JP4136977B2 - Cutting tools and machine tools - Google Patents
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Description
本発明は、旋削加工などに用いることが可能な切削工具および該切削工具を備えた工作機械に関する。 The present invention relates to a cutting tool that can be used for turning and the like, and a machine tool including the cutting tool.
旋削加工などに用いる切削工具は、図1(a),(b)に示すように、実際に被削材と干渉する切刃部分(チップ)2と、これを支持するバイト本体部1とを備える。旋削加工においては、切削工具の直線的な送り運動と、被削材の回転運動との相対運動によって被削材の一部が除去され、所望の形状に加工される。
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), a cutting tool used for turning or the like includes a cutting blade portion (chip) 2 that actually interferes with a work material and a
バイト本体部1は、切刃部分2を直接支持するバイト頭部1aと、工作機械の台座3に固定されるバイト柄部1bとを備える。このバイト柄部1bとバイト頭部1aとは、通常一体である。
The cutting tool
一般に切刃部分2は超硬合金、バイト本体部1は鋼などの高剛性材料で構成されるが、工作機械の台座3からのバイト本体部1の突出長さが大きい場合や、切欠材の旋削などのように切削状態と非切削状態とが交互に現れる断続切削、切取り厚さのばらつきやすい黒皮部の加工、さらに鋳鉄等の加工では、加工中の振動が大きくなりやすくなる。そのため、仕上げ面の悪化や切刃の損傷につながりやすい。
Generally, the
このような問題を解決するための手法として、バイト本体部1の剛性を高める手法、バイト本体部1の振動の減衰性を高める手法、固有振動数の異なる部材を組合せることで特定の振動数で共振状態となることを抑制する手法などが考えられる。この中で、バイト本体部1の剛性を向上させる手法は、断続切削時の衝撃力という観点に立つと、かえって工具刃先への負担が大きくなるため望ましくない。これに対し、減衰性を向上させる手法は、加工時の衝撃力の緩和という効果もあり、単に振動を抑制するだけではなく衝撃緩和も含めて工具の損傷を抑制するという効果を期待することができる。
As a method for solving such a problem, a specific frequency can be obtained by combining a method for increasing the rigidity of the
バイト本体部1の減衰機能を向上させるには、バイト本体部1の材料として高減衰の材料を用いる、バイト本体部1の構造によって減衰性を向上させるという2つの方法が考えられる。
In order to improve the attenuation function of the
前者の例として、特開2003−62703号公報に記載の制振工具を挙げることができる。当該文献には、工具本体にスローアウェイチップの下方に位置して少なくとも一側面に開口する穴を設け、該穴内に工具本体に生じた振動エネルギーを吸収する制振材を装着した制振工具が記載されている。 As an example of the former, a damping tool described in JP-A-2003-62703 can be cited. In this document, there is provided a vibration damping tool in which a tool body is provided with a hole that is positioned below the throw-away tip and is open on at least one side surface, and a vibration damping material that absorbs vibration energy generated in the tool body is mounted in the hole. Are listed.
他方、構造的に工夫を施すことで減衰性を向上させる試みとして、特開平6−31505号公報に記載のボーリングバーや特開平5−228707号公報に記載の切削工具を挙げることができる。 On the other hand, as an attempt to improve the damping property by devising the structure, a boring bar described in JP-A-6-31505 and a cutting tool described in JP-A-5-228707 can be exemplified.
特開平6−31505号公報に記載のボーリングバーでは、シャンクに設けた挿入孔に、該シャンクを構成する材質とは異なる材質からなり挿入孔のテーパ部に密着するダンパを設けている。そして、ダンパとシャンクとの間に摩擦吸振作用を生じさせ、切削時に切刃に生じた振動を減衰するようにしている。 In the boring bar described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-31505, the insertion hole provided in the shank is provided with a damper made of a material different from the material constituting the shank and in close contact with the tapered portion of the insertion hole. Then, a frictional vibration absorbing action is generated between the damper and the shank so as to attenuate the vibration generated in the cutting edge during cutting.
特開平5−228707号公報に記載の切削工具では、カッティングヘッドと工具本体との相対向する面に一対の摩擦吸振材を互いに当接可能に配設し、これらの摩擦吸振材が摺動して擦れ合うことにより振動エネルギーを摩擦熱に変換して工具本体に伝播する振動を低減するようにしている。
高減衰材料としては、Mn−Cu系制振合金などの減衰性の高い制振合金が用いられるが、このような合金は高価あるいは加工難といった問題を有する場合が多く、また材料系を変更して減衰性を高めようとすると、強度や剛性が低下する場合が多くなる。したがって、性能とコストの両面で要求特性を満足するものを得ることは困難である。また、高減衰材料としてゴムなどの軟質材料を用いた場合、バイトの剛性および耐久性が著しく低下するため、実用上問題が多い。さらに、バイトの一部のみを高減衰材料とすることが考えられるが、実際の振動はバイト本体部を主に伝播するので、結果的に工具全体の減衰性を高めることは困難となる。これとは逆にバイト全体を高減衰材料で構成すると、上述のようにバイトの剛性や強度が低下し、結果的に撓みの増大や耐久性の低下を招いてしまう。 As the high damping material, a damping alloy having a high damping property such as a Mn-Cu based damping alloy is used. However, such an alloy often has a problem of being expensive or difficult to process, and the material system is changed. If the damping property is increased, the strength and rigidity are often decreased. Therefore, it is difficult to obtain what satisfies the required characteristics in both performance and cost. Further, when a soft material such as rubber is used as the high damping material, there are many practical problems because the rigidity and durability of the tool are significantly reduced. Furthermore, it is conceivable that only a part of the cutting tool is made of a high damping material. However, since actual vibration mainly propagates through the cutting tool main body, it is difficult to increase the damping performance of the entire tool. On the other hand, if the entire tool is made of a high-attenuating material, the rigidity and strength of the tool are lowered as described above, resulting in an increase in deflection and a decrease in durability.
他方、バイト本体部と別部品との間あるいは別部品相互間の摩擦を利用する方法では、大きな面積で摩擦力を生じさせることが望まれる。しかし、単純に大きな面積で摩擦力を生じさせようとすると、バイトの多くの部分に加工を施す必要があり、コスト増大の要因となり得る。その上、別部品とホルダの密着性が悪いと剛性低下を招くこととなり、かえって振動が増大する危険性もある。 On the other hand, it is desirable to generate a frictional force in a large area in a method using friction between the bite body and another part or between different parts. However, if the frictional force is simply generated in a large area, it is necessary to process many parts of the cutting tool, which may increase the cost. In addition, if the adhesion between the separate parts and the holder is poor, the rigidity will be reduced, and there is a risk that vibration will increase.
また、図2(a)〜(c)に示すように、たとえば角バイトが多く用いられる外径加工の場合には、最も大きな力がかかる主分力方向よりも送り分力方向(バイト送り方向)でのバイトの振動加速度が大きくなるケースが多い。また旋削加工においては外径加工のほかに図7(b),(c)に示す端面加工があるが、この場合は背分力方向において振動が大きくなりやすい。すなわちバイト底面に対して垂直な方向の曲げ振動よりも、バイト底面に沿う方向の曲げ振動の方が大きくなりやすいということになる。このバイト底面に沿う方向の曲げ振動は、工具刃先から逃げ面と被削材との接触状態に影響を及ぼすと考えられる。この領域の損傷は工具寿命短縮の要因となり得るため、同方向の振動を効果的に抑制することが、工具の損傷を抑制する上で重要である。 Also, as shown in FIGS. 2A to 2C, in the case of outer diameter machining in which, for example, a square bite is often used, the feed component force direction (the bite feed direction) rather than the main component force direction where the greatest force is applied. ) In many cases, the vibration acceleration of the tool becomes large. Further, in the turning process, there is an end face process shown in FIGS. 7B and 7C in addition to the outer diameter process. In this case, vibration tends to increase in the direction of the back component force. That is, the bending vibration in the direction along the bottom surface of the tool tends to be larger than the bending vibration in the direction perpendicular to the bottom surface of the tool. It is considered that the bending vibration in the direction along the bottom of the cutting tool affects the contact state between the flank and the work material from the tool edge. Since damage in this region can be a factor in shortening the tool life, it is important to effectively suppress vibration in the same direction in order to suppress damage to the tool.
しかし、上述の各先行技術文献に記載された発明では、送り分力方向(バイト送り方向)や背分力方向の振動を積極的に抑制するための具体的手法について記載されていない。したがって、工具刃先から逃げ面に至る領域での工具の損傷を効果的に抑制することができず、このことが工具寿命を改善できない要因となり得るという問題もあった。 However, the invention described in each of the above prior art documents does not describe a specific method for positively suppressing vibration in the feed component force direction (tool feed direction) or the back component force direction. Therefore, damage to the tool in the region from the tool blade edge to the flank cannot be effectively suppressed, and this may cause a problem that the tool life cannot be improved.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、剛性低下やコスト増大を最小限に抑えながら、特にバイト底面に沿う面内での曲げ振動において減衰性能が高く、その結果加工中の振動を効果的に抑制し、切刃の損傷を抑制してより長寿命化することが可能な切削工具および該切削工具を備えた工作機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a high damping performance particularly in bending vibration in the plane along the bottom surface of the cutting tool while minimizing a decrease in rigidity and an increase in cost. As a result, it is an object of the present invention to provide a cutting tool capable of effectively suppressing vibration during machining, suppressing damage to the cutting blade, and extending the service life, and a machine tool including the cutting tool.
本発明に係る切削工具は、1つの局面では、切刃部分と、切刃部分が装着される頭部と、頭部から連続して延び工作機械の台座に固定される柄部とを有するバイト本体部とを備える。そして、上記工作機械の台座に接するバイト本体部の底面に沿って延び、バイト本体部の両側面に開口するように柄部を貫通するスリットを設け、柄部に対して部材全体が相対運動可能なようにスリット内に板状部材を嵌込み、該板状部材の上下面を柄部と接触させて板状部材と柄部との接触面に沿った柄部の幅方向に摩擦力を発生させる。 In one aspect, the cutting tool according to the present invention has a cutting edge portion, a head on which the cutting edge portion is mounted, and a handle that continuously extends from the head and is fixed to a base of a machine tool. A main body. And, it extends along the bottom of the tool body that contacts the pedestal of the machine tool, and has slits that penetrate the handle so as to open on both sides of the tool body, so that the entire member can move relative to the handle In this way , a plate-like member is fitted into the slit, and the upper and lower surfaces of the plate-like member are brought into contact with the handle portion to generate a frictional force in the width direction of the handle portion along the contact surface between the plate-like member and the handle portion. Let
上記のようなスリットを設け、該スリット内に板状部材を嵌込んで板状部材の上下面を柄部と接触させることにより、バイト本体部の強度や剛性の低下を抑制しながら、切削時に板状部材とバイト本体部の柄部との間に摩擦力を作用させることができる。それにより、バイト本体部の底面と平行な方向に大きな摩擦力を作用させることができ、外径加工時の送り分力方向(端面加工時は背分力方向)におけるバイト本体部の振動を効果的に抑制することができる。また、バイト本体柄部の両側面間を貫通する形でスリットを設け、該スリット内に板状部材を配設するので、工作機械に把持した時のバイトに加わる圧縮力は、外径加工時であれば送り方向(図3では紙面垂直方向)で分布が均一となる。圧縮力が不均一であると、バイトの把持状態が不安定となり、結果的にバイトの振動状態に悪影響を及ぼす可能性があるが、本発明に係る切削工具ではこのような悪影響を回避できる。 By providing a slit as described above, inserting a plate-like member in the slit and bringing the upper and lower surfaces of the plate-like member into contact with the handle, it is possible to reduce the strength and rigidity of the bite body portion while cutting. A frictional force can be applied between the plate-like member and the handle portion of the bite body portion. As a result, a large frictional force can be applied in a direction parallel to the bottom surface of the tool body, and the vibration of the tool body in the feed force direction during outer diameter machining (the back force force direction during end face machining) is effective. Can be suppressed. In addition, since a slit is provided so as to penetrate between both side surfaces of the tool body handle, and a plate-like member is provided in the slit, the compressive force applied to the tool when gripped by the machine tool is reduced during outer diameter processing. If so, the distribution is uniform in the feed direction (the direction perpendicular to the paper surface in FIG. 3). If the compressive force is uneven, the gripping state of the cutting tool becomes unstable, and as a result, there is a possibility of adversely affecting the vibration state of the cutting tool. However, such a bad influence can be avoided in the cutting tool according to the present invention.
本発明に係る切削工具は、他の局面では、切削時の送り分力方向と背分力方向とで規定される平面に沿って延びるように柄部を貫通するスリットを設け、柄部に対して部材全体が相対運動可能なようにスリット内に板状部材を嵌込み、この板状部材の上下面を柄部と接触させて板状部材と柄部との接触面に沿った柄部の幅方向に摩擦力を発生させる。このように送り分力方向と背分力方向とで規定される平面に沿って延びるように柄部を貫通するスリットを設けた場合にも、上記の1つの局面の場合と同様に、外径加工時の送り分力方向(端面加工時は背分力方向)に大きな摩擦力を作用させることができる。また、送り分力方向と背分力方向とで規定される面とバイト本体部の底面とが平行でない場合(バイト底面が曲面である場合も含む)にも、送り分力方向あるいは背分力方向に大きな摩擦力を作用させることができる。 In another aspect, the cutting tool according to the present invention is provided with a slit penetrating the handle so as to extend along a plane defined by the feed component force direction and the back component force direction at the time of cutting. The plate member is inserted into the slit so that the entire member can be moved relative to each other, and the upper and lower surfaces of the plate member are brought into contact with the handle portion, so that the handle portion along the contact surface between the plate member and the handle portion is Generate frictional force in the width direction. Even when the slit that penetrates the handle portion is provided so as to extend along the plane defined by the feed component force direction and the back component force direction, the outer diameter is the same as in the case of the above one aspect. A large frictional force can be applied in the feed component force direction during machining (the back component force direction during end face machining). Also, when the surface defined by the feed component force direction and the back component force direction is not parallel to the bottom surface of the bite body (including the case where the bite bottom surface is a curved surface), the feed component force direction or the back component force A large frictional force can be applied in the direction.
上記切削工具を工作機械に設置する際に該工作機械の台座に接する部分のうち切刃部分側の端部における切削工具の長手方向に垂直な断面に達するようにスリットおよび板状部材を設けることが好ましい。 When the cutting tool is installed in a machine tool, a slit and a plate-like member are provided so as to reach a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the cutting tool at the end portion on the cutting edge portion side of the portion contacting the pedestal of the machine tool Is preferred.
上記スリットを柄部の長手方向の頭部とは反対側の端面に達するように設け、スリット全体にわたって板状部材を挿入することが好ましい。また、スリットと板状部材の厚みは、柄部の厚みの5%と1mmのうちの大きい値以上であり、柄部の厚みの20%と3mmのうちの大きい値以下であることが好ましい。なお、「スリットと板状部材の厚み」とは、バイト本体部の頭部における切刃部分の装着面からバイト本体部の底面に向かう方向(たとえば図3における上下方向:台座3の固定面8に垂直な方向)の厚みをいう。また、板状部材を超硬合金で構成することが好ましい。また、柄部の側面に座ぐりを設け、該座ぐり内に開口するようにスリットを設けてもよい。
It is preferable that the slit is provided so as to reach the end surface on the opposite side of the head portion in the longitudinal direction of the handle portion, and the plate member is inserted over the entire slit. Further, the thickness of the slit and the plate-like member is preferably not less than a large value of 5% and 1 mm of the thickness of the handle and not more than a large value of 20% and 3 mm of the thickness of the handle. The “thickness of the slit and the plate-like member” means the direction from the mounting surface of the cutting edge portion in the head of the cutting tool main body to the bottom of the cutting tool main body (for example, the vertical direction in FIG. 3: the fixing
本発明に係る工作機械は、上述の切削工具と、切削工具が固定される台座とを備える。そして、切削工具のバイト本体柄部のうち切刃側の一部が工作機械台座から突出するように切削工具を台座に固定し、バイト本体柄部において台座上に位置する部分から、突出部分に達するように前述のスリットおよび板状部材を設ける。 A machine tool according to the present invention includes the above-described cutting tool and a base on which the cutting tool is fixed. Then, the cutting tool is fixed to the pedestal so that a part on the cutting edge side of the cutting tool main body portion of the cutting tool protrudes from the machine tool pedestal. The aforementioned slits and plate-like members are provided so as to reach.
これにより、板状部材のうち工作機械台座上に位置する部分は、突出部内に位置する部分よりもバイト本体から強固に固定され、その結果、突出部内に位置する部分でバイト本体との相対運動が生じやすくなり、その際生じる摩擦力によってバイト本体部の振動を効果的に抑制できる。 As a result, the portion of the plate-like member located on the machine tool pedestal is more firmly fixed from the bite body than the portion located in the protruding portion, and as a result, the portion located in the protruding portion moves relative to the bite body. And the vibration of the bite body can be effectively suppressed by the friction force generated at that time.
本発明によれば、バイト本体部の底面(送り分力方向と背分力方向とで規定される平面)に沿う方向にスリットを設け、該スリット内に板状部材を嵌込むようにしたので、バイト本体部の強度や剛性低下を抑制しながら外径加工時の送り分力方向(端面加工時は背分力方向)に大きな摩擦力を作用させることができ、該方向におけるバイト本体部の振動を効果的に抑制することができる。したがって、剛性低下やコスト増大を最小限に抑えながら、特にバイト底面に沿う面内での曲げ振動において減衰性能が高く、その結果加工中の振動を効果的に抑制し、切刃の損傷を抑制してより長寿命化することが可能な切削工具および該切削工具を備えた工作機械を提供することができる。 According to the present invention, the slit is provided in the direction along the bottom surface (the plane defined by the feed component force direction and the back component force direction) of the bite body portion, and the plate-like member is fitted into the slit. A large frictional force can be applied in the feed component force direction during outer diameter machining (back component force direction during end face machining) while suppressing the strength and rigidity reduction of the bite body portion. Vibration can be effectively suppressed. Therefore, while minimizing the decrease in rigidity and cost, the damping performance is high especially in the bending vibration along the bottom of the cutting tool. As a result, the vibration during machining is effectively suppressed and the damage to the cutting edge is suppressed. Thus, it is possible to provide a cutting tool capable of extending the life and a machine tool including the cutting tool.
以下、図3〜図6を用いて、本発明の実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
(実施の形態1)
図3は、本発明の実施の形態1における切削工具(バイト)と工作機械の一部とを示す側面図である。図3に示すように、本実施の形態1の切削工具は、切刃部分(チップ)2と、該切刃部分2が装着される頭部1aと、該頭部1aから連続して延び工作機械の台座3に固定される柄部1bとを有するバイト本体部1とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 3 is a side view showing the cutting tool (bite) and a part of the machine tool according to
切刃部分2は、たとえば超硬合金などで構成され、クランプ機構あるいはろう付けなどの方法でバイト本体部1の頭部1aに固定される。バイト本体部1は、たとえばCr−Mo鋼などで構成される。このバイト本体部1の柄部1bにスリット4を設ける。
The
スリット4は、図4(a)に示すように、バイト本体部1の柄部1bを貫通するように設けられる。スリット4は、切刃部分2が装着される側の面(バイト本体部1の上面)と反対側に位置するバイト本体部1の底面に沿って延在し、柄部1bの両側面に開口する。該スリット4は、切削時の送り分力方向と背分力方向とで規定される平面に沿って延びるようにバイト本体部1の柄部1bを貫通する。
As shown in FIG. 4A, the
上記のスリット4内に板状部材5を嵌込み、図4(a)に示すように、該板状部材5の上下面を柄部1bと接触させるようにする。板状部材5は、バイトを工作機械に固定した際に充分な剛性を有するものであればよく、板状部材5の材質としては、鋼材の他、極端に軟質でない金属系の材質を使用可能である。このような板状部材5をスリット4内に嵌込んでその上下面を柄部1bと接触させることにより、切削加工時に板状部材5とバイト本体部1との間に所望の摩擦力を発生させることができる。
The plate-
また、上下面の面積の大きい板状部材5を採用することで、板状部材5とバイト本体部1との接触面積を大きくすることができ、切削加工時に板状部材5とバイト本体部1との間に大きな摩擦力を発生させることができる。したがって、加工中のバイト本体部1の振動を効果的に減衰させることができる。
Further, by adopting the plate-
図3の例のようにバイト本体部1の底面と平行な方向に板状部材5を配設した場合には、外径加工時の送り分力方向(端面加工時は背分力方向)に大きな摩擦力を作用させることが可能となるので、同方向におけるバイト本体部1の振動を効果的に抑制することができる。それにより、切刃部分2の損傷を抑制することができる。
When the plate-
切削加工時に板状部材5とバイト本体部1との間に、より大きな摩擦力を発生させるためには、板状部材5とバイト本体部1とを密着させることが好ましい。たとえば圧入あるいは焼嵌めなどの手法で板状部材5をスリット4に嵌合し、スリット4に対し締りばめまたは中間ばめの状態で板状部材5を挿入することにより、大きな摩擦力を発生させることができる。また、バイト本体部1を工作機械の台座3に固定する際の締付け力(バイト本体部1の上面に付与される力であって図3の上下方向に作用する力)をも利用することにより、板状部材5とバイト本体部1とをさらに強く密着させることができる。
In order to generate a larger frictional force between the plate-
上記のようにバイト本体部1にスリット4を設けることにより、バイト本体部1の剛性は若干低下するものと考えられる。したがって、バイト本体部1の剛性低下の程度を軽減するための工夫が必要となる。他方、板状部材5があまりに薄いと所望の摩擦力が得られない可能性がある。そこで、図3に示すスリット4および板状部材5の厚みt2と、バイト本体部1の柄部1bの厚みt1との関係について説明する。
By providing the
スリット4と板状部材5の厚みt2を、あまりに大きくするとバイト本体部1の剛性低下が著しくなり得るので、バイト本体部1の柄部1bの厚みt1の20%以下程度とする。それにより、バイト本体部1の剛性低下を小さく抑えることができ、剛性低下が要因となって生じるバイト本体部1の耐振動性の低下を抑制することができる。また、加工品の寸法精度に与える影響も小さくすることができる。
If the thickness t2 of the
他方、スリット4と板状部材5の厚みt2があまりに小さいと、板状部材5自体の剛性が低下し、板状部材5とバイト本体部1との間に作用する摩擦力が小さくなってしまう。よって、スリット4と板状部材5の厚みt2を、バイト本体部1の柄部1bの厚みt1の5%以上程度とすることが好ましい。
On the other hand, if the thickness t2 of the
ところが、たとえばバイト本体部1の柄部1bの厚みt1が10mm前後の小型バイトの場合、加工対象が低負荷のものに限定されるため、上記の厚みt2を厚みt1の20%より大きくしても、剛性低下の影響は小さくなる。具体的にはスリット4と板状部材5の厚みt2を3mm程度とした場合でも、バイト本体部1の剛性低下の影響は小さくなる。
However, for example, when the thickness t1 of the
また、上述のような小型バイトの場合、上記の厚みt2を厚みt1の5%程度とすると、板状部材5があまりに薄くなりすぎ、板状部材5に反りが発生しやすくなり、板状部材5の加工が困難となる。したがって、スリット4と板状部材5の厚みt2は、1mm以上程度であることが好ましい。
In the case of the small tool as described above, if the thickness t2 is about 5% of the thickness t1, the plate-
以上に鑑み、スリット4と板状部材5の厚みt2を、バイト本体部1の柄部1bの厚みt1の5%と1mmのうちの大きい値以上、柄部1bの厚みt1の20%と3mmのうちの大きい値以下とすることが好ましい。
In view of the above, the thickness t2 of the
後述する実施の形態2,3の場合のように工作機械の台座3から突出するように板状部材5を設けた場合には、板状部材5が片持ち梁のような状態となるため、特にバイト底面に沿う面内での曲げ振動において、板状部材5の固有振動数がバイト本体部1の固有振動数よりも高くなりやすい。よって、この場合には、さらにバイト本体部1の摩擦減衰効果が得られやすくなる。
When the plate-
また、板状部材5をバイト本体部1よりもヤング率の高い材料で構成することが好ましい。それにより、板状部材5の固有振動数をバイト本体部1の固有振動数より高くすることができ、板状部材5とバイト本体部1の振動状態の差が大きくなり、摩擦減衰効果が得られやすくなる。
The plate-
また、板状部材5をバイト本体部1よりもヤング率の高い材料で構成することにより、バイト全体としての剛性低下を抑制することができる。
In addition, by configuring the plate-
図4(b),(c)に、バイト本体部1の柄部1bの断面形状の変形例を示す。図4(b)に示すように、柄部1bの両側面に座ぐり6を設け、該座ぐり6内に開口するようにスリット4を設けてもよい。このように座ぐり6を設けることにより、スリットの深さが小さくなるため加工が容易になる。この場合、板状部材とバイト本体柄部の接触面積は減少することとなるが、バイト本体柄部を工作機械に把持する際に板状部材に働く圧縮力の大きさは図4(a)の場合と変わらず、バイト本体と板状部材との間に働く摩擦力による減衰についても図4(a)の場合と同様の効果が期待できる。
4 (b) and 4 (c) show modified examples of the cross-sectional shape of the
また、図4(c)に示すように、接着剤や樹脂などを介して座ぐり6内にシール部品7を設置してもよい。該シール部品7は、バイト本体部1とは別部品であり、樹脂などの軟質材を介して柄部1bに固定されるので、図4(b)の場合と同様に、工作機械へのバイト固定時に充分な圧縮力を板状部材5に働かせることができる。
Moreover, as shown in FIG.4 (c), you may install the sealing component 7 in the spot facing 6 via an adhesive agent, resin, etc. As shown in FIG. Since the seal part 7 is a separate part from the
(実施の形態2)
次に、図5(a),(b)を用いて、本発明の実施の形態2について説明する。図5(a)は、本実施の形態2における切削工具と工作機械の一部とを示す側面図であり、図5(b)は、図5(a)におけるVb−Vb線に沿う断面図である。
(Embodiment 2)
Next,
図5(a)に示すように、本実施の形態2では、バイト本体部1の柄部1bにおいて工作機械の台座3上に位置する部分から、該台座3から突出する突出部に達するようにスリット4および板状部材5を設けている。それ以外の構成は、実施の形態1と同様である。
As shown in FIG. 5 (a), in the second embodiment, the
上記のようにスリット4および板状部材5を配置することにより、板状部材5のうち台座3上に位置して柄部1bとともに工作機械に固定されている部分は強固に固定される一方で、板状部材5および柄部1bは台座3から突出する部分を有することとなる。したがって、板状部材5とバイト本体部1とはともに片持ち梁に似た状態となる。
By disposing the
切削加工中に切刃部分2にかかる切削力はバイト本体部1を介して板状部材5にも作用し、バイトだけでなく板状部材5も振動する。しかし、板状部材5の断面形状も、台座3からの突出長さ(台座3における切刃部分2側の端部からの板状部材5の突出長さ)も、バイト本体部1とは異なる。つまり、固有振動数の異なる2つの梁が接触しながら振動するような状態となる。このように両者の運動状態が大きく異なるため、板状部材5とバイト本体部1との間に相対運動が生じ、摩擦による減衰効果を発揮し易くなる。
The cutting force applied to the
なお、板状部材5およびバイト本体部1における柄部1bの台座3からの突出長さは、工作機械や作業者の設定により一定とはならないが、バイトと被削材あるいは工作機械との干渉の関係で、バイト本体柄部全体を把持することはあまりなく、たとえば最も一般的な外径旋削加工では、バイト本体柄部の切刃側をバイト柄部長手方向全長の1〜2割程度突き出す形で使用されることが多い。このため、たとえば図5のようにバイト本体部1の頭部1a近傍から柄部1bの中央部あるいはその近傍に至るように板状部材5を設置することで、ほとんどのケースで板状部材5を台座3から突出させることができるものと考えられる。
In addition, although the protrusion length from the
ここで、上述の切削工具を使用可能な工作機械の構成例について説明する。 Here, the structural example of the machine tool which can use the above-mentioned cutting tool is demonstrated.
工作機械は、ワークを保持するワーク保持機構と、ワークを駆動あるいは移動させるワーク駆動/移動機構と、切削工具を保持する工具保持機構と、工具保持機構を駆動あるいは移動させて切削工具を駆動あるいは移動させる工具駆動/移動機構とを備える。ワーク保持機構としては、たとえばチャックを有するワーク主軸を採用し、工具保持機構としては、たとえば工具を保持する刃物台を使用する。そして、上述のようにして該刃物台の台座にバイト本体部1を固定する。
The machine tool includes a workpiece holding mechanism for holding a workpiece, a workpiece driving / moving mechanism for driving or moving the workpiece, a tool holding mechanism for holding a cutting tool, and driving or moving the tool holding mechanism to drive or move the cutting tool. And a tool driving / moving mechanism to be moved. As the work holding mechanism, for example, a work spindle having a chuck is employed, and as the tool holding mechanism, for example, a tool post for holding a tool is used. Then, the cutting tool
(実施の形態3)
次に、図6(a),(b)を用いて、本発明の実施の形態3について説明する。図6(a)は、本実施の形態3における切削工具と工作機械の一部とを示す側面図であり、図6(b)は、図6(a)におけるVIb−VIb線に沿う断面図である。
(Embodiment 3)
Next,
本実施の形態3では、スリット4をバイト本体部1の柄部1bの長手方向の端面に達するように設け、スリット4全体にわたって板状部材5を嵌込んでいる。それ以外の構成は、実施の形態2と同様である。
In the third embodiment, the
図6(a)に示す例では、バイト本体部1の柄部1bの長手方向のほぼ全長にわたってスリット4を設け、柄部1bの長手方向端面(切刃部分2が取付けられる側と反対側の端面)においてスリット4が開口している。そして、スリット4のほぼ全体にわたって板状部材5を挿入し、板状部材5の端面が、上記の柄部1bの長手方向端面において露出している。
In the example shown in FIG. 6A, a
上記のようにスリット4を設けることにより、バイト本体部1の柄部1bが実質的に上下方向に分割され、頭部1aを介して柄部1bの上側部分と下側部分とが接続されることとなる。
By providing the
上述の各実施の形態では、板状部材5の厚みがスリット4の厚みに対し厚すぎると板状部材5を柄部1bに挿入することができず、逆に板状部材5の厚みがスリット4の厚みに対し薄すぎると板状部材5の上下面と柄部1bとを接触させることができず、板状部材5とバイト本体部1との間に所望の摩擦力を発生させることが困難となる。このため板状部材5とスリット4の厚みに対し高い寸法精度が要求される。
In each of the above-described embodiments, if the thickness of the plate-
これに対し、本実施の形態3では、バイトの長手方向の終端部でバイト本体部1の柄部1bがその厚み方向(上下方向)に複数の部分に分断されているので、スリット4や板状部材5の厚みに若干のばらつきが生じても、柄部1bに板状部材5を容易に挟み込むことができる。したがって、板状部材5とスリット4の厚みに対し高い寸法精度が要求されなくなり、加工コスト上有利となる。
On the other hand, in
また、バイトの長手方向の終端部でバイト本体部1の柄部1bがその厚み方向(上下方向)に複数の部分に分断されているので、バイトを工作機械の台座3に固定する際の締付力を効率的に板状部材5に作用させることができる。つまり、板状部材5に対し、バイトを工作機械の台座3に固定する際の圧縮力がかかりやすくなる。それに加え、バイト本体部1の柄部1bのほぼ全体にわたって板状部材5を延在させることができるので、板状部材5と柄部1bとの接触面積を増大することもできる。それにより、バイト本体部1と板状部材5との間に大きな摩擦力を発生させることができ、加工中のバイト本体部1の振動をさらに効果的に減衰させることができる。
Further, since the
次に、本発明の実施例について説明する。本願発明者は、下記の表1に示す従来品と発明品1〜5を作製し、それぞれの性能評価を行った。 Next, examples of the present invention will be described. This inventor produced the conventional product and invention products 1-5 shown in the following Table 1, and performed each performance evaluation.
従来品の切削工具は、図1に示す構造を有し、発明品1の切削工具は図3に示す構造を有し、発明品2の切削工具は図5に示す構造を有し、発明品3〜5の切削工具は図6に示す構造を有する。
The conventional cutting tool has the structure shown in FIG. 1, the cutting tool of
従来品と発明品1〜5において、バイト本体部1の材質は焼入れしたCr−Mo鋼である。バイト本体部1の長さは150mm、バイト本体部1の柄部1bの長さは120mm、柄部1bの幅と厚みはともに25mmである。切刃部分(チップ)2は、バイト本体部1の頭部1aにクランプされ、コーティングを施した超硬合金製である。また、柄部1bのうち、切刃先端から40mm〜150mm(終端)の間が、工作機械の台座3に固定される。
In the conventional product and the
発明品1の切削工具では、図3に示すバイト本体部1の柄部1bに対して、切刃先端から50mm〜80mmの位置に厚み3mmのスリット4を設け、該スリット4に、スリット4と同等以上の厚みを有しCr−Mo鋼で構成される板状部材5を圧入する。本発明品1では、柄部1bの底面から5mmの高さの位置に板状部材5の底面が位置するように、板状部材5を柄部1bに取り付ける。また板状部材5は、柄部1bの幅方向(紙面垂直方向)全体で柄部1bと実質的に接触している。
In the cutting tool of
発明品2の切削工具では、図5(a)に示すバイト本体部1の柄部1bに対して、切刃先端から30mm〜60mmの位置に厚み3mmのスリット4を設け、該スリット4に、スリット4と同等以上の厚みを有しCr−Mo鋼で構成される板状部材5を圧入する。したがって、工作機械の台座3の切刃側端部上に位置する柄部1bの、バイト長手方向に垂直な方向の断面(図5(a)のVb−Vb断面)には、図5(b)に示すように板状部材5が配設されることとなる。それ以外の構成は、発明品1と同様である。
In the cutting tool of
発明品3の切削工具では、図6(a)に示すバイト本体部1の柄部1bに対して、切刃先端から30mmの位置から柄部1bの終端(バイト終端)にかけて厚み6mmのスリット4を設け、該スリット4に、スリット4と同等の厚みを有しCr−Mo鋼で構成される板状部材5を挿入している。この場合も、工作機械の台座3の切刃側端部上に位置する柄部1bの、バイト長手方向に垂直な方向の断面(図6(a)のVIb−VIb断面)には、図6(b)に示すように板状部材5が配設されることとなる。また、柄部1bのほぼ全体にスリット4を設けて挿入しているので、柄部1bの終端でややスリット4を広げることで比較的容易に板状部材5をスリット4に挿入することができる。さらに、バイト本体部1を工作機械に固定した際に、上下方向の圧縮力が充分に板状部材5に作用することとなる。それ以外の構成は、発明品1と同様である。
In the cutting tool of
発明品4では、スリット4の長さや板状部材5の材質は発明品3と同様であるが、スリット4および板状部材5の厚みを3mmとしている。すなわち、発明品3では、スリット4および板状部材5の厚み(6mm)が柄部1bの厚み(25mm)の24%となっているのに対し、本発明品4では、スリット4および板状部材5の厚み(3mm)が柄部1bの厚み(25mm)の12%となっている。
In
発明品5は、板状部材5の厚みも含めて発明品4と同構造であるが、板状部材5の材質を超硬合金としている。バイト本体部1を構成するCr−Mo鋼のヤング率は約200GPaであるのに対し、超硬合金のヤング率は約600GPaあるので、本発明品5では、板状部材5のヤング率がバイト本体部1のヤング率よりも高くなっている。
The
上記の従来品および発明品1〜5に対し、評価試験として、加工中の振動測定および断続切削におけるチップの耐欠損寿命の評価を実施した。その結果を上記の表1に併記している。
For the above-mentioned conventional products and
振動測定は、切削速度:200m/min.、送り:0.3mm/rev、切込み:1.5mmの条件で乾式にてCr−Mo鋼の丸棒を外径旋削加工している状態で実施した。具体的には、バイト本体部1の頭部1aの底面に加速度ピックアップを取り付け、得られる加速度振幅の時系列データについて周波数分析を行なった。
Vibration measurement was performed at a cutting speed of 200 m / min. , Feed: 0.3 mm / rev, cutting: 1.5 mm, and was carried out in a state in which a round bar of Cr—Mo steel was subjected to external diameter turning by a dry method. Specifically, an acceleration pickup was attached to the bottom surface of the
本実施例での工具系の固有振動数は3〜7kHzであることから、周波数分析結果のうちこの周波数付近に現れるピークに着目し、各発明品でのピークにおけるパワー値を、従来品におけるピークでのパワー値により正規化した値を求めている。このパワー値は、加速度振幅の2乗に関連した数値となり、この値が大きいほどバイト本体部1の頭部1aが激しく振動していることとなる。また、主分力方向(各バイト図面の上下方向)と送り方向(送り分力方向:各バイト図面の紙面垂直方向)の2方向の振動について評価している。
Since the natural frequency of the tool system in this example is 3 to 7 kHz, paying attention to the peak appearing near this frequency in the frequency analysis result, the power value at the peak in each invention product is the peak in the conventional product. The value normalized by the power value at is obtained. This power value is a numerical value related to the square of the acceleration amplitude, and the larger this value is, the more severely the
表1の結果より、各発明品の振動加速度が従来品よりも抑制されていることがわかる。特に、送り方向の振動抑制効果が高いことがわかる。また、バイト本体部1の柄部1bの中央部に板状部材5を配設している発明品1に比べ、切刃部分2寄りに板状部材5を配設している発明品2の方が振動抑制効果が高いことがわかる。つまり、工作機械の台座3から切刃部分2側に板状部材5を突出させることで振動抑制効果を高めることができる。
From the results in Table 1, it can be seen that the vibration acceleration of each invention product is suppressed as compared with the conventional product. In particular, it can be seen that the effect of suppressing vibration in the feed direction is high. Further, the
スリット4および板状部材5の厚みについては、厚み6mmの発明品3と比較して厚み3mmの発明品4の方が振動抑制効果が高いことがわかる。このことから、スリット4および板状部材5の厚みを大きくしすぎると、板状部材5の材質によらずバイト全体の剛性が低下し、それに伴い振動抑制効果も低下するものと考えられる。
About the thickness of the
また、板状部材5を超硬合金とした発明品5は、板状部材5を鋼とした発明品4よりもさらに優れている。このことから、板状部材5として高ヤング率材をバイト本体部1に挿入することで、バイト本体部1と板状部材5との振動状態の差が拡大して摩擦減衰を引き出し易くなるばかりでなく、バイトの剛性低下をも抑制できるなどの種々の効果が複合的に生じ、結果として優れた振動抑制効果が得られることがわかる。
The
次に、本発明品が切刃部分(チップ)2の損傷に与える影響に関する評価結果ついて説明する。この結果も、上記の表1に併記している。 Next, the evaluation results regarding the influence of the product of the present invention on the damage to the cutting edge portion (chip) 2 will be described. This result is also shown in Table 1 above.
試験条件は、切削速度:200m/min.、送り:0.25mm/rev、切込み:2.0mmの湿式加工であり、軸方向に溝を設けたCr−Mo鋼に対し断続切削を行った。 The test conditions were cutting speed: 200 m / min. , Feed: 0.25 mm / rev, incision: 2.0 mm wet processing, and intermittent cutting was performed on Cr-Mo steel provided with grooves in the axial direction.
切刃部分(チップ)2の破損は確率的に生じるとされていることから、ここでは10回の試験での平均値により評価を行うものとする。表1には、従来品および発明品での欠損に至るまでの断続切削回数を示している。 Since the breakage of the cutting edge portion (chip) 2 is assumed to occur probabilistically, the evaluation is performed based on the average value in 10 tests. Table 1 shows the number of intermittent cuttings until the conventional product and the invention product are defective.
表1に示すように、各発明品の欠損に至るまでの断続切削回数が従来品よりも多くなっており、各発明品の寿命が従来品よりも長くなっていることがわかる。特に、工作機械の台座3から切刃部分2側に板状部材5を突出させた発明品2〜5、さらにはバイト本体部1の柄部1bのほぼ全体にわたって厚さ3mmの板状部材5を配設した発明品4,5で寿命延長効果が高いことがわかる。
As shown in Table 1, it can be seen that the number of intermittent cuttings until each invention product is lost is greater than that of the conventional product, and the life of each invention product is longer than that of the conventional product. In particular,
実施例1においては、外径旋削加工により本発明品の効果を検証したが、本実施例2では端面旋削加工においての評価結果を示す。評価対象とした発明品は実施例1と同様である。 In Example 1, the effect of the product of the present invention was verified by outer diameter turning, but Example 2 shows the evaluation result in end face turning. Inventions to be evaluated are the same as in Example 1.
ここでは、被削材としてFCD450丸棒を用い、丸棒の端面を外径側から中心に向かって端面加工する際の振動状態を測定した。加工条件は切削速度130m/min、送り0.15mm/rev、切込み0.5mm、乾式加工である。実施例1と同様に、バイト頭部底面に加速度ピックアップを取り付けて評価を行った。 Here, an FCD450 round bar was used as the work material, and the vibration state when the end face of the round bar was processed from the outer diameter side toward the center was measured. The processing conditions are a cutting speed of 130 m / min, a feed of 0.15 mm / rev, a cutting depth of 0.5 mm, and dry processing. In the same manner as in Example 1, an acceleration pickup was attached to the bottom surface of the bite head for evaluation.
端面加工では、実施例1の外径加工と異なり、バイト底面に沿う面内での曲げ振動の方向は背分力方向に該当することとなる。そこで、振動評価は主分力方向および背分力方向の2方向について実施した。 In the end face machining, unlike the outer diameter machining in the first embodiment, the direction of bending vibration in the plane along the bite bottom face corresponds to the back component force direction. Therefore, the vibration evaluation was performed in two directions of the main component force direction and the back component force direction.
表2にその結果を示す。これから分かるように、やはり背分力方向において本発明品での振動が特に抑制されていることが分かる。挿入部材の厚みや材質による影響は実施例1と同様の傾向で、発明品4や5で特に振動抑制効果が高い。
Table 2 shows the results. As can be seen from this, it can be seen that the vibration in the product of the present invention is particularly suppressed in the direction of the back component force. The influence of the thickness and material of the insertion member has the same tendency as in Example 1, and the
上記は端面加工でもバイトを外径側から中心に向かって送る場合(インフィード加工:図7(b))であったが、バイトを中心方向から外径方向に送る引き上げ加工(図7(c))においても同様の効果が得られている。また、被削材回転軸に対して斜め方向に工具送り運動を与えるケース(倣い加工など)においては、外径加工、端面加工を合成したような形態となるため、本発明品では送り分力方向、背分力方向いずれにおいても振動が抑制されることを確認している。 The above is the case where the cutting tool is sent from the outer diameter side toward the center even in the end face processing (infeed processing: FIG. 7B), but the pulling process is performed to send the cutting tool from the center direction to the outer diameter direction (FIG. 7C). The same effect is obtained in)). In cases where tool feed movement is applied obliquely to the workpiece rotation axis (such as copying), the outer diameter machining and end face machining are combined, so the product of the present invention has a feed component force. It has been confirmed that vibration is suppressed in both the direction and the back component force direction.
次に端面加工での切刃損傷に対する影響について示す。この結果も表2に示している。加工条件は切削速度130m/min、送り0.15mm/rev、切込み0.5mm、湿式加工であり、被削材としてFCD450を用いた。鋳鉄の加工では振動が生じやすく、微小な損傷の積み重ねにより工具摩耗が加速されやすい。そこで、ここでは平均逃げ面摩耗幅VBが0.25mmに達するまでの時間を工具寿命として、工具寿命の大小により各バイトの評価を行った。 Next, the influence on the cutting edge damage in the end face processing will be shown. The results are also shown in Table 2. The machining conditions were a cutting speed of 130 m / min, a feed of 0.15 mm / rev, a cutting depth of 0.5 mm, and wet machining, and FCD450 was used as a work material. In cast iron processing, vibration is likely to occur, and tool wear is likely to be accelerated by the accumulation of minute damage. Therefore, here, the time until the average flank wear width VB reaches 0.25 mm was defined as the tool life, and each tool was evaluated based on the tool life.
表2に示したように、工具寿命に関しても振動抑制効果と同様の傾向を示しており、本発明品、中でもバイト本体部柄部のほぼ全体にわたって厚さ3mmの板状部材を配設した発明品4,5で寿命延長効果が高いことが分かる。
As shown in Table 2, the tool life also shows the same tendency as the vibration suppression effect, and the invention product, in particular, the invention in which a plate-like member having a thickness of 3 mm is disposed over almost the entire bite body handle portion. It can be seen that
以上のように、本発明品では、バイト全体の振動抑制機能、特にバイト底面に沿う面内での曲げ振動について振動抑制機能が高められ、切刃部分(チップ)の損傷を効果的に抑制することができる。 As described above, in the product of the present invention, the vibration suppressing function of the entire tool, particularly the vibration suppressing function for bending vibration in the plane along the tool bottom surface is enhanced, and the damage to the cutting edge portion (chip) is effectively suppressed. be able to.
上述のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上記の各実施の形態および実施例の特徴的構成を適宜組み合わせることも当初から予定されている。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the characteristic configurations of the above embodiments and examples.
また、本発明は上記の実施の形態および実施例に限定されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments and examples. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and includes meanings equivalent to the terms of the claims and all modifications within the scope.
本発明は、切削工具および工作機械に有効に適用される。 The present invention is effectively applied to cutting tools and machine tools.
1 バイト本体部、1a 頭部、1b 柄部、2 切刃部分、3 台座、4 スリット、5 板状部材、6 座ぐり、7 シール部品、8 固定面。 1 Bite body part, 1a head part, 1b handle part, 2 cutting edge part, 3 base, 4 slit, 5 plate-like member, 6 spot facing, 7 seal part, 8 fixing surface.
Claims (8)
前記切刃部分が装着される頭部と、該頭部から連続して延び工作機械の台座に固定される柄部とを有するバイト本体部とを備え、
前記工作機械の台座に接する前記バイト本体部の底面に沿って延び、前記バイト本体部の両側面に開口するように前記柄部を貫通するスリットを設け、
前記柄部に対して部材全体が相対運動可能なように前記スリット内に板状部材を嵌込み、該板状部材の上下面を前記柄部と接触させて前記板状部材と前記柄部との接触面に沿った前記柄部の幅方向に摩擦力を発生させるようにした、切削工具。 A cutting edge part,
A tool body having a head portion to which the cutting blade portion is mounted, and a handle portion extending continuously from the head portion and fixed to a pedestal of a machine tool,
Extending along the bottom surface of the cutting tool main body contacting the base of the machine tool, and providing a slit penetrating the handle so as to open on both side surfaces of the cutting tool main body;
A plate-like member is fitted in the slit so that the entire member can move relative to the handle, and the upper and lower surfaces of the plate-like member are brought into contact with the handle, and the plate-like member and the handle A cutting tool that generates a frictional force in the width direction of the handle along the contact surface.
前記切刃部分が装着される頭部と、該頭部から連続して延び工作機械の台座に固定される柄部とを有するバイト本体部とを備え、
切削時の送り分力方向と背分力方向とで規定される平面に沿って延びるように前記柄部を貫通するスリットを設け、
前記柄部に対して部材全体が相対運動可能なように前記スリット内に板状部材を嵌込み、該板状部材の上下面を前記柄部と接触させて前記板状部材と前記柄部との接触面に沿った前記柄部の幅方向に摩擦力を発生させるようにした、切削工具。 A cutting edge part,
A tool body having a head portion to which the cutting blade portion is mounted, and a handle portion extending continuously from the head portion and fixed to a pedestal of a machine tool,
Provide a slit that penetrates the handle so as to extend along a plane defined by the feed component force direction and the back component force direction during cutting,
A plate-like member is fitted in the slit so that the entire member can move relative to the handle, and the upper and lower surfaces of the plate-like member are brought into contact with the handle, and the plate-like member and the handle A cutting tool that generates a frictional force in the width direction of the handle along the contact surface.
前記切削工具が固定される台座とを備え、
前記切削工具の柄部のうち切刃側の一部が前記台座から突出するように前記切削工具を前記台座に固定し、
前記柄部において前記台座上に位置する部分から、前記台座からの突出部に達するように前記スリットおよび前記板状部材を設けた、工作機械。 The cutting tool according to any one of claims 3 to 7,
A pedestal to which the cutting tool is fixed;
The cutting tool is fixed to the pedestal so that a part of the cutting edge side of the handle portion of the cutting tool protrudes from the pedestal,
The machine tool which provided the said slit and the said plate-shaped member so that it might reach the protrusion part from the said base from the part located on the said base in the said handle | pattern part.
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