CN112222523B - 一种可三轴联动的螺旋拉床刀杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可三轴联动的螺旋拉床刀杆，包括：刀杆，内部设有活动空腔，周壁设有沿刀杆径向延伸至活动空腔的径向孔；伸缩刀柄，安装于径向孔，外端设有刀片，内端设有第一导向结构，所述第一导向结构延伸方向与刀头轴线方向呈倾斜夹角；进给杆，滑动安装于活动空腔内，前端设有与第一导向结构配合的第二导向结构，所述进给杆滑动能带动伸缩刀柄沿径向孔滑动。本发明通过第一导向结构与第二导向结构的配合，使得进给杆前后滑动时，能带动伸缩刀柄沿径向孔伸缩滑动，实现伸缩刀柄外端的刀片能伸缩，刀片的外周半径变化，进而体现在工件上的螺旋槽的直径变化，即螺旋槽的槽深变化，实现螺旋槽的变径加工，满足特种加工的需求。

Description

一种可三轴联动的螺旋拉床刀杆

技术领域

本发明涉及机加工领域，特别是涉及一种可三轴联动的螺旋拉床刀杆。

背景技术

拉床是用拉刀作为刀具加工工件通孔、平面和成形表面的机床。拉削能获得较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度，生产率高，适用于成批大量生产。

拉削具有精度高和生产效率高的特点；拉床不仅可以拉削直纹面，也可以对工件内孔的螺旋槽进行加工，通过主轴装夹刀具(或工件)旋转，滑板带动工件(或刀具)移动，实现螺旋槽的加工。但是当螺旋槽的直径(螺旋槽槽深)变化时，传统的刀杆和刀具满足不了加工需求。

另外，内螺旋槽加工还可以采用数控车床、数控插床加工，但是对于长径比较大的工件和长度超过400mm工件，由于刀杆悬伸长，刚性差，易产生工件表面振纹、断刀、机床震动大等现象，其加工精度低、生产效率非常低下。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种可三轴联动的螺旋拉床刀杆，能够实现刀具的径向伸缩，以满足直径变化的螺旋槽加工的需求。

根据本发明的第一方面实施例的可三轴联动的螺旋拉床刀杆，包括：刀杆本体，内部设有活动空腔，周壁设有沿刀杆本体径向延伸至活动空腔的径向孔；伸缩刀柄，安装于径向孔，外端设有刀片，内端设有第一导向结构，所述第一导向结构延伸方向与刀头轴线方向呈倾斜夹角；进给杆，滑动安装于活动空腔内，前端设有与第一导向结构配合的第二导向结构，所述进给杆滑动能带动伸缩刀柄沿径向孔滑动。

根据本发明实施例的一种可三轴联动的螺旋拉床刀杆，至少具有如下技术效果：通过第一导向结构与第二导向结构的配合，使得进给杆前后滑动时，能带动伸缩刀柄沿径向孔伸缩滑动，实现伸缩刀柄外端的刀片能伸缩，刀片的外周半径变化，进而体现在工件上的螺旋槽的直径变化，即螺旋槽的槽深变化，实现螺旋槽的变径加工，满足特种加工的需求；另外，也可以通过更换伸缩刀柄或更换第二导向结构，实现对多种规格的螺旋槽进行加工，提高装置的适用性，减少工件生产成本。

另外，也可以通过调节伸缩刀柄的位置，实现对多种规格的螺旋槽进行加工，提高装置的适用性，减少刀杆的设计和加工成本；当面对螺旋槽深度较大时，可进行多次加工，刀片伸出的尺寸逐渐加大，即刀片的加工半径从小到大进行多次加工；不仅适用与变径的螺旋槽加工，也适合螺旋槽深度较大时的螺旋槽加工。

根据本发明的一些实施例，所述刀杆本体包括：拉刀杆，内部设有第一中空腔；刀头，可拆卸安装于拉刀杆前端并能随拉刀杆同步旋转，内部设有第二中空腔，所述径向孔设于刀头；其中所述第一中空腔和第二中空腔连通并形成活动空腔。

根据本发明的一些实施例，所述第二中空腔具有朝内凸起的凸角，所述进给杆设有与凸角配合的凹角。

根据本发明的一些实施例，所述凸角和凹角均呈矩形分布有四个。

根据本发明的一些实施例，所述第一导向结构为截面为T型的滑轨，所述第二导向结构为与滑轨匹配的呈T型的滑槽，所述滑轨和滑槽均从后向前朝进给杆中心轴线倾斜延伸。

根据本发明的一些实施例，所述刀头周壁开设有若干嵌槽，所述嵌槽内嵌装有耐磨片，所述耐磨片凸出刀头周壁。

根据本发明的一些实施例，所述嵌槽槽底面与刀头轴线呈倾斜夹角，所述嵌槽前后端设有调节螺纹孔，所述耐磨片底面与嵌槽槽底面匹配，所述耐磨片前后端设有与调节螺纹孔对齐的盲孔，所述调节螺纹孔安装有调节螺钉，所述调节螺钉端部插入盲孔，通过旋拧两端的调节螺钉调节耐磨片位置以调节耐磨片凸出刀头周壁的高度。

根据本发明的一些实施例，所述第一中空腔具有一段螺纹内壁，所述刀头后端具有一段与螺纹内壁匹配的螺纹轴，所述螺纹轴插入第一中空腔并与螺纹内壁螺纹连接。

根据本发明的一些实施例，所述拉刀杆前端具有第一键槽，所述刀头外周壁设有与第一键槽对应的第二键槽，所述第一键槽与对应的第二键槽嵌入有一限位键。

根据本发明的一些实施例，所述伸缩刀柄包括：刀柄本体，所述第一导向结构设于刀柄本体内端；刀夹，可拆卸安装于刀柄本体外端，设有抵靠部和限位槽，所述刀片内端嵌入限位槽且背部抵靠于抵靠部；压板，可拆卸安装于刀夹并压紧刀片，与抵靠部配合将刀片夹紧。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的正视图；

图2是图1的A-A处剖视图；

图3是图1的B-B处剖视图；

图4是本发明实施例的轴测图；

图5是本发明实施例的分解状态结构示意图；

图6是进给杆和刀头的分解结构示意图。

图7是伸缩刀柄的组合状态结构示意图；

图8是伸缩刀柄的分解状态结构示意图；

图9是伸缩刀柄的分解状态结构示意图；

图10是图5的C处放大视图。

附图标记：

拉刀杆100、第一中空腔101、第一键槽110、连接法兰120、螺纹内壁130；

刀头200、第二中空腔201、径向孔210、辅助定位孔211、嵌槽220、调节螺纹孔221、调节螺钉222、螺纹轴230、第二键槽240、限位键250、凸角260；

伸缩刀柄300、刀柄本体310、第一导向结构311、冷却液入口312、冷却液过渡口313、定位孔314、辅助定位柱315、第一连接孔316；刀夹320、抵靠部321、限位槽322、避让槽323、冷却液出口324、定位槽325、定向槽326、连接柱327、定位凸起328、第二连接孔329；刀片330、压板340、压紧部341、定位部342、连接螺钉343；紧固件350；

进给杆400、第二导向结构410、凹角420；

耐磨片600、楔块610、盲孔611、耐磨片本体620、紧固螺钉630。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1至图10，本发明实施例的一种可三轴联动的螺旋拉床刀杆，包括刀杆本体、伸缩刀柄300和进给杆400。

刀杆本体内部设有活动空腔，活动空腔沿刀杆本体的轴线延伸而成。刀杆本体周壁设有沿刀杆本体径向延伸至活动空腔的径向孔210。伸缩刀柄300安装于径向孔210，伸缩刀柄300外端设有刀片330，内端设有第一导向结构311，第一导向结构311延伸方向与刀头200轴线方向呈倾斜夹角；进给杆400滑动安装于活动空腔内，前端设有与第一导向结构311配合的第二导向结构410，进给杆400滑动能带动伸缩刀柄300沿径向孔210滑动。

本发明实施例的一种可三轴联动的螺旋拉床刀杆，通过第一导向结构311与第二导向结构410的配合，使得进给杆前后滑动时，能带动伸缩刀柄300沿径向孔伸缩滑动，实现伸缩刀柄300外端的刀片330能伸缩，刀片330的外周半径变化，进而体现在工件上的螺旋槽的直径变化，即螺旋槽的槽深变化，实现螺旋槽的变径加工，满足特种加工的需求；另外，也可以通过调节伸缩刀柄300的位置，实现对多种规格的螺旋槽进行加工，提高装置的适用性，减少刀杆的设计和加工成本；当面对螺旋槽深度较大时，可进行多次加工，刀片伸出的尺寸逐渐加大，即刀片的加工半径从小到大进行多次加工；不仅适用与变径的螺旋槽加工，也适合螺旋槽深度较大时的螺旋槽加工。

在本发明的一些实施例中，刀杆本体包括拉刀杆100和刀头200。拉刀杆100内部设有第一中空腔101；刀头200可拆卸安装于拉刀杆100前端并能随拉刀杆100同步旋转，刀头200内部设有第二中空腔201，径向孔210设于刀头200上；其中第一中空腔101和第二中空腔201连通并形成活动空腔。可通过对刀头进行拆卸更换，以适应不同大小的工件内孔，另外也方便对损坏的刀头进行更换维修，减少零部件更换成本。

在本发明的一些实施例中，第二中空腔201具有朝内凸起的凸角260，进给杆400设有与凸角260配合的凹角420。通过凸角260和凹角420的配合实现进给杆400的滑动导向。

在本发明的进一步实施例中，凸角260和凹角420均呈矩形分布有四个，即第二中空腔201截面呈十字型，进给杆400周壁设有四个L型直角以与十字型的L型边角配合，实现滑动导向，另外通过四个方向的限位，可对进给杆进行良好的支撑，以抵御伸缩刀柄加工时受到的力，提高进给杆的结构强度。另外，伸缩刀柄可根据需要设置多个并均匀分布在刀头周壁上，本实施例中，伸缩刀柄和径向孔对应设置有四个，以实现结构均匀对称，进给杆受力均匀。凸角260和凹角420配合增强了进给杆小头的支撑刚性，解决了不对称切削力引起的加工误差；增强了刀头的刚性，减小了刀头的扭曲变形，特别是解决了奇数槽带来的不对称切削所引起的震动，提高了因工件内孔大小变化和工件硬度变化时螺旋线的精度和表面粗糙度。

在本发明的一些实施例中，第一导向结构311为截面为T型的滑轨，第二导向结构410为与滑轨匹配的呈T型的滑槽，滑轨和滑槽均从后向前朝进给杆400中心轴线倾斜延伸，即如图2所示，进给杆400前端呈前端为尖端的锥形。T型截面能实现较好的连接限位，使滑槽与滑轨配合的结构，两者之间配合稳定紧密，不会出现脱离配合的现象，配合精度得到保证，保证加工精度。另外如图6所示，进给杆400分为两段，分别为作用段401和连接段402，第二导向结构410和凹角420均设于作用段401，作用段401连接在连接段402前端，作用段401用于与伸缩刀柄300接触以驱动其伸缩，连接段402用于与拉床上的伸缩驱动机构连接以实现进给杆400的进给运动。

在本发明的一些实施例中，刀头200周壁开设有若干嵌槽220，嵌槽220内嵌装有耐磨片600，耐磨片600凸出刀头200周壁，耐磨片600与工件内孔接触，实现刀头200与工件内孔的周向配合，使得刀头200有周向限位，不会在升降拉削过程中，产生周向振动偏移，保证了加工精度。

在本发明的一些实施例中，嵌槽220槽底面与刀头200轴线呈倾斜夹角，嵌槽220前后端设有调节螺纹孔221。耐磨片600底面与嵌槽220槽底面匹配，即耐磨片600底面与嵌槽220槽底面斜度一致。耐磨片600前后端设有与调节螺纹孔221对齐的盲孔611，调节螺纹孔221安装有调节螺钉222，调节螺钉222端部插入盲孔611，通过旋拧两端的调节螺钉222调节耐磨片600位置以调节耐磨片600凸出刀头200周壁的高度。耐磨片600在嵌槽220内前后移动时，底部斜面的配合，使得耐磨片600的高度产生变化，依次达到调节耐磨片600凸出刀头200周壁高度的目的，依次实现对耐磨片600位置的调试以达到最佳位置。可以理解的是，盲孔611具有足够的尺寸以供调节螺钉222端部进行相对上下活动。解决了因工件内孔加工误差引起的刀头与工件之间的配合间隙；当间隙较大时，刀头支撑刚性差，易引起震刀，会产生一系列的缺陷。

在本发明的进一步实施例中，耐磨片600包括楔块610、耐磨片本体620和紧固螺钉630。楔块610底面与嵌槽220槽底面相贴，且盲孔611设于楔块610前后端，耐磨片本体620通过紧固螺钉630安装于楔块610外表面，这样耐磨片本体620损耗时，可拆卸更换，减少零部件更换的成本，节约材料。

在本发明的一些实施例中，第一中空腔101具有一段螺纹内壁130，刀头200后端具有一段与螺纹内壁130匹配的螺纹轴230，螺纹轴230插入第一中空腔101并与螺纹内壁130螺纹连接。通过螺纹轴230与螺纹内壁130的连接实现刀头200的可拆卸连接，方便后续更换维护。

在本发明的进一步实施例中，拉刀杆100前端具有第一键槽110，刀头200外周壁设有与第一键槽110对应的第二键槽240，第一键槽110与对应的第二键槽240嵌入有一限位键250，第一限位键250通过螺钉与刀头200连接固定，第一限位键250用于传递扭矩，使得拉刀杆100和刀头200实现周向固定，避免螺纹轴230与螺纹内壁130的连接出现松动，导致加工出现误差，影响加工精度。

伸缩刀柄300包括刀柄本体310、刀夹320和压板340。第一导向结构311设于刀柄本体310内端；第一导向结构311具体为滑轨。刀夹320可拆卸安装于刀柄本体310外端，设有抵靠部321和限位槽322，刀片330内端嵌入限位槽322且背部抵靠于抵靠部321；压板340可拆卸安装于刀夹320并压紧刀片330，压板340与抵靠部321配合将刀片330夹紧。刀片嵌入限位槽实现限位，通过抵靠部和压片的夹紧实现位置固定，刀片的可拆卸连接，方便后续刀片磨损更换，减少更换成本，提高更换效率。分体式结构解决了相同内孔不同槽截面所需刀夹的更换问题，缩短了品种更换所需辅助时间。

在本发明的一些实施例中，刀柄本体310周侧设有沿刀柄本体310轴向平行延伸的辅助定位柱315，径向孔210周壁设有与辅助定位柱315匹配的辅助定位孔211，径向孔210与刀柄本体310轮廓匹配，通过刀柄本体310和辅助定位柱315的作用，使得刀柄本体310安装在径向孔210内时，不会产生沿自身轴线旋转的自由度，避免将受到的扭矩全部集中到滑轨处，避免应力集中，提高结构强度。通过刀柄本体310与辅助定位柱315的双圆柱设计解决了在狭小空间安装多个刀柄时，刀柄在滑动过程中冷却水的密封问题，使冷却水在多个工作区域水量能基本均分、能集中喷射到加工区域，使铁屑能迅速被带走，能有效防止断刀。而其他截面具有边角的形状，其边角处通常具有倒角，倒角会导致冷却水泄露，使得冷却效果不佳。

在本发明的进一步实施例中，刀夹320对应辅助定位柱315设有连接柱327，辅助定位柱315和连接柱327设有相应的连接孔以通过紧固件350连接固定，具体的，辅助定位柱315设有第一连接孔316，连接柱327设有第二连接孔329，第一连接孔316与第二连接孔329对齐并装入有紧固件350，紧固件350具体可为螺钉。

在本发明的一些实施例中，刀片330内端嵌入限位槽322，限位槽322截面呈上窄下宽的梯形，且限位槽322底部两边角处设有避让槽323。避让槽323避免边角处产生结构干涉，影响刀片330的安装和安装精度。梯形的限位槽322可以实现较好的限位作用。

在本发明的进一步实施例中，刀夹320设有供压板340部分嵌入的定位槽325，具体的，刀夹320部分位置呈圆柱状，定位槽325则与该段圆柱匹配，实现定位安装，简化安装。

在本发明的进一步实施例中，定位槽325周壁设有定向槽326，压板340周壁设有与定向槽326匹配定位的定位部342。定向槽326与定位部342的配合能实现压板340的周向固定。

可以理解的是，压板340设有一用来压紧刀片330的压紧部341，压紧部341从压板340周壁向外延伸而成。另外，压板340和刀夹320设有相应的孔并通过连接螺钉343连接固定。

在本发明的一些实施例中，刀夹320底部设有定位凸起328，刀柄本体310设有供定位凸起328嵌入的定位孔314。通过定位凸起328和定位孔314的配合实现刀夹320与刀柄本体310的定位配合，提高安装精度，也方便安装。

在本发明的一些实施例中，刀柄本体310周壁开设有冷却液入口312，刀柄本体310与刀夹320接触面设有冷却液过渡口313，冷却液过渡口313与冷却液入口312连通，刀夹320设有与冷却液过渡口313对应连通的冷却液出口324。通过冷却液通道设置，可连接相应的冷却液供给管路，使得冷却液能喷射到刀片位置，实现冷却。

加工时，工件被主轴夹紧并旋转，拉刀杆100连接驱动机构驱动其前后运动，进给杆400连接有能驱动其前后运动的驱动机构，以此实现三轴联动，实现螺旋槽加工直径的变化。

其中拉刀杆100后端设有连接法兰120以与驱动机构的输出轴连接。

采用本发明的拉床具有如下优点：

1、可加工螺旋槽深度较深的工件，进行多次拉削，而不像现有的拉床，仅适合加工余量小的工件，若需要加工深度较深的螺旋槽，需要逐次更换刀具加工，加工效率低。

2、拉床产生的碎屑可自动掉落。相比数控卧式车床，数控卧式车床因工件长径比较大，车削时容易产生振刀现象，影响表面粗糙度；铁屑在工件内排屑困难；在加工过程中，刀具磨损较快，导致同一工件的不同槽的截面不一致，影响注塑机送料一致性。且数控卧式车床单刃切削效率低。

3、加工简单。相比数控插床，数控插床加工因振刀和行程限制，采用多段焊接制成，工艺路线长、工艺复杂，焊接精度完全靠操作工的水平保证。

4、本机床延续拉床的优势，采用多刃切削，极大的提高了工作效率。

5、利用切削时的多刃，采用刀刃对称布置，大大减少了刀具对刀杆的径向作用力，刀杆利用工件内壁支撑，从而避免了加工振刀现象。

6、采用立式结构，利于排屑，消除了铁屑对表面质量的影响。

7、采用立式结构，利于工件装夹，减少了加工辅助时间。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种可三轴联动的螺旋拉床刀杆，其特征在于包括：

刀杆本体，内部设有活动空腔，周壁设有沿刀杆本体径向延伸至活动空腔的径向孔(210)；

伸缩刀柄(300)，安装于径向孔(210)，外端设有刀片(330)，内端设有第一导向结构(311)，所述第一导向结构(311)延伸方向与刀头(200)轴线方向呈倾斜夹角；

进给杆(400)，滑动安装于活动空腔内，前端设有与第一导向结构(311)配合的第二导向结构(410)，所述进给杆(400)滑动能带动伸缩刀柄(300)沿径向孔(210)滑动；

所述刀杆本体包括：

拉刀杆(100)，内部设有第一中空腔(101)；

刀头(200)，可拆卸安装于拉刀杆(100)前端并能随拉刀杆(100)同步旋转，内部设有第二中空腔(201)，所述径向孔(210)设于刀头(200)；其中所述第一中空腔(101)和第二中空腔(201)连通并形成活动空腔；

所述刀头(200)周壁开设有若干嵌槽(220)，所述嵌槽(220)内嵌装有耐磨片(600)，所述耐磨片(600)凸出刀头(200)周壁；所述嵌槽(220)槽底面与刀头(200)轴线呈倾斜夹角，所述嵌槽(220)前后端设有调节螺纹孔(221)；所述耐磨片(600)底面与嵌槽(220)槽底面匹配，所述耐磨片(600)前后端设有与调节螺纹孔(221)对齐的盲孔(611)，所述调节螺纹孔(221)安装有调节螺钉(222)，所述调节螺钉(222)端部插入盲孔(611)，通过旋拧两端的调节螺钉(222)调节耐磨片(600)位置以调节耐磨片(600)凸出刀头(200)周壁的高度。

2.根据权利要求1所述的可三轴联动的螺旋拉床刀杆，其特征在于：所述第二中空腔(201)具有朝内凸起的凸角(260)，所述进给杆(400)设有与凸角(260)配合的凹角(420)。

3.根据权利要求2所述的可三轴联动的螺旋拉床刀杆，其特征在于：所述凸角(260)和凹角(420)均呈矩形分布有四个。

4.根据权利要求1所述的可三轴联动的螺旋拉床刀杆，其特征在于：所述第一导向结构(311)为截面为T型的滑轨，所述第二导向结构(410)为与滑轨匹配的呈T型的滑槽，所述滑轨和滑槽均从后向前朝进给杆(400)中心轴线倾斜延伸。

5.根据权利要求1所述的可三轴联动的螺旋拉床刀杆，其特征在于：所述第一中空腔(101)具有一段螺纹内壁(130)，所述刀头(200)后端具有一段与螺纹内壁(130)匹配的螺纹轴(230)，所述螺纹轴(230)插入第一中空腔(101)并与螺纹内壁(130)螺纹连接。

6.根据权利要求5所述的可三轴联动的螺旋拉床刀杆，其特征在于：所述拉刀杆(100)前端具有第一键槽(110)，所述刀头(200)外周壁设有与第一键槽(110)对应的第二键槽(240)，所述第一键槽(110)与对应的第二键槽(240)嵌入有一限位键(250)。

7.根据权利要求1所述的可三轴联动的螺旋拉床刀杆，其特征在于：所述伸缩刀柄(300)包括：

刀柄本体(310)，所述第一导向结构(311)设于刀柄本体(310)内端；

刀夹(320)，可拆卸安装于刀柄本体(310)外端，设有抵靠部(321)和限位槽(322)，所述刀片(330)内端嵌入限位槽(322)且背部抵靠于抵靠部(321)；

压板(340)，可拆卸安装于刀夹(320)并压紧刀片(330)，与抵靠部(321)配合将刀片(330)夹紧。

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