CN112025412B - 一种大型龙门3+2轴数控机床快速确定和校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型汽车冷冲压模具的加工制造技术领域，特别涉及一种大型龙门3+2轴数控机床快速确定和校正方法，在一预设的坐标系内，布置模具，并以所述模具建立基准位置以作为所述模具的基准面；在所述预设的坐标系内将所述基准球引导入基准面上，以使所述基准球的柄部位于所述基准孔上时，将模具和所述基准球沿所述基准孔的轴向方向自由旋转，以使所述模具、所述基准球在保持相对位置不改变的条件下，形成一加工基准状态，该预设的三维坐标旋转程式用以计算所述基准球的球心位置，通过效验工具表真压表量能够相同，以获得所述基准球的球心位置坐标。

Description

一种大型龙门3+2轴数控机床快速确定和校正方法

技术领域

本发明涉及大型汽车冷冲压模具的加工制造技术领域，特别涉及一种大型龙门3+2轴数控机床快速确定和校正方法。

背景技术

现行方式中，大型汽车冷冲压模具通过数控制造加工的过程中，在摆角加工侧冲结构部分，所采用的技术手段包括：采用的机床为五轴机床或者3+2轴机床的万向附件头等。其中，高端的机床设备带有RTCP补偿功能；中低端的机床设备不具备RTCP补偿功能，而转为通过立轴加工各个斜向基准；相当于在摆角加工侧冲结构部分时，增加了一个步骤的工艺链环节；并在考虑该步骤后，进而再次考虑其他综合因素。

具体地，其他综合因素具体指：(1)轴头机械转角误差、(2)定向误差、(3) 刀长量测误差、(4)基准定位误差、(5)自动补偿误差；显而易见地，上述五项综合因素直接导致加工的难度增加和加工质量不易控制；产生的问题包括：频繁的立轴加工的型面断差以及孔位偏移；最终反映在实际作业中，导致多次返机台配做调整加工，增加制造成本；

而选用高端机床设备，带有RTCP转角补偿功能，其机床设备造价高昂，自身的精度维护保养难度高；另外，在实际操作中冲压模具制造加工条件不佳，在工件大，型腔复查，工件硬度高的情况下，切削粉尘大等导致精度难以维持稳定，仅能靠机床自身转角精度保持，缺乏转角后的角度、位置度验证手段的技术问题；

现有技术中缺少一种能够通过实现大型3+2轴数控机床快速确定和校正中心的方法，可以弥补不带转角补偿的3+2机床设备定中心和误差项目验证手段的技术问题。

发明内容

本发明要解决现有技术中的现有技术中缺少一种能够通过实现大型3+2轴数控机床快速确定和校正中心的方法，不能弥补不带转角补偿的3+2机床设备定中心、机械转角精度效验补偿及对误差项目验证手段的技术问题，提供一种大型龙门3+2轴数控机床快速确定和校正方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种大型龙门+轴数控机床快速确定和校正方法，包括：

步骤一、在一预设的坐标系内，布置模具，并以所述模具建立基准位置以作为所述模具的基准面；

所述基准面构造在所述模具上时，至少构造在所述模具的上部造型曲线的谷底位置，且与所述模具的侧冲孔和侧剪刃口相对远离；

所述谷底位置至少形成一呈窝状的基准台，该基准台在所述模具的上部造型曲线的谷底位置高度为至所述基准面至所述谷底位置/；

基准孔，其自所述谷底位置向所述模具内构造形成的铰孔；以及

基准球，位于所述预设的坐标系内；

雕刻中心，位于所述预设的坐标系内，其自身具视作有独立的三轴坐标系；

步骤二、在所述预设的坐标系内将所述基准球引导入基准面上，以使所述基准球的柄部位于所述基准孔上时，所述基准球的柄部位于谷底位置，并落于所述基准面上；

所述柄部具有延伸端，该延伸端基于一预设滑合精度绞制在所述基准孔内；

步骤三、基于所述延伸端基于一预设滑合精度绞制在所述基准孔内时，将模具和所述基准球沿所述基准孔的轴向方向自由旋转，以使所述模具、所述基准球在保持相对位置不改变的条件下，形成一加工基准状态；

步骤四、依据模具坐标系，引导雕刻中心的三轴坐标系的原点与模具坐标系的原点重合；

所述模具的坐标系，通过如下方式构建，包括：

以所述模具的俯视图的横向建立X轴，纵向建立Y轴；

以所述模具的主视图的纵向建立Z轴；

所述X轴、Y轴、Z轴相互交错于一第一原点，该第一原点为所述模具坐标系的原点；

将模具从一第一预设坐标位通过旋转的方式至一第二预设坐标位；

该第二预设坐标至少包括X轴、Y轴、Z轴的任意两者的组合与所述雕刻中心的坐标系重合；

其中，以所述雕刻中心的坐标系的原点作为模具坐标系的原点，以使所述雕刻中心与所述基准球的中心重合；

其中，第一预设坐标位通过数模工作模块执行功能旋转至一第二预设坐标位旋转时，所述第一预设坐标与所述第二预设坐标，在X轴、Y轴、Z轴之中的一个坐标轴作为共用坐标轴时，旋转前后的另外两组坐标轴数值互为各自的正数或者负数；

并基于在X轴、Y轴、Z轴之中的一个坐标轴作为共用坐标轴时，旋转前、后的另外两组坐标轴数值互为各自的正数或者负数时，基于一个数模工作程序的执行功能获取所述基准孔、所述基准球之间的、且在当前X轴、Y轴、Z轴上的数据读数；

所述数据读数能够被所述数模工作模块执行功能中一轮廓程序输出为在一加工视角的D投影轮廓线；

步骤五、对所述模具、所述基准孔、所述基准球基于所述D投影轮廓线进行立轴加工，并通过百分表测量其精度，以避免累计误差。

步骤六、通过所述数模工作程序的执行功能建立一预设的三维坐标旋转程式，该预设的三维坐标旋转程式用以计算所述基准球的球心位置，通过效验工具表真压表量能够相同，以获得所述基准球的球心位置坐标；

步骤七、将一刀尖移动至所述基准球的球心位置坐标，以所述球心位置坐标建立雕刻中心，并执行一次或者多次步骤四至步骤六。

进一步地，通过数模工作模块执行功能建立一预设的三维坐标旋转程式，以效验基准球具有的球形外表在所述X轴、所述Y轴两侧位置表真压表量对比。

进一步地，效验基准球具有的球形外表在所述X轴、所述Y轴两侧位置表真压表量对比的方式包括：

第一步，通过一第一执行程序单元加载一具有两轴万能摆角铣头的固化程序，并以所述模具视图调整至一预设轴的角度；

第二步，调用杠杆表和刀具组合至摆角头主轴锥孔内，通过一手轮移动刀具使所述杠杆表的表头接近基准球具有的球形外表，所述预设的三维坐标旋转程式，以使刀具中心与刀具组合的切削回转中心同心；

第三步，所述杠杆表的表针接触基准球具有的球形外表，以使刀具组合和杠杆表的表针沿基准球具有的球形外表行进至少360度。

进一步地，计算所述基准球的球心位置坐标的方法，包括如下步骤：在所述Z轴方向加载一刀具，且该刀具接近所述基准球的表面，所述刀具和所述基准球的表面之间能够预制一厚薄规。

本发明具有以下的有益效果：

此方法应用稳定、快速并提高大型汽车外覆盖件的模具制造环节质量，大大降低制造成本。通过实现大型3+2轴数控机床快速确定和校正中心的工艺方法，可以弥补不带转角补偿的3+2设备定中心问题、还可以弥补带转角补偿的 3+2设备，机械转角精度校验补偿问题，也提供了一种有利的验证手段；并同时解决机床附件头转换安装及自身转角等积累误差；模具装配积累误差，使加工精度上具有显著的提高。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的模具断面示意图；

图2为本发明的基准球的示意图；

图3为本发明的基准面局部放大图；

图4为本发明的侧剪、侧冲基准

图5为本发明的坐标系旋转方式原理图；

图6为本发明的三维坐标旋转程式；

图7为本发明的效验坐示意图；

图8为本发明的球心位置计算；

图9为基准球技术要求的一侧实施例。

图中的附图标记表示为：

模具100；基准面1；基准台10；基准孔2；基准球3；雕刻中心310。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本发明提供了一种大型龙门3+2轴数控机床快速确定和校正方法，具体包括如下技术方案：

步骤一、在一预设的坐标系内，布置模具100，并以模具100建立基准位置以作为模具100的基准面1；

基准面1构造在模具100上时，至少构造在模具100的上部造型曲线的谷底位置，且与模具100的侧冲孔和侧剪刃口相对远离；

谷底位置至少形成一呈窝状的基准台10，该基准台10在模具10 0的上部造型曲线的谷底位置高度为至基准面1至谷底位置3/4；

基准孔2，其自谷底位置向模具100内构造形成的铰孔；以及

基准球3，位于预设的坐标系内；

雕刻中心310，位于预设的坐标系内，其自身具视作有独立的三轴坐标系；

步骤二、在预设的坐标系内将基准球3引导入基准面1上，以使基准球3的柄部位于基准孔2上时，基准球3的柄部位于谷底位置，并落于基准面上；

柄部具有延伸端，该延伸端基于一预设滑合精度绞制在基准孔2内；

步骤三、基于延伸端基于一预设滑合精度绞制在基准孔2内时，将模具100 和基准球3 沿基准孔2的轴向方向自由旋转，以使模具100、基准球3 在保持相对位置不改变的条件下，形成一加工基准状态；

步骤四、依据模具坐标系，引导雕刻中心310的三轴坐标系的原点与模具10 0 坐标系的原点重合；

模具10 0的坐标系，通过如下方式构建，包括：

以模具100的俯视图的横向建立X轴，纵向建立Y轴；

以模具100的主视图的纵向建立Z轴；

X轴、Y轴、Z轴相互交错于一第一原点，该第一原点为模具10坐标系的原点；

将模具100从一第一预设坐标位通过旋转的方式至一第二预设坐标位；

该第二预设坐标至少包括X轴、Y轴、Z轴的任意两者的组合与雕刻中心的坐标系重合；

其中，以雕刻中心的坐标系的原点作为模具坐标系的原点，以使雕刻中心 310与基准球3的中心重合；

其中，第一预设坐标位通过数模工作模块执行功能旋转至一第二预设坐标位旋转时，第一预设坐标与第二预设坐标，在X轴、Y轴、Z轴之中的一个坐标轴作为共用坐标轴时，旋转前后的另外两组坐标轴数值互为各自的正数或者负数；

并基于在X轴、Y轴、Z轴之中的一个坐标轴作为共用坐标轴时，旋转前、后的另外两组坐标轴数值互为各自的正数或者负数时，基于一个数模工作程序的执行功能获取基准孔2、基准球3之间的、且在当前X轴、Y轴、Z轴上的数据读数；

数据读数能够被数模工作模块执行功能中一轮廓程序输出为在一加工视角的2D投影轮廓线；

步骤五、对模具100、基准孔2、基准球3基于2D投影轮廓线进行立轴加工，并通过百分表测量其精度，以避免累计误差。

步骤六、通过数模工作程序的执行功能建立一预设的三维坐标旋转程式，该预设的三维坐标旋转程式用以计算基准球3的球心位置，通过效验工具表真压表量能够相同，以获得基准球3的球心位置坐标；

步骤七、将一刀尖移动至基准球3的球心位置坐标，以球心位置坐标建立雕刻中心310，并执行一次或者多次步骤四至步骤六。

进一步地，通过数模工作模块执行功能建立一预设的三维坐标旋转程式，以效验基准球3具有的球形外表在X轴、Y轴两侧位置表真压表量对比。

进一步地，效验基准球3具有的球形外表在X轴、Y轴两侧位置表真压表量对比的方式包括：

第一步，通过一第一执行程序单元加载一具有两轴万能摆角铣头的固化程序，并以模具100视图调整至一预设轴的角度；

第二步，调用杠杆表和刀具组合至摆角头主轴锥孔内，通过一手轮移动刀具使杠杆表的表头接近基准球3具有的球形外表，预设的三维坐标旋转程式，以使刀具中心与刀具组合的切削回转中心同心；

第三步，杠杆表的表针接触基准球3具有的球形外表，以使刀具组合和杠杆表的表针沿基准球3具有的球形外表行进至少360度。

进一步地，计算基准球3的球心位置坐标的方法，包括如下步骤：在Z轴方向加载一刀具，且该刀具接近基准球3的表面，刀具和基准球3的表面之间能够预制一厚薄规。

在一个更为具体的实施方式中，大型龙门3+2轴数控机床快速确定和校正方法，具体为以附图9的技术要求举例说明，本方法可在一预设的数模工作模块中进行，预设的数模工作模块可以为编程工具，可以是编程工具powermill(磨坊)、三维建模工具CATIA(卡蒂亚)或者数控系统FNUC31i(发那科)中的其中一种或者基于可转换扩展名可通用的上述编程工具的多种；

在一预设的数模工作模块中，通过与一与数模工作模块的执行功能不关联的一数模位置的模具100上建立基准位置以作为模具100的基准面1；

基准面1构造在模具100上时，至少构造在模具100的上部造型曲线的谷底位置，且与模具100的侧冲孔和侧剪刃口相对远离；

谷底位置至少形成一呈窝状的基准台10，该基准台10在模具10 0的上部造型曲线的谷底位置高度为至基准面1至谷底位置3/4；

基准孔2，其自谷底位置向模具100内构造形成的铰孔；以及

基准球3，其加载在预设的数模工作模块中；

雕刻中心310，其加载在预设的数模工作模块中，并具有三轴坐标系；

具体的技术要求：基准台/窝∮16.5～∮18(深度要保证3/4平面)；

基准孔∮12(要求绞制配基准球，滑合精度)，深21～25mm。

再次，请参阅基于数模工作模块的执行功能将基准球3引导入基准面1上；以使基准球3的柄部位于基准孔2上时，基准球3的柄部位于谷底位置，并落于基准面上；柄部具有延伸端，该延伸端基于一预设滑合精度绞制在基准孔2内；

进一步地，基于延伸端基于一预设滑合精度绞制在基准孔2内时，基于数模工作模块的执行功能能够将模具100和基准球3 沿基准孔2的轴向方向自由旋转，以使模具100、基准球3 在保持相对位置不改变的条件下，形成一加工基准状态；

请参阅附图5所示，引导雕刻中心310的三轴坐标系的原点与模具10 0坐标系的原点重合；模具10 0的坐标系，通过如下方式构建，包括：以模具100的俯视图的横向建立X轴，纵向建立Y轴；以模具100的主视图的纵向建立Z轴；X轴、Y轴、 Z轴相互交错于一第一原点，该第一原点为模具10 0坐标系的原点；将模具100从一第一预设坐标位通过数模工作模块执行功能旋转至一第二预设坐标位；该第二预设坐标至少包括X轴、Y轴、Z轴的任意两者的组合与雕刻中心的坐标系重合；其中，以雕刻中心的坐标系的原点作为模具坐标系的原点，以使雕刻中心310与与基准球3的中心重合；其中，第一预设坐标位通过数模工作模块执行功能旋转至一第二预设坐标位旋转时，第一预设坐标与第二预设坐标，在X轴、Y轴、Z轴之中的一个坐标轴作为共用坐标轴时，旋转前后的另外两组坐标轴数值互为各自的正数或者负数；并基于在X轴、Y轴、Z轴之中的一个坐标轴作为共用坐标轴时，旋转前、后的另外两组坐标轴数值互为各自的正数或者负数时，数模工作模块执行功能能够执行一加载在其中的固化编程程序，以使固化编程程序可获取基准孔2、基准球3之间的、且在当前X轴、Y轴、Z轴上的数据读数；数据读数能够被数模工作模块执行功能中一轮廓程序输出为在一加工视角的2D 投影轮廓线；以编程工具powermill，FANUC数控机床控制系统建议程序文件不能包含G69；G69：取消机床坐标旋转功能(G68)的设定指令。

步骤五、对模具100、基准孔2、基准球3基于2D投影轮廓线进行立轴加工，并通过百分表测量其精度，以避免累计误差。

步骤六、通过数模工作模块执行功能建立一预设的三维坐标旋转程式，该预设的三维坐标旋转程式用以计算基准球3的球心位置，通过效验工具表真压表量能够相同，以获得基准球3的球心位置坐标；请参阅附图6所示，附图6中给出，在编程工具powermill时，坐标的设定方式；附图6中，雕刻中心G92XOYOZO； FANUC数控机床控制系统中标准应用G代码指令：

G69：取消机床坐标旋转功能(G68)的设定指令

G54：定义第一工件加工坐标系

G92：设定工件坐标系指令

G92 X0 Y0 Z0：设定当前刀位点为工件坐标系原点；

G91Z-(T+R)中，G91Z的代码含义；

G91：增量坐标编程代码指令；

Z：代表Z轴，一般用于指定该轴的坐标数值。

步骤七、基于一MDI，将一刀尖移动至基准球3的球心位置坐标，以球心位置坐标建立雕刻中心310，并执行一次或者多次步骤四至步骤六；

MDI表示的含义为FANUC数控机床控制系统标准应用模式：手动编辑模式。

通过数模工作模块执行功能建立一预设的三维坐标旋转程式，以效验基准球3具有的球形外表在X轴、Y轴两侧位置表真压表量对比。

效验基摇动手摇轮校正位置使刀具中心(即切削轴的回转中心)和圆球中心同心.校正方式为使表针接触圆球表面,转动刀柄使表针扫过圆球360度,分别校正圆球X向和Y向两侧位置表真压表量相同。具体为附图7，基准球3具有的球形外表在X轴、Y轴两侧位置表真压表量对比的方式包括：

第一步，通过一第一执行程序单元加载一具有两轴万能摆角铣头的固化程序，并以模具100视图调整至一预设轴的角度；

第二步，调用杠杆表和刀具组合至摆角头主轴锥孔内，通过一手轮移动刀具使杠杆表的表头接近基准球3具有的球形外表，预设的三维坐标旋转程式，以使刀具中心与刀具组合的切削回转中心同心；

第三步，杠杆表的表针接触基准球3具有的球形外表，以使刀具组合和杠杆表的表针沿基准球3具有的球形外表行进至少360度。

计算基准球3的球心位置坐标的方法，包括如下步骤：在Z轴方向加载一刀具，且该刀具接近基准球3的表面，刀具和基准球3的表面之间能够预制一厚薄规。具体为刀具轴以接近圆球表面,可放置一厚薄规于刀尖及圆球间，已知厚薄规厚度为T,基准球的半径R，因此可推算出球心位置。并通过程序中表达式予以表达。具体的实施例中，在程序MDI下先将刀尖移动至球心G91Z-(T+R),然后再取消旋转(G69)，建立雕刻中心：G92X0Y0Z0(或G54中)，重新运行三维坐标旋转程序就此，可进行后续操作手动空间孔加工和自动程序(2d/3d)的调用加工。通过上述方法，能够弥补不带转角补偿的3+2机床设备定中心、机械转角精度效验补偿及对误差项目验证手段。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种大型龙门3+2轴数控机床快速确定和校正方法，其特征在于，包括：

步骤一、在一预设的坐标系内，布置模具(100)，并以所述模具(100)建立基准位置以作为所述模具(100)的基准面(1)；

所述基准面(1)构造在所述模具(100)上时，至少构造在所述模具(100)的上部造型曲线的谷底位置，且与所述模具(100)的侧冲孔和侧剪刃口相对远离；

所述谷底位置至少形成一呈窝状的基准台(10)，该基准台(10)在所述模具(100 )的上部造型曲线的谷底位置高度为至所述基准面(1)至所述谷底位置3/4；

基准孔(2)，其自所述谷底位置向所述模具(100)内构造形成的铰孔；以及

基准球(3)，位于所述预设的坐标系内；

雕刻中心(310)，位于所述预设的坐标系内，其自身具视作有独立的三轴坐标系；

步骤二、在所述预设的坐标系内将所述基准球(3)引导入基准面(1)上，以使所述基准球(3)的柄部位于所述基准孔(2)上时，所述基准球(3)的柄部位于谷底位置，并落于所述基准面上；

所述柄部具有延伸端，该延伸端基于一预设滑合精度绞制在所述基准孔(2)内；

步骤三、基于所述延伸端基于一预设滑合精度绞制在所述基准孔(2)内时，将模具(100)和所述基准球(3 )沿所述基准孔(2)的轴向方向自由旋转，以使所述模具(100)、所述基准球(3 )在保持相对位置不改变的条件下，形成一加工基准状态；

步骤四、依据模具坐标系，引导雕刻中心(310)的三轴坐标系的原点与模具(100 )坐标系的原点重合；

所述模具(100 )的坐标系，通过如下方式构建，包括：

以所述模具(100)的俯视图的横向建立X轴，纵向建立Y轴；

以所述模具(100)的主视图的纵向建立Z轴；

所述X轴、Y轴、Z轴相互交错于一第一原点，该第一原点为所述模具(100 )坐标系的原点；

将模具(100)从一第一预设坐标位通过旋转的方式至一第二预设坐标位；

该第二预设坐标至少包括X轴、Y轴、Z轴的任意两者的组合与所述雕刻中心的坐标系重合；

其中，以所述雕刻中心的坐标系的原点作为模具坐标系的原点，以使所述雕刻中心(310)与所述基准球(3)的中心重合；

其中，第一预设坐标位通过数模工作模块执行功能旋转至一第二预设坐标位旋转时，所述第一预设坐标与所述第二预设坐标，在X轴、Y轴、Z轴之中的一个坐标轴作为共用坐标轴时，旋转前后的另外两组坐标轴数值互为各自的正数或者负数；

并基于在X轴、Y轴、Z轴之中的一个坐标轴作为共用坐标轴时，旋转前、后的另外两组坐标轴数值互为各自的正数或者负数时，基于一个数模工作程序的执行功能获取所述基准孔(2)、所述基准球(3)之间的、且在当前X轴、Y轴、Z轴上的数据读数；

所述数据读数能够被所述数模工作模块执行功能中一轮廓程序输出为在一加工视角的2D投影轮廓线；

步骤五、对所述模具(100)、所述基准孔(2)、所述基准球(3)基于所述2D投影轮廓线进行立轴加工，并通过百分表测量其精度，以避免累计误差；

步骤六、通过所述数模工作程序的执行功能建立一预设的三维坐标旋转程式，该预设的三维坐标旋转程式用以计算所述基准球(3)的球心位置，通过效验工具表真压表量能够相同，以获得所述基准球(3)的球心位置坐标；

步骤七、将一刀尖移动至所述基准球(3)的球心位置坐标，以所述球心位置坐标建立雕刻中心(310)，并执行一次或者多次步骤四至步骤六。

2.如权利要求1所述的大型龙门3+2轴数控机床快速确定和校正方法，其特征在于，通过数模工作模块执行功能建立一预设的三维坐标旋转程式，以效验基准球(3)具有的球形外表在所述X轴、所述Y轴两侧位置表真压表量对比。

3.如权利要求2所述的大型龙门3+2轴数控机床快速确定和校正方法，其特征在于，效验基准球(3)具有的球形外表在所述X轴、所述Y轴两侧位置表真压表量对比的方式包括：

第一步，通过一第一执行程序单元加载一具有两轴万能摆角铣头的固化程序，并以所述模具(100)视图调整至一预设轴的角度；

第二步，调用杠杆表和刀具组合至摆角头主轴锥孔内，通过一手轮移动刀具使所述杠杆表的表头接近基准球(3)具有的球形外表，所述预设的三维坐标旋转程式，以使刀具中心与刀具组合的切削回转中心同心；

第三步，所述杠杆表的表针接触基准球(3)具有的球形外表，以使刀具组合和杠杆表的表针沿基准球(3)具有的球形外表行进至少360度。

4.如权利要求2所述的大型龙门3+2轴数控机床快速确定和校正方法，其特征在于，计算所述基准球(3)的球心位置坐标的方法，包括如下步骤：在所述Z轴方向加载一刀具，且该刀具接近所述基准球(3)的表面，所述刀具和所述基准球(3)的表面之间能够预制一厚薄规。

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