CN116829301A - 具有能量收集布置的旋转切削工具 - Google Patents
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Abstract
一种旋转切削工具具有工具保持器(22)和可释放地附接于工具保持器的切削部分。工具保持器包括设计成附接于主轴的安装部分(34)。旋转切削工具还具有流体通道(46)和能量收集布置(58),该能量收集布置(58)包括位于流体通道中的涡轮(60)。流体通道关于位于安装部分处的通道入口开口(48)开放用于流体供应,并且通道出口开口(50)与通道入口开口流体连通。
Description
技术领域
本申请的主题涉及旋转切削工具,并且特别地,涉及具有能量收集布置的此类旋转切削工具,并且进一步特别地,涉及具有由流体促动的涡轮的此类能量收集布置。
背景技术
切削工具组件可包括具有由流体促动的涡轮的能量收集布置。
EP2095897公开一种工具保持器组件。次级管源自主管,该主管在加工区域中供给通常的加压润滑剂-冷却剂流。发电机位于次级管处。以该方式,提供用于加工区域中的润滑/冷却的所述流的部分用于促动使发电机旋转的涡轮。从发电机输出的流体输送穿过次级管至排放出口。
US2015/125230公开一种包括主轴和工具的设备,该工具包括与主轴的端部以匹配关系固定的工具保持器。工具具有完全由能量收集装置供能的工件端部。在第一实施例(图2)中,第二流体流动通路延伸穿过工具保持器,用于将流体递送至能量收集装置。能量收集装置向传感器供能,该传感器可用于检查工件而作为加工过程的部分。在第二实施例(图6)中,工件端部包括用于将带螺纹刀片插入到工件中的装置。能量收集装置从传送至工具和工具保持器的轴的主轴的旋转运动收集能量。
US4,716,657公开一种机器,其具有能够可释放地支承用于在工件上进行操作的工具的可移动部件,以及加压流体供应源。工具包括电路,该电路提供有来自电动发电机的功率,该电动发电机传动地连接于由机器的加压流体供应源驱动的涡轮。在第一实施例(图1)中,机器包括测量探针。在第二实施例(图2)中,机器包括具有切削器的镗杆。呈水斗式水轮形式的涡轮围绕套环的外周设置。
US6,840,723公开一种旨在安装在可移动机器操作工具支承件上的工作单元。工作单元包括附接于工具支承件并且支承具有转子的气动涡轮马达的壳体、具有从壳体延伸出的切削器部分和旋转地轴颈连接在壳体中的柄部部分的柄端铣刀型加工工具。加工工具柄部部分与涡轮轮刚性地集成以形成涡轮转子。流量控制阀布置成将加压空气递送至涡轮马达。
发明内容
根据本申请的主题的第一方面,提供一种旋转切削工具,其具有限定相反的向前方向和向后方向的工具中心轴线,并且旋转切削工具能够围绕该工具中心轴线旋转,旋转切削工具包括:
工具保持器,其包括分别位于工具保持器的相对的后端部和前端部处的安装部分和切削部分接收部分;
切削部分,其可释放地附接在切削部分接收部分处,切削部分包括切削刃;
流体通道,其包括:
a)通道入口开口,其位于安装部分处并且构造成接收流体供应;
b)通道出口开口,其与通道入口开口流体连通并且构造成排出在通道入口开口处进入的流体;以及
c)位于通道入口开口与通道出口开口之间的通道涡轮室;以及
能量收集布置,其包括:
位于通道涡轮室中的涡轮,涡轮构造成由从通道入口开口沿向前流动方向流动至通道出口开口的流体旋转。
理解的是,上述内容是概述,并且下文中描述的特征可能够以任意组合应用于本申请的主题,例如,以下特征中的任何可能够应用于旋转切削工具:
旋转切削工具可包括单个流体通道。
旋转切削工具可仅具有单个通道入口开口和单个通道出口开口,并且流体通道可不在通道入口开口与通道出口开口之间分支。
通道出口开口可位于切削部分处或工具保持器的前端部处。
通道出口开口可位于切削部分处。
通道出口开口可定向成在切削刃附近排出流体。
流体通道可为形成在旋转切削工具内的贯通通道。
切削部分可集成地形成以具有整体的、一件式构造。
工具保持器可集成地形成以具有整体的、一件式构造。
工具保持器可包括保持器后表面和保持器前表面,以及围绕工具中心轴线在保持器后表面与保持器前表面之间延伸的保持器外周表面。保持器后表面可位于旋转切削工具的后端部处。通道入口开口可位于保持器后表面处。
流体通道可穿过保持器前表面。
旋转切削工具可进一步包括紧固布置,其包括卡紧螺母和夹头。切削部分可通过卡紧螺母和夹头可释放地附接于工具保持器。
流体通道可包括通道涡轮前室,该通道涡轮前室邻接通道涡轮室并且相对于向前流动方向位于其后方。在垂直于穿过流体通道的工具中心轴线的平面中截取的径向截面中,流体通道在通道涡轮室处的截面面积可大于在通道涡轮前室处的截面面积。
流体通道可包括通道涡轮后室,该通道涡轮后室邻接通道涡轮室并且相对于向前流动方向位于其前方。切削部分可延伸到通道涡轮后室中并且与涡轮间隔开。
通道涡轮室可与工具中心轴线对准。
涡轮可包括多个径向延伸的涡轮叶片。多个径向延伸的涡轮叶片可由铝制成。
能量收集布置可进一步包括电动发电机,其位于通道涡轮室中并且传动地连接于涡轮。
能量收集布置可进一步包括两根线缆,其从电动发电机延伸并且终止于安装在工具保持器上的两个电连接器处。
两根线缆中的每根的部分可位于流体通道中。
工具保持器可包括保持器后表面和保持器前表面,以及围绕工具中心轴线在保持器后表面与保持器前表面之间延伸的保持器外周表面,保持器后表面可位于旋转切削工具的后端部处。保持器外周表面可包括凹入其中的保持器侧向凹部。旋转切削工具可包括电气布置,两个电连接器位于该电气布置处。电气布置可位于保持器侧向凹部中。
电气布置可包括配置成监测切削工具和/或切削操作的传感器。
电气布置可进一步包括配置成向传感器供能的可再充电电池,可再充电电池从电动发电机接收功率。
流体通道可包含穿过工具保持器的针对流体通道的整个长度的工具中心轴线。
流体通道可包含穿过工具保持器和切削部分两者的针对流体通道的整个长度的工具中心轴线。
旋转切削工具可进一步包括涡轮插座部分,其能够与工具保持器分离并且位于工具保持器内。通道涡轮室可形成在涡轮插座部分内。
附图说明
为了更好地理解本申请且示出其可如何在实践中执行,现在将参照附图,在该附图中:
图1是根据本申请的部分剖切的旋转切削工具的透视图;
图2是图1中示出的旋转切削工具的分解透视图;
图3是图1中示出的旋转切削工具的轴向截面视图;以及
图4是图3的细节。
将认识到,为了说明的简单和清楚,图中示出的元件不一定按比例绘制。例如,为了清楚,元件中的一些的尺寸可相对于其它元件放大,或者若干物理构件可包括在一个功能块或元件中。此外,在认为适当的情况下,附图标记可在图之间重复,以指示对应或类似的元件。
具体实施方式
在以下描述中,将描述本申请的主题的各个方面。出于阐释的目的,足够详细地阐述特定构造和细节,以提供本申请的主题的彻底理解。然而,对本领域技术人员而言还将显而易见的是,本申请的主题可在没有本文中提出的特定构造和细节的情况下实践。
首先关注示出旋转切削工具20的图1和图2,其描绘本申请的方面。在附图中示出的该非限制性实例中,旋转切削工具20可形成适合于钻孔切削操作的钻孔工具。旋转切削工具20具有工具中心轴线A。工具中心轴线A限定相反的向前方向DF和向后方向DR。工具中心轴线A形成旋转轴线,旋转切削工具20能够围绕该旋转轴线沿旋转方向R旋转。
应当认识到,在关于旋转切削工具20的以下论述中,用语“向前”和“向后”遍及说明书和权利要求的使用指分别在图3和图4中的沿工具中心轴线A向右和向左的方向的相对位置。此外,除非另有说明,否则用语“轴向”和“径向”是关于工具中心轴线A的。
特别参照图2和图3,旋转切削工具20具有工具保持器22。工具保持器22包括后端部24和与后端部24相对定位的前端部26。根据本申请的主题的一些实施例,工具保持器22可由钢制成。工具保持器22可一体地形成以具有整体的、一件式构造。工具保持器22可包括保持器后表面28和保持器前表面30,以及在保持器后表面28与保持器前表面30之间延伸的保持器外周表面32。保持器外周表面32可围绕工具中心轴线A延伸。保持器后表面28可位于旋转切削工具20的后端部24处。
工具保持器22包括位于工具保持器22的后端部24处的安装部分34。安装部分34设计成附接于主轴(未示出),其提供驱动器件以便使切削工具20旋转。
如图2中最佳所见,工具保持器22包括位于工具保持器22的前端部24处的切削部分接收部分35。切削部分接收部分35设计成接收切削部分。切削部分接收部分35定位成与安装部分34轴向相对。
旋转切削工具20具有切削部分36。切削部分36可释放地附接于工具保持器22。具体地,切削部分36在工具保持器的切削部分接收部分35处附接于工具保持器22。切削部分36包括切削刃38,用于切削工件。根据本申请的主题的一些实施例,切削部分36可集成地形成以具有整体的、一件式构造。在此类构造中,切削部分36可由硬质合金制成。备选地,切削部分36可包括柄部部分,该柄部部分具有在柄部部分的前端部处可释放地附接于其的至少一个切削刀片。在此类构造中,切削刀片可由硬质合金制成,并且柄部部分由钢制成。
根据本申请的主题的一些实施例,旋转切削工具20可包括紧固布置。在附图中示出的该非限制性实例中,紧固布置40可包括卡紧螺母42和夹头44。切削部分36可通过卡紧螺母42和夹头44可释放地附接于工具保持器22。切削部分接收部分35可包括用于接收夹头44的锥形凹部45。具体地,锥形凹部45可形成在保持器前表面30中。
旋转切削工具20包括流体通道46。如本说明书中稍后描述的,流体通道46用于输送流体用于促动涡轮。根据本申请的主题的一些实施例,流体可为例如油、水、乳液。流体通道46可为形成在旋转切削工具20内的贯通通道。
流体通道46可包含穿过工具保持器22的针对流体通道的整个长度的工具中心轴线A。流体通道46可包含穿过工具保持器22和切削部分36两者的针对流体通道的整个长度的工具中心轴线A。备选地,流体通道46可包含穿过工具保持器22的针对流体通道的部分长度的工具中心轴线A。流体通道46可包含穿过工具保持器22和切削部分36两者的针对流体通道的部分长度的工具中心轴线A。
流体通道46包括位于安装部分34处的通道入口开口48。通道入口开口48构造成接收流体供应。根据本申请的主题的一些实施例,通道入口开口48可位于工具保持器22的后端部24处。具体地,通道入口开口48可位于保持器后表面28处。也就是说,流体通道46可在通道入口开口48处关于保持器后表面28开放。
流体通道46还包括通道出口开口50。通道出口开口50与通道入口开口48流体连通。流体在流体通道46中从通道入口开口48流动至通道出口开口50,限定向前流动方向FF。通道出口开口50构造成排出在通道入口开口48处进入的流体。向前流动方向FF在沿流体通道46的方向上从通道入口开口48延伸至通道出口开口50。向后流动方向FR是与向前流动方向FF相反的方向。也就是说,向后流动方向FR在沿流体通道46的方向上从通道出口开口50延伸至通道入口开口48。根据本申请的主题的一些实施例,尽管流体流动穿过涡轮,但是向前流动方向FF和向后流动方向FR可为大体上线性的。通道出口开口50可位于切削部分36处或工具保持器22的前端部24处。
特别参照图3和图4,流体通道46包括通道涡轮室52。也就是说,通道涡轮室52位于流体通道46中并且形成流体通道46的部分。如本说明书中稍后描述的,通道涡轮室52设计用于容纳至少涡轮。通道涡轮室52位于通道入口开口48与通道出口开口50之间。根据本申请的主题的一些实施例,旋转切削工具20可包括涡轮插座部分53,其能够与工具保持器22分离并且位于工具保持器22内。通道涡轮室52可形成在涡轮插座部分53内。通道涡轮室52可位于工具保持器22的后端部24与切削部分接收部分35之间。通道涡轮室52可与工具中心轴线A对准。换句话说,通道涡轮室52可关于工具中心轴线A定心并且与工具中心轴线A相交。因此,位于通道涡轮室52中的涡轮还与工具中心轴线A对准,允许旋转切削工具20平衡。
根据本申请的主题的一些实施例,流体通道46可包括通道涡轮前室54,通道涡轮前室54邻接通道涡轮室52并且相对于向前流动方向FR位于其后方。也就是说,通道涡轮前室54相对于向前流动方向FF在通道涡轮室52之前。在垂直于穿过流体通道46的工具中心轴线A的平面中截取的径向截面中,流体通道46在通道涡轮室52处的截面面积可大于在通道涡轮前室54处的截面面积。与通道涡轮室52类似,通道涡轮前室54可与工具中心轴线A对准。换句话说,通道涡轮前室54可关于工具中心轴线A定心并且与工具中心轴线A相交。通道涡轮室52,以及通道涡轮前室54优选地是圆柱形的,尽管至少通道涡轮前室54可为在向前流动方向FF上具有锥度的锥形。
根据本申请的主题的一些实施例,流体通道46可包括通道涡轮后室56,通道涡轮后室56邻接通道涡轮室52并且相对于向前流动方向FF位于其前方。通道涡轮后室56可通过环形凹槽57与通道涡轮室52分离。在垂直于穿过流体通道46的工具中心轴线A的平面中截取的径向截面中,流体通道46在通道涡轮室52的最前部部分处的截面面积可小于在通道涡轮后室56处的截面面积。切削部分接收部分35和/或锥形凹部45可沿向后方向DR延伸至通道涡轮后室56。切削部分36可延伸到通道涡轮室52中。切削部分36可与涡轮60间隔开。
旋转切削工具20包括能量收集布置58。能量收集布置58构造成收集电能。此类能量收集可用于例如向电气布置供能,该电气布置诸如为传感器和/或可再充电电池(可选地,配置成向此类传感器供能)。在后者的情况下,这避免更换电池的需要,该需要可仅通过停止切削操作来进行。
参照图4,能量收集布置58包括涡轮60。涡轮60在通道涡轮室52处位于流体通道46中。换句话说,涡轮60位于通道涡轮室52中。涡轮60构造成响应于从通道入口开口48沿向前流动方向FF至通道出口开口50的流体流而旋转。根据本申请的主题的一些实施例,涡轮60可包括多个径向延伸的涡轮叶片62。多个径向延伸的涡轮叶片62可由金属制成,特别地,多个径向延伸的涡轮叶片62可由铝制成。有利地,该构造向涡轮叶片62提供足够的强度和刚度而不断裂或弯曲。
根据本申请的主题的一些实施例,能量收集布置58还可包括传动地连接于涡轮60的电动发电机64。电动发电机64可位于通道涡轮室52中。电动发电机64可用于向电气布置供能。
根据本申请的主题的一些实施例,能量收集布置58可包括两根线缆66,其从电动发电机64延伸并且终止于安装在工具保持器22上的两个电连接器70处。两根线缆66中的每根的部分可位于流体通道46中。特别地,从涡轮60直接延伸(即,邻接)的两根线缆66中的每根的部分可位于流体通道46中。理解的是,还可使用承载两根线并且从发电机延伸至具有两个端子的单个电连接器的单根电线缆。
根据本申请的主题的一些实施例,旋转切削工具20可包括电气布置72。两个电连接器70可位于电气布置72处。当涡轮62旋转时,电动发电机64经由两根线缆66输出电能以向电气布置72供能。换句话说,电动发电机64可与电气布置72电连通。电气布置72可为设计成监测切削工具和/或切削操作的状况的传感器。例如,传感器可确定切削部分36从切削部分接收部分35的轴向拉出。备选地或另外,电气布置72可包括设计成向例如传感器供能的可再充电电池。有利地,此类构造避免当此类传感器由不可再充电电池供能时,用户必须停止工具来更换电池。
根据本申请的主题的一些实施例,保持器外周表面32可包括凹入在其中的保持器侧向凹部68。电气布置72可位于保持器侧向凹部68中,由此保护电气布置72免受由例如切掉的切屑的冲击。
参照图3和图4,根据本申请的主题的一些实施例,流体通道46可延伸到切削部分36中。因此,通道出口开口50可位于切削部分36处。具体地,通道出口开口50可位于切削部分36的最前切削部分表面76处。也就是说,流体通道46可在通道出口开口50处关于最前切削部分表面76开放。通道出口开口50可定向成在切削刃38附近排出流体。通道出口开口50可定位成邻近切削刃36。通道出口开口50可沿向前方向DF面向。也就是说,垂直于由通道出口开口50限定的平面的法线可大体上平行于工具中心轴线A延伸。在包括卡紧螺母42和夹头44的构造中,流体通道46可在锥形凹部45处穿过保持器前表面30。通道出口开口50可位于夹头44和/或卡紧螺母42处(未示出)。
根据本申请的主题的一些实施例,旋转切削工具20没有具有其自身的入口和出口的次级通道。也就是说,旋转切削工具20仅具有单个通道入口开口48和单个通道出口开口50(即,旋转切削工具20包括单个(即,恰好一个)流体通道46)。此外,如例如EP2095897中示出的,流体通道46可不在通道入口开口48与通道出口开口50之间分支(以便关于另一出口开放)。因此,有利地,单个流体通道46用于将冷却剂输送至切削刃38并且还输送流体以促动涡轮60。
尽管在一定的特殊程度上描述本申请的主题,但是应当理解,在不脱离如下文中要求权利的本发明的精神或范围的情况下,可做出各种改变和修改。
Claims (25)
1.一种旋转切削工具(20),其具有限定相反的向前方向(DF)和向后方向(DR)的工具中心轴线(A),并且所述旋转切削工具(20)能够围绕所述工具中心轴线(A)旋转,所述旋转切削工具(20)包括:
工具保持器(22),其包括分别位于所述工具保持器(22)的相对的后端部(24)和前端部(26)处的安装部分(34)和切削部分接收部分(35);
切削部分(36),其可释放地附接在所述切削部分接收部分(35)处,所述切削部分(36)包括切削刃(38);
流体通道(46),其包括:
a)通道入口开口(48),其位于所述安装部分(34)处并且构造成接收流体供应;
b)通道出口开口(50),其与所述通道入口开口(48)流体连通并且构造成排出在所述通道入口开口(48)处进入的流体;以及
c)位于所述通道入口开口(48)与所述通道出口开口(50)之间的通道涡轮室(52);以及
能量收集布置(58),其包括:
位于所述通道涡轮室(52)中的涡轮(60),所述涡轮(60)构造成由从所述通道入口开口(48)沿向前流动方向(FF)流动至所述通道出口开口(50)的流体旋转。
2.根据权利要求1所述的旋转切削工具(20),其中,所述旋转切削工具(20)包括单个流体通道(46)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的旋转切削工具(20),其中,所述旋转切削工具(20)仅具有单个通道入口开口(48)和单个通道出口开口(50),并且所述流体通道(46)不在所述通道入口开口(48)与所述通道出口开口(50)之间分支。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的旋转切削工具(20),其中,所述通道出口开口(50)位于所述切削部分(36)处或所述工具保持器(22)的所述前端部(26)处。
5.根据权利要求4所述的旋转切削工具(20),其中,所述通道出口开口(50)位于所述切削部分(36)处。
6.根据权利要求1至权利要求5中任一项所述的旋转切削工具(20),其中,所述通道出口开口(50)定向成在所述切削刃(38)附近排出流体。
7.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的旋转切削工具(20),其中,所述流体通道(46)为形成在所述旋转切削工具(20)内的贯通通道。
8.根据权利要求1至权利要求7中任一项所述的旋转切削工具(20),其中,所述切削部分(36)集成地形成以具有整体的、一件式构造。
9.根据权利要求1至权利要求8中任一项所述的旋转切削工具(20),其中,所述工具保持器(22)集成地形成以具有整体的、一件式构造。
10.根据权利要求1至权利要求9中任一项所述的旋转切削工具(20),其中:
所述工具保持器(22)包括保持器后表面(28)和保持器前表面(30),以及围绕所述工具中心轴线(A)在保持器后表面(28)与保持器前表面(30)之间延伸的保持器外周表面(32);
所述保持器后表面(28)位于所述旋转切削工具(20)的后端部(24)处;以及
所述通道入口开口(48)位于所述保持器后表面(28)处。
11.根据权利要求10所述的旋转切削工具(20),其中,所述流体通道(46)穿过所述保持器前表面(30)。
12.根据权利要求1至权利要求11中任一项所述的旋转切削工具(20),所述旋转切削工具(20)还包括紧固布置(40),所述紧固布置(40)包括卡紧螺母(42)和夹头(44);其中:
所述切削部分(36)通过所述卡紧螺母(42)和所述夹头(44)可释放地附接于所述工具保持器(22)。
13.根据权利要求1至权利要求12中任一项所述的旋转切削工具(20),其中:
所述流体通道(46)包括通道涡轮前室(54),所述通道涡轮前室(54)邻接所述通道涡轮室(52)并且相对于所述向前流动方向(FF)位于其后方;以及
在垂直于穿过所述流体通道(46)的所述工具中心轴线(A)的平面中截取的径向截面中,所述流体通道(46)在所述通道涡轮室(52)处的截面面积大于在所述通道涡轮前室(54)处的截面面积。
14.根据权利要求1至权利要求13中任一项所述的旋转切削工具(20),其中:
所述流体通道(46)包括通道涡轮后室(56),所述通道涡轮后室(56)邻接所述通道涡轮室(52)并且相对于所述向前流动方向(FF)位于其前方;以及
所述切削部分(36)延伸到所述通道涡轮后室(56)中并且与所述涡轮(60)间隔开。
15.根据权利要求1至权利要求14中任一项所述的旋转切削工具(20),其中,所述通道涡轮室(52)与所述工具中心轴线(A)对准。
16.根据权利要求1至权利要求15中任一项所述的旋转切削工具(20),其中:
所述涡轮(60)包括多个径向延伸的涡轮叶片(62);以及
所述多个径向延伸的涡轮叶片(62)由铝制成。
17.根据权利要求1至权利要求16中任一项所述的旋转切削工具(20),其中,所述能量收集布置(58)进一步包括电动发电机(64),所述电动发电机(64)位于所述通道涡轮室(52)中并且传动地连接于所述涡轮(60)。
18.根据权利要求17所述的旋转切削工具(20),其中,所述能量收集布置(58)进一步包括两根线缆(66),其从所述电动发电机(64)延伸并且终止于安装在所述工具保持器(22)上的两个电连接器(70)处。
19.根据权利要求18所述的旋转切削工具(20),其中,所述两根线缆(66)中的每根的部分位于所述流体通道(46)中。
20.根据权利要求17所述的旋转切削工具(20),其中:
所述工具保持器(22)包括保持器后表面(28)和保持器前表面(30),以及围绕所述工具中心轴线(A)在保持器后表面(28)与保持器前表面(30)之间延伸的保持器外周表面(32),所述保持器后表面(28)位于所述旋转切削工具(20)的后端部(24)处;
所述保持器外周表面(32)包括凹入其中的保持器侧向凹部(68);
所述旋转切削工具(20)包括电气布置(72),所述两个电连接器(70)位于所述电气布置(72)处;以及
所述电气布置(72)位于所述保持器侧向凹部(68)中。
21.根据权利要求20所述的旋转切削工具(20),其中,所述电气布置(72)包括配置成监测所述切削工具和/或切削操作的传感器。
22.根据权利要求21所述的旋转切削工具(20),其中,所述电气布置(72)进一步包括配置成向所述传感器供能的可再充电电池,所述可再充电电池从所述电动发电机(64)接收功率。
23.根据权利要求1至权利要求22中任一项所述的旋转切削工具(20),其中,所述流体通道(46)包含穿过所述工具保持器(22)的针对所述流体通道(46)的整个长度的工具中心轴线(A)。
24.根据权利要求23所述的旋转切削工具(20),其中,所述流体通道(46)包含穿过所述工具保持器(22)和所述切削部分(36)两者的针对所述流体通道(46)的整个长度的工具中心轴线(A)。
25.根据权利要求1至权利要求24中任一项所述的旋转切削工具(20),所述旋转切削工具(20)还包括涡轮插座部分(53),其与所述工具保持器(22)分离并且位于所述工具保持器(22)内;其中:
所述通道涡轮室(52)形成在所述涡轮插座部分(53)内。
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