通过夹具定位装夹零件毛坯后,校正B摆和零件毛坯装夹平面度,建立粗加工基准;
第二步:在零件毛坯上通过铣削加工形成多个分别与XY平面、YZ平面、XZ平面平行的基准面;
第三步:在B=0°工位,通过第二步中的基准面建立、复查、保存B=0°工位的以x=0、y=0、z=0为坐标原点的加工坐标系;
第四步:在B=90°工位,将B=0°工位的坐标系顺时针旋转90°,并通过基准面确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存B=90°工位的加工坐标系后,测量此时x方向上零件毛坯两侧相互平行的两个基准面的距离L1并将此距离作为补偿变量保存;
第五步:在B=180°工位,将B=0°工位的坐标系顺时针旋转180°,并通过基准面和第四步中测量的基准面的距离L1确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存B=180°工位的加工坐标系后,测量此时x方向上零件毛坯两侧相互平行的两个基准面的距离L2并将此距离作为补偿变量保存;
第六步:在B=270°工位,将B=0°工位的坐标系顺时针旋转270°,并通过基准面和第四步中测量的基准面的距离L2确定新的x=0、z=0位置,y值保持不变,保存B=270°工位的加工坐标系;
第七步:根据补偿变量将加工原点偏移到同一点上,关联B=0°工位、B=90°工位、B=180°工位、B=270°四个工位对应的加工坐标系。
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