WO2014137125A1 - 공작기계 - Google Patents

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WO2014137125A1
WO2014137125A1 PCT/KR2014/001750 KR2014001750W WO2014137125A1 WO 2014137125 A1 WO2014137125 A1 WO 2014137125A1 KR 2014001750 W KR2014001750 W KR 2014001750W WO 2014137125 A1 WO2014137125 A1 WO 2014137125A1
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서상일
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두산인프라코어 주식회사
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Abstract

본 발명은, 모재를 가공하기 위한 공구가 장착되는 스핀들헤드와, 전방에 상기 스핀들헤드가 장착되며, 상기 스핀들헤드를 상, 하 이동시키는 컬럼과, 상기 컬럼이 상측에 장착되며, 상기 컬럼을 전, 후 이동시키는 새들과, 상기 새들이 상측에 장착되며, 상기 새들을 좌, 우 이동시키는 이송부와, 상기 이송부 상측에 구비되어 상기 스핀들헤드에 의해 가공될 모재가 설치되는 테이블와, 상기 스핀들헤드와 테이블을 포함한 가공영역으로부터, 상기 컬럼, 새들 및 이송부를 포함한 비가공영역을 차폐시키는 커버링 장치를 포함하는 공작기계를 제공한다. <대표도> 도 3

Description

공작기계
본 발명은 공작기계에 관한 것이며, 구체적으로 ATC가 스핀들헤드와 일체형으로 구비된 공작기계에 적용 가능한 커버링 장치가 구비된 공작기계에 관한 것이다.
공작기계는 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속 또는 비금속의 소재(이하 모재)를 적당한 공구를 사용하여 형상 및 치수로 가공하던가 또는 더욱 정밀한 가공을 추가할 목적으로 사용되는 기계를 말한다.
상기 공작기계는 모재를 고정하고 이동하기 위한 테이블와 모재를 가공하기 위한 공구대를 포함한다.
최근에는 하나의 공작기계에서 다양한 가공을 가능하게 하는 복합 가공기가 이용되고 있다. 일반적으로 이러한 복합 가공기에서는 다양한 기계가공작업을 위해 툴 매거진에 복수개의 공구를 장착한 후 이를 교환할 수 있는 ATC(자동공구교환장치, Automatic Tool Changer)가 구비되어 있다.
도 1은 종래의 ATC(5)가 구비된 공작기계의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 공작기계는 스핀들헤드(1), 컬럼(2), 새들(3), 이송부(4) 및 ATC(5)를 포함하는 공구대(10)와, 모재가 설치되는 테이블(20)를 포함한다.
여기서, 상기 스핀들헤드(1) 및 테이블(20)가 위치한 전방은 공작기계 내에서 가공영역을 구성하고, 상기 컬럼(2), 새들(3), ATC(5) 및 이송부(4) 등이 위치하는 후방은 비가공영역을 구성한다.
상기 스핀들헤드(1)는 모재를 가공하기 위한 공구가 장착되며, 공구는 상기 스핀들헤드(1)로부터 회전력을 전달받아 모재를 가공한다.
상기 컬럼(2)은 전방에 상기 스핀들헤드(1)를 장착하여 상기 스핀들헤드(1)를 상, 하 이동시킨다.
상기 새들(3)은 상기 컬럼(2)을 상측에 장착하며, 상기 컬럼(2)을 전, 후 이동시킨다. 즉, 상기 새들(3)의 전, 후 이동으로써 상기 컬럼(2) 및 스핀들헤드(1) 또한 전, 후 이동한다.
상기 이송부(4)는 상기 새들(3)을 상측에 장착하여, 상기 새들(3)을 좌, 우 이동시킨다. 즉, 상기 이송부(4)의 좌, 우 이동은 상기 새들(3), 컬럼(2) 및 스핀들헤드(1)를 좌, 우 이동시킨다.
상기 테이블(20)는 상기 이송부(4) 상측에 구비되어 상기 스핀들헤드(1)에 의해 가공될 모재가 설치된다.
즉, 상기 스핀들헤드(1)의 위치는 상기 컬럼(2), 새들(3) 및 이송부(4)의 이동으로서 전방향으로 변경 가능하며, 상기 테이블(20)에 설치된 모재의 가공을 전 방향에서 수행할 수 있다.
한편, 종래의 공작기계에서는 툴 매거진에 복수개의 공구를 장착한 후, 상기 스핀들헤드(1)에 장착되는 공구를 교환할 수 있는 ATC(5)가 이송부(4)의 일단에 고정되어 있다.
이러한 구조, 즉, ATC(5)가 이송부(4) 일단에 고정되어 있는 경우는 공구 교환시 스핀들헤드(1)가 상기 ATC(5)로 이동하여 공구 교환을 수행하여야한다. 이러한 구조로 인해, 종래의 공작기계는 이송축을 확장하려고 해도 공구 교환 시간이 과도하게 걸려 이송축의 확장에 대한 문제가 있다.
또한, 종래에는 ATC(5)에 공작물의 가공중 칩(chip)이나 쿨런트(coolant)의 침투를 방지하기 위해 별도의 커버가 설치되어, 상기 ATC(5)가 보호되도록 구성되어 있다. 이러한 ATC(5) 도어는 ATC(5) 구조 자체를 복잡하게 할 뿐만 아니라, ATC(5)에만 이물질 침투를 방지하므로 다른 구성요소, 즉 비가공영역의 구성요소들로의 이물질 침투를 방지하는 것은 다소 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 이송부의 이송축을 확장하여도 공구 교환 시간을 단축할 수 있는 공작기계를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 가공시 이물질이 비가공영역에 침투하지 못하는 공작기계를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 모재를 가공하기 위한 공구가 장착되는 스핀들헤드(110)와, 전방에 상기 스핀들헤드(110)가 장착되며, 상기 스핀들헤드(110)를 상, 하 이동시키는 컬럼(120)과, 상기 컬럼(120)이 상측에 장착되며, 상기 컬럼(120)을 전, 후 이동시키는 새들(130)과, 상기 새들(130)이 상측에 장착되며, 상기 새들(130)을 좌, 우 이동시키는 이송부(140)와, 상기 이송부(140) 일측에 구비되어 상기 스핀들헤드(110)에 의해 가공될 모재가 설치되는 테이블(200)와, 상기 스핀들헤드(110)와 테이블(200)을 포함한 가공영역으로부터, 상기 컬럼(120), 새들(130) 및 이송부(140)를 포함한 비가공영역을 차폐시키는 커버링 장치(300)를 포함하는 공작기계를 제공한다.
바람직하게, 상기 커버링 장치(300)는 직사각형의 전체프레임(310)과, 상기 전체프레임(310)의 상측 및 하측에 장착되어 좌, 우 이동되는 이송프레임(320)과, 상기 이송프레임(320)에 장착되어 상, 하 이동하며, 상기 스핀들헤드(110)가 노출되는 개폐프레임(330)과, 상기 전체프레임(310), 이송프레임(320) 및 개폐프레임(330)에 구비되는 커튼부(340)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 커튼부(340)는 상기 전체프레임(310)의 일측면과 상기 이송프레임(320)의 일측면에 장착되는 제1커버(341)와, 상기 전체프레임(310)의 타측면과 상기 이송프레임(320)의 타측면에 장착되는 제2커버(342)와, 상기 이송프레임(320)의 상측면과 상기 개폐프레임(330)의 상측면에 장착되는 제3커버(343)와, 상기 이송프레임(320)의 하측면과 상기 개폐프레임(330)의 하측면에 장착되는 제4커버(344)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 개폐프레임(330)은 상기 이송프레임(320)의 양측면에 장착되어 상, 하 이동하는 한 쌍의 양측프레임(332)과, 상기 한 쌍의 양측프레임(332)의 상단에 구비되는 상측프레임(331)과, 상기 스핀들헤드(110)의 전, 후 이동시 상기 한 쌍의 양측프레임(332)의 하단에서 분리되는 하측프레임(333)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 개폐프레임(330)은 상기 한 쌍의 양측프레임(332) 중 어느 하나에 구비되며, 자유단이 상기 하측프레임(333)에 장착되어 상기 하측프레임(333)을 상기 한 쌍의 양측프레임(332)에 밀착시키고 분리시키는 실린더로드(351)가 구비된 실린더(350)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이송축을 확장하여도 공구 교환 시간이 종래에 비해 단축되어 결과적으로 가공시간이 단축되며 생산성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 비가공영역으로의 이물질 침투를 원천봉쇄하여 공작기계의 내구성이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 ATC가 구비된 공작기계의 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ATC가 새들에 구비된 공작기계의 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 커버링 장치가 구비된 공작기계의 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 커버링 장치의 전면 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 커버링 장치의 후측에서 이송프레임 부분을 바라본 부분사시도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계의 사용상태도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 당업자가 이해하는 용어의 일반적인 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에서 사용된 용어가 당해 용어의 일반적인 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.
다만, 이하에 기술될 발명은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것을 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 ATC(150)가 새들(130)에 구비된 공작기계의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 커버링 장치(300)가 구비된 공작기계의 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계는 스핀들헤드(110), 컬럼(120), 새들(130), 이송부(140) 및 ATC(150)를 포함하는 공구대(100)와, 모재가 설치되는 테이블(200), 그리고 커버링 장치(300)를 포함한다.
도면에서, 상기 스핀들헤드(110) 및 테이블(200)이 위치한 전방은 공작기계 내에서 가공영역을 구성하고, 상기 컬럼(120), 새들(130), ATC(150) 및 이송부(140) 등이 위치하는 후방은 비가공영역을 구성한다.
상기 스핀들헤드(110)는 모재를 가공하기 위한 공구가 장착되며, 공구는 상기 스핀들헤드(110)로부터 회전력을 전달받아 테이블(200)에 설치된 모재를 가공한다.
상기 컬럼(120)은 전방에 상기 스핀들헤드(110)를 장착하여 상기 스핀들헤드(110)를 상, 하 이동시킨다.
상기 새들(130)은 상기 컬럼(120)을 상측에 장착하며, 상기 컬럼(120)을 전, 후 이동시킨다. 즉, 상기 새들(130)의 전, 후 이동으로써 상기 컬럼(120) 및 스핀들헤드(110) 또한 전, 후 이동한다.
상기 이송부(140)는 상기 새들(130)을 상측에 장착하여, 상기 새들(130)을 좌, 우 이동시킨다. 즉, 상기 이송부(140)의 좌, 우 이동은 상기 새들(130), 컬럼(120) 및 스핀들헤드(110)를 좌, 우 이동시킨다.
상기 테이블(200)은 상기 이송부(140) 상측에 구비되어 상기 스핀들헤드(110)에 의해 가공될 모재가 설치된다.
즉, 상기 스핀들헤드(110)의 위치는 상기 컬럼(120), 새들(130) 및 이송부(140)의 이동으로서 전방향으로 변경 가능하며, 상기 테이블(200)에 설치된 모재의 가공을 전 방향에서 수행할 수 있다.
한편, 본 발명은 공구의 교환시간을 단축하기 위해 상기 새들(130) 일측에는 상기 스핀들헤드(110)에 장착되는 공구를 교환하기 위한 ATC(자동공구교환장치, Automatic Tool Changer, 150)가 구비된다. 구체적으로, 상기 ATC(150)는 툴 매거진에 복수개의 공구를 장착한 후 상기 스핀들헤드(110)에 클램핑되는 공구를 교환할 수 있는 장치로서, 상기 새들(130)에는 상기 ATC(150)를 장착하기 위한 브라켓(151)이 구비될 수 있다.
이렇게 상기 새들(130)에 ATC(150)가 구비됨으로써, 다시 말해, 상기 스핀들헤드(110)에 인접하여 구비되며, 상기 스핀들헤드(110)의 이동시 같이 이동하는 ATC(150)에 의해 본 발명은 공구 교환 시간이 단축되어 결과적으로 생산성이 향상될 수 있다.
한편, 상기 ATC(150)가 상기 스핀들헤드(110)에 인접하여 구비되는 경우, 종래와 같이 이송축 일단에 구비된 경우보다 모재 가공시 생기는 칩 등과 같은 이물질에 노출될 가능성이 높아진다.
따라서, 본 발명은 상기 스핀들헤드(110)와 테이블(200)을 포함한 가공영역을 노출시킨채, 상기 컬럼(120), 새들(130) 및 이송부(140)를 포함한 비가공영역을 가공영역과 차폐시키는 커버링 장치(300)를 포함한다.
상기 커버링 장치(300)는 전체프레임(310), 이송프레임(320), 개폐프레임(330), 커튼부(340)를 포함한다.
상기 전체프레임(310)은 상기 가공영역과 비가공영역을 구분하기 위해 고정되어 구비되는 직사각형의 큰 프레임으로서, 상기 테이블(200) 후방의 이송부(140)에 하단이 장착되고, 상단은 공작기계의 하우징(미도시)에 장착될 수 있다. 또한, 상기 전체프레임(310)의 양측면은 공작기계의 하우징의 내측벽에 고정될 수 있다.
상기 이송프레임(320)은 상기 고정된 전체프레임(310)의 상측 및 하측에 좌, 우 이동될 수 있도록 장착된다. 여기서, 상기 이송프레임(320)의 좌, 우 이동력은 상기 스핀들헤드(110)의 이동으로부터 제공받는다. 즉, 상기 스핀들헤드(110)가 상기 이송부(140)의 이동에 의해 좌, 우 이동시 상기 이송프레임(320) 또한 이동되는 것이다.
한편, 상기 이송프레임(320)이 좌, 우 이동될 수 있도록 상기 전체프레임(310)에 장착되는 방식은 당업자에게 자명한 바, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기 개폐프레임(330)을 설명하기 위해 다음과 같은 도면을 참조한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 커버링 장치(300)의 전면 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 커버링 장치(300)의 후측에서 이송프레임(320) 부분을 바라본 부분사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 개폐프레임(330)은 상기 이송프레임(320)에 장착되어 상, 하 이동하며, 상기 스핀들헤드(110)가 노출되는 부분이다. 여기서, 상기 개폐프레임(330)의 상, 하 이동력은 상기 스핀들헤드(110)의 이동으로부터 제공받는다. 즉, 상기 스핀들헤드(110)가 상기 컬럼(120)의 이동에 의해 상, 하 이동시 상기 개폐프레임(330) 또한 이동되는 것이다.
구체적으로, 상기 개폐프레임(330)은 상기 이송프레임(320)의 양측면에 장착되어 상, 하 이동하는 한 쌍의 양측프레임(332)과, 상기 한 쌍의 양측프레임(332)의 상단에 구비되는 상측프레임(331)과, 상기 스핀들헤드(110)의 전, 후 이동시 상기 한 쌍의 양측프레임(332)의 하단에서 분리되는 하측프레임(333)을 포함한다.
상기 하측프레임(333)이 상기 한 쌍의 양측프레임(332)과 분리되는 이유는 다음과 같다. 상기 스핀들헤드(110)의 공구 교환이 요구되는 경우, 상기 스핀들헤드(110)는 후방 이동하여 ATC(150)에 구비된 복수개의 공구 중 선택된 공구를 교환하는데, 상기 하측프레임(333)이 상기 한 쌍의 양측프레임(332)과 분리되지 않으면 상기 스핀들헤드(110)가 상기 하측프레임(333)에 걸리게 되어 후방으로 이동될 수 없기 때문이다.
상기 하측프레임(333)의 분리는 실린더(350)를 이용하여 구현될 수 있다. 구체적으로, 상기 개폐프레임(330)은 상기 한 쌍의 양측프레임(332) 중 어느 하나에 구비되며, 자유단이 상기 하측프레임(333)에 장착되어 상기 하측프레임(333)을 상기 한 쌍의 양측프레임(332)에 밀착시키고 분리시키는 실린더로드(351)가 구비된 실린더(350)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 개폐프레임(330)의 초기 위치는 가이드(360)로써 고정할 수 있다. 구체적으로, 상기 개폐프레임(330)은 상기 상측프레임(331)과 상기 이송프레임(320)의 상단에 일단과 타단이 각각 연결된 스프링으로 형성된 가이드(360)를 더 포함할 수 있다. 이러한 가이드(360)는 상기 개폐프레임(330)의 초기 위치를 위해 구비되며, 상기 스핀들헤드(110)가 하방으로 내려갔다가 올라올 때 상기 개폐프레임(330)에 복귀력을 제공할 수 있다.
이러한 프레임들을 포함하는 커버링 장치(300)는 상기 전체프레임(310), 이송프레임(320) 및 개폐프레임(330)에 구비되는 커튼부(340)를 포함한다.
구체적으로, 상기 커튼부(340)는 상기 전체프레임(310)의 일측면과 상기 이송프레임(320)의 일측면에 장착되는 제1커버(341)와, 상기 전체프레임(310)의 타측면과 상기 이송프레임(320)의 타측면에 장착되는 제2커버(342)와, 상기 이송프레임(320)의 상측면과 상기 개폐프레임(330)의 상측면에 장착되는 제3커버(343)와, 상기 이송프레임(320)의 하측면과 상기 개폐프레임(330)의 하측면에 장착되는 제4커버(344)를 포함하여 상기 가공영역와 비가공영역을 차폐시켜 이물질이 비가공영역으로 침투하는 것을 방지할 수 있다.
상기 각각의 커버(341, 342, 343, 344)는 스커트 치마의 플리츠(pleats)와 같이 다수개의 주름을 가진 형상을 갖는 것이 유동적인 프레임의 이동을 위해 바람직하다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 커버링 장치(300)가 구비된 공작기계의 작동을 설명하자면 다음과 같다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계의 사용상태도이다.
도 6을 참조하면, (a)상태에서는 가공영역과 비가공영역이 차폐되어, 스핀들헤드(110)와 테이블(200)을 제외한 나머지 구성은 커버링 장치(300)에 의해 차폐되어 있다. 이 상태에서 상기 테이블(200)에 설치된 모재를 상기 스핀들헤드(110)의 자유단에 클램핑된 공구로써 가공을 수행할 수 있다. 이러한 상태에서는 모재 가공시 발생하는 칩과 같은 이물질이 비가공영역으로 침투할 수 없는 장점이 있다.
이 후, 상기 스핀들헤드(110)에 클램핑된 공구를 교환하기 위해서는 (b)상태와 같이 개폐프레임(330)의 하측프레임(333)이 하단으로 열려야 한다. 이는 전술하였듯이 양측프레임(332)의 어느 하나에 구비된 실린더(350)로써 구현될 수 있다.
이 후, 상기 개폐프레임(330)의 하측프레임(333)이 열리게 되면, (c)상태와 같이 스핀들헤드(110)는 새들(130)에 의해 후방 이동되고, 새들(130)의 일측에 구비된 ATC(150)에 의해 공구가 교환되게 된다. 즉 본 발명의 일실시예에 따른 공작기계는 공구 교환을 위해 스핀들 헤드를 이송부(140)의 일단까지 이동할 필요가 없어 신속한 공구 교환을 가능하게 한다.
이상, 상기 설명에 의해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의하여 정해져야 한다.
<부호의 설명>
100: 공구대 110: 스핀들헤드
120: 컬럼 130: 새들
140: 이송부 150: ATC
200: 테이블 300: 커버링 장치
310: 전체프레임 320: 이송프레임
330: 개폐프레임 340: 커튼부
350: 실린더 360: 가이드

Claims (6)

  1. 모재를 가공하기 위한 공구가 장착되는 스핀들헤드;
    전방에 상기 스핀들헤드가 장착되며, 상기 스핀들헤드를 상, 하 이동시키는 컬럼;
    상기 컬럼이 상측에 장착되며, 상기 컬럼을 전, 후 이동시키는 새들;
    상기 새들이 상측에 장착되며, 상기 새들을 좌, 우 이동시키는 이송부;
    상기 이송부 일측에 구비되어 상기 스핀들헤드에 의해 가공될 모재가 설치되는 테이블; 및
    상기 스핀들헤드와 테이블을 포함한 가공영역으로부터, 상기 컬럼, 새들 및 이송부를 포함한 비가공영역을 차폐시키는 커버링 장치;를 포함하는 공작기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버링 장치는,
    직사각형의 전체프레임;
    상기 전체프레임의 상측 및 하측에 장착되어 좌, 우 이동되는 이송프레임;
    상기 이송프레임에 장착되어 상, 하 이동하며, 상기 스핀들헤드가 노출되는 개폐프레임; 및
    상기 전체프레임, 이송프레임 및 개폐프레임에 구비되는 커튼부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커튼부는,
    상기 전체프레임의 일측면과 상기 이송프레임의 일측면에 장착되는 제1커버;
    상기 전체프레임의 타측면과 상기 이송프레임의 타측면에 장착되는 제2커버;
    상기 이송프레임의 상측면과 상기 개폐프레임의 상측면에 장착되는 제3커버; 및
    상기 이송프레임의 하측면과 상기 개폐프레임의 하측면에 장착되는 제4커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 개폐프레임은,
    상기 이송프레임의 양측면에 장착되어 상, 하 이동하는 한 쌍의 양측프레임;
    상기 한 쌍의 양측프레임의 상단에 구비되는 상측프레임;
    상기 스핀들헤드의 전, 후 이동시 상기 한 쌍의 양측프레임의 하단에서 분리되는 하측프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 개폐프레임은,
    상기 한 쌍의 양측프레임 중 어느 하나에 구비되며, 자유단이 상기 하측프레임에 장착되어 상기 하측프레임을 상기 한 쌍의 양측프레임에 밀착시키고 분리시키는 실린더로드가 구비된 실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공작기계.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 새들에 설치되어 상기 스핀들헤드에 장착되는 공구를 교환하는 자동공구교환장치를 더 포함하는 공작기계.
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