數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢及機(jī)床數(shù)控化改造
一模聋、數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展簡史及趨勢
1946年誕生了世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)减拭,這表明人類創(chuàng)造了可增強(qiáng)和部分代替腦力勞動(dòng)的工具鳄乏。它與人類在農(nóng)業(yè)府蔗、工業(yè)社會(huì)中創(chuàng)造的那些只是增強(qiáng)體力勞動(dòng)的工具相比,起了質(zhì)的飛躍汞窗,為人類進(jìn)入信息社會(huì)奠定了基礎(chǔ)姓赤。
6年后,即在1952年仲吏,計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到了機(jī)床上不铆,在美國誕生了第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。從此裹唆,傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化誓斥。近半個(gè)世紀(jì)以來,數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個(gè)階段和六代的發(fā)展。
1.1劳坑、數(shù)控(NC)階段(1952~1970年)
早期計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度低毕谴,對(duì)當(dāng)時(shí)的科學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)處理影響還不大,但不能適應(yīng)機(jī)床實(shí)時(shí)控制的要求距芬。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺(tái)機(jī)床專用計(jì)算機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)霉尊,被稱為硬件連接數(shù)控(HARD-WIRED NC),簡稱為數(shù)控(NC)珍催。隨著元器件的發(fā)展督赡,這個(gè)階段歷經(jīng)了三代,即1952年的第一代--電子管禾底;1959年的第二代--晶體管磷可;1965年的第三代--小規(guī)模集成電路。
1.2据鼓、計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)階段(1970年~現(xiàn)在)
到1970年荸刁,通用小型計(jì)算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批生產(chǎn)。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件弦银,從此進(jìn)入了計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)階段(把計(jì)算機(jī)前面應(yīng)有的“通用”兩個(gè)字省略了)啊衣。到1971年,美國INTEL公司在世界上第一次將計(jì)算機(jī)的兩個(gè)最核心的部件--運(yùn)算器和控制器措找,采用大規(guī)模集成電路技術(shù)集成在一塊芯片上糖追,稱之為微處理器(MICROPROCESSOR),又可稱為中央處理單元(簡稱CPU)蝗羊。
到1974年微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)藏澳。這是因?yàn)樾⌒陀?jì)算機(jī)功能太強(qiáng),控制一臺(tái)機(jī)床能力有富裕(故當(dāng)時(shí)曾用于控制多臺(tái)機(jī)床耀找,稱之為群控)翔悠,不如采用微處理器經(jīng)濟(jì)合理。而且當(dāng)時(shí)的小型機(jī)可靠性也不理想野芒。早期的微處理器速度和功能雖還不夠高蓄愁,但可以通過多處理器結(jié)構(gòu)來解決。由于微處理器是通用計(jì)算機(jī)的核心部件狞悲,故仍稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控撮抓。
到了1990年,PC機(jī)(個(gè)人計(jì)算機(jī)摇锋,國內(nèi)習(xí)慣稱微機(jī))的性能已發(fā)展到很高的階段丹拯,可以滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求。數(shù)控系統(tǒng)從此進(jìn)入了基于PC的階段荸恕。
總之乖酬,計(jì)算機(jī)數(shù)控階段也經(jīng)歷了三代死相。即1970年的第四代--小型計(jì)算機(jī);1974年的第五代--微處理器和1990年的第六代--基于PC(國外稱為PC-BASED)先俐。
還要指出的是丘三,雖然國外早已改稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(即CNC)了,而我國仍習(xí)慣稱數(shù)控(NC)坷字。所以我們?nèi)粘Vv的“數(shù)控”许辖,實(shí)質(zhì)上已是指“計(jì)算機(jī)數(shù)控”了。
1.3哼曙、數(shù)控未來發(fā)展的趨勢
1.3.1 繼續(xù)向開放式扯涝、基于PC的第六代方向發(fā)展
基于PC所具有的開放性秸严、低成本液互、高可靠性、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)恍肢,更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路匈歼。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī),來處理人機(jī)界面摧辣、編程飞校、聯(lián)網(wǎng)通信等問題,由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)旨袒。PC機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面汁针,將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊砚尽,遠(yuǎn)程診斷和維修將更加普遍施无。
1.3.2 向高速化和高精度化發(fā)展
這是適應(yīng)機(jī)床向高速和高精度方向發(fā)展的需要。
1.3.3 向智能化方向發(fā)展
隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展必孤,數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高猾骡。
(1)應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)
數(shù)控系統(tǒng)能檢測過程中一些重要信息,并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)敷搪,達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的兴想。
(2)引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工
將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn),加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中赡勘,以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐嫂便,建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。
(3)引入故障診斷專家系統(tǒng)
(4)智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置
可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載闸与,而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)顽悼,使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。
二甸持、機(jī)床數(shù)控化改造的必要性
2.1孝仅、微觀看改造的必要性
從微觀上看群肌,數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性,而且這些優(yōu)越性均來自數(shù)控系統(tǒng)所包含的計(jì)算機(jī)的威力逊参。
2.1.1 可以加工出傳統(tǒng)機(jī)床加工不出來的曲線歧晕、曲面等復(fù)雜的零件。
由于計(jì)算機(jī)有高超的運(yùn)算能力洪铣,可以瞬時(shí)準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量捕导,因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線或曲面。
2.1.2 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化学和,而且是柔性自動(dòng)化孔选,從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床提高3~7倍。
由于計(jì)算機(jī)有記憶和存儲(chǔ)能力袋滔,可以將輸入的程序記住和存儲(chǔ)下來厨鸣,然后按程序規(guī)定的順序自動(dòng)去執(zhí)行,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化缩旬。數(shù)控機(jī)床只要更換一個(gè)程序续誉,就可實(shí)現(xiàn)另一工件加工的自動(dòng)化,從而使單件和小批生產(chǎn)得以自動(dòng)化初肉,故被稱為實(shí)現(xiàn)了“柔性自動(dòng)化”酷鸦。
2.1.3 加工零件的精度高,尺寸分散度小牙咏,使裝配容易臼隔,不再需要“修配”。
2.1.4 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中妄壶,減少零件 在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)摔握。
2.1.5 擁有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)監(jiān)控盯拱、自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能盒发,因而可實(shí)現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工。
2.1.6 由以上五條派生的好處狡逢。
如:降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度宁舰,節(jié)省了勞動(dòng)力(一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床),減少了工裝奢浑,縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期捅我,可對(duì)市場需求作出快速反應(yīng)等等。
以上這些優(yōu)越性是前人想象不到的鹤叹,是一個(gè)極為重大的突破灿打。此外,機(jī)床數(shù)控化還是推行FMC(柔性制造單元)父历、FMS(柔性制造系統(tǒng))以及CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)杏兰。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)瑞喧。
2.2、宏觀看改造的必要性
從宏觀上看秀毡,工業(yè)發(fā)達(dá)國家的軍藤汇、民機(jī)械工業(yè),在70年代末智精、80年代初已開始大規(guī)模應(yīng)用數(shù)控機(jī)床蜻肄。其本質(zhì)是,采用信息技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)(包括軍丙卧、民機(jī)械工業(yè))進(jìn)行技術(shù)改造琴致。除在制造過程中采用數(shù)控機(jī)床、FMC洪鸭、FMS外样刷,還包括在產(chǎn)品開發(fā)中推行CAD、CAE卿嘲、CAM颂斜、虛擬制造以及在生產(chǎn)管理中推行MIS(管理信息系統(tǒng))夫壁、CIMS等等拾枣。以及在其生產(chǎn)的產(chǎn)品中增加信息技術(shù),包括人工智能等的含量盒让。由于采用信息技術(shù)對(duì)國外軍梅肤、民機(jī)械工業(yè)進(jìn)行深入改造(稱之為信息化),最終使得他們的產(chǎn)品在國際軍品和民品的市場上競爭力大為增強(qiáng)邑茄。而我們?cè)谛畔⒓夹g(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)方面比發(fā)達(dá)國家約落后20年姨蝴。如我國機(jī)床擁有量中,數(shù)控機(jī)床的比重(數(shù)控化率)到1995年只有1.9%肺缕,而日本在1994年已達(dá)20.8%左医,因此每年都有大量機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)口。這也就從宏觀上說明了機(jī)床數(shù)控化改造的必要性同木。
三男鳞、機(jī)床與生產(chǎn)線數(shù)控化改造的市場
3.1、機(jī)床數(shù)控化改造的市場
我國目前機(jī)床總量380余萬臺(tái)膏逮,而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺(tái)拣壮,即我國機(jī)床數(shù)控化率不到3%。近10年來琢刮,我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為0.6~0.8萬臺(tái)呈缴,年產(chǎn)值約為18億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6%耍烙。我國機(jī)床役齡10年以上的占60%以上酌峻;10年以下的機(jī)床中盈综,自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到20%,F(xiàn)MC/FMS等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)(美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占60%以上)坊阎±萃粒可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床嫁料,而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床妥迷。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少锰瘸、檔次低刽严、成本高、供貨期長避凝,從而在國際舞萄、國內(nèi)市場上缺乏競爭力,直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品管削、市場倒脓、效益,影響企業(yè)的生存和發(fā)展含思。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率崎弃。
3.2、進(jìn)口設(shè)備和生產(chǎn)線的數(shù)控化改造市場
我國自改革開放以來含潘,很多企業(yè)從國外引進(jìn)技術(shù)饲做、設(shè)備和生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)遏弱,從1979~1988年10年間盆均,全國引進(jìn)技術(shù)改造項(xiàng)目就有18446項(xiàng),大約165.8億美元差齐。
這些項(xiàng)目中依堆,大部分項(xiàng)目為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了應(yīng)有的作用。但是有的引進(jìn)項(xiàng)目由于種種原因气弥,設(shè)備或生產(chǎn)線不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)驮荚,甚至癱瘓,使企業(yè)的效益受到影響故厕,嚴(yán)重的使企業(yè)陷入困境适唆。一些設(shè)備、生產(chǎn)線從國外引進(jìn)以后萧揩,有的消化吸收不好榛娶,備件不全,維護(hù)不當(dāng)泊鹿,結(jié)果運(yùn)轉(zhuǎn)不良堰漾;有的引進(jìn)時(shí)只注意引進(jìn)設(shè)備做鸽、儀器、生產(chǎn)線就餐,忽視軟件范咨、工藝、管理等厂庇,造成項(xiàng)目不完整渠啊,設(shè)備潛力不能發(fā)揮;有的甚至不能啟動(dòng)運(yùn)行权旷,沒有發(fā)揮應(yīng)有的作用替蛉;有的生產(chǎn)線的產(chǎn)品銷路很好,但是因?yàn)樵O(shè)備故障不能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)拄氯;有的因?yàn)槟芎母叨悴椤a(chǎn)品合格率低而造成虧損;有的已引進(jìn)較長時(shí)間译柏,需要進(jìn)行技術(shù)更新镣煮。種種原因使有的設(shè)備不僅沒有創(chuàng)造財(cái)富,反而消耗著財(cái)富鄙麦。
這些不能使用的設(shè)備典唇、生產(chǎn)線是個(gè)包袱,也是一批很大的存量資產(chǎn)黔衡,修好了就是財(cái)富祟背。只要找出主要的技術(shù)難點(diǎn)沸芍,解決關(guān)鍵技術(shù)問題雨冒,就可以最小的投資盤活最大的存量資產(chǎn),爭取到最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益累变。這也是一個(gè)極大的改造市場扛浸。
四、數(shù)控化改造的內(nèi)容及優(yōu)缺
4.1囊弥、國外改造業(yè)的興起
在美國濒陈、日本和德國等發(fā)達(dá)國家,它們的機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)姚库,生意盎然嘶遏,正處在黃金時(shí)代。由于機(jī)床以及技術(shù)的不斷進(jìn)步被紊,機(jī)床改造是個(gè)"永恒"的課題宰爆。我國的機(jī)床改造業(yè),也從老的行業(yè)進(jìn)入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)丝仿。在美國蟆豫、日本议忽、德國,用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場十减,已形成了機(jī)床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)栈幸。在美國,機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生(Remanufacturing)業(yè)帮辟。從事再生業(yè)的著名公司有:Bertsche工程公司速址、ayton機(jī)床公司、Devlieg-Bullavd(得寶)服務(wù)集團(tuán)由驹、US設(shè)備公司等壳繁。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本荔棉,機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝(Retrofitting)業(yè)闹炉。從事改裝業(yè)的著名公司有:大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司润樱、千代田工機(jī)公司渣触、野崎工程公司、濱田工程公司壹若、山本工程公司等玖生。
4.2、數(shù)控化改造的內(nèi)容
機(jī)床與生產(chǎn)線的數(shù)控化改造主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn):
其一是恢復(fù)原功能绰蚁,對(duì)機(jī)床丑钱、生產(chǎn)線存在的故障部分進(jìn)行診斷并恢復(fù);
其二是NC化嘁汞,在普通機(jī)床上加數(shù)顯裝置呕漾,或加數(shù)控系統(tǒng),改造成NC機(jī)床凰侈、CNC機(jī)床锋力;
其三是翻新,為提高精度郎丰、效率和自動(dòng)化程度吩饶,對(duì)機(jī)械、電氣部分進(jìn)行翻新洛惹,對(duì)機(jī)械部分重新裝配加工唯乃,恢復(fù)原精度;對(duì)其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進(jìn)行更新奋构;
其四是技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新壳影,為提高性能或檔次,或?yàn)榱耸褂眯鹿に嚒⑿录夹g(shù)态贤,在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新舱呻,較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。
4.3悠汽、數(shù)控化改造的優(yōu)缺
4.3.1 減少投資額箱吕、交貨期短
同購置新機(jī)床相比,一般可以節(jié)省60%~80%的費(fèi)用柿冲,改造費(fèi)用低茬高。特別是大型、特殊機(jī)床尤其明顯假抄。一般大型機(jī)床改造怎栽,只花新機(jī)床購置費(fèi)用的1/3,交貨期短宿饱。但有些特殊情況熏瞄,如高速主軸、托盤自動(dòng)交換裝置的制作與安裝過于費(fèi)工丐吹、費(fèi)錢惊申,往往改造成本提高2~3倍,與購置新機(jī)床相比性聚,只能節(jié)省投資50%左右商麻。
4.3.2 機(jī)械性能穩(wěn)定可靠,結(jié)構(gòu)受限
所利用的床身饶粪、立柱等基礎(chǔ)件都是重而堅(jiān)固的鑄造構(gòu)件苗隔,而不是那種焊接構(gòu)件,改造后的機(jī)床性能高镰鹤、質(zhì)量好溺六,可以作為新設(shè)備繼續(xù)使用多年。但是受到原來機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制小梢,不宜做突破性的改造吧玉。
4.3.3 熟悉了解設(shè)備、便于操作維修
購買新設(shè)備時(shí)挤奢,不了解新設(shè)備是否能滿足其加工要求。改造則不然洞难,可以精確地計(jì)算出機(jī)床的加工能力舆吮;另外,由于多年使用队贱,操作者對(duì)機(jī)床的特性早已了解色冀,在操作使用和維修方面培訓(xùn)時(shí)間短,見效快。改造的機(jī)床一安裝好锋恬,就可以實(shí)現(xiàn)全負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)屯换。
4.3.4 可充分利用現(xiàn)有的條件
可以充分利用現(xiàn)有地基,不必像購入新設(shè)備時(shí)那樣需重新構(gòu)筑地基与学。
4.3.5 可以采用最新的控制技術(shù)
可根據(jù)技術(shù)革新的發(fā)展速度彤悔,及時(shí)地提高生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化水平和效率,提高設(shè)備質(zhì)量和檔次索守,將舊機(jī)床改成當(dāng)今水平的機(jī)床晕窑。
五、數(shù)控系統(tǒng)的選擇
數(shù)控系統(tǒng)主要有三種類型卵佛,改造時(shí)杨赤,應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。
5.1 步進(jìn)電機(jī)拖動(dòng)的開環(huán)系統(tǒng)
該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)裝置主要是步進(jìn)電機(jī)奥憎、功率步進(jìn)電機(jī)翔实、電液脈沖馬達(dá)等。由數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖眉藤,經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后颓腮,使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),通過齒輪副與滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件杜糕。只要控制指令脈沖的數(shù)量谭某、頻率以及通電順序,便可控制執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)的位移量悉种、速度和運(yùn)動(dòng)方向接竣。這種系統(tǒng)不需要將所測得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端,故稱之為開環(huán)系統(tǒng)函唾,該系統(tǒng)的位移精度主要決定于步進(jìn)電機(jī)的角位移精度巢季,齒輪絲杠等傳動(dòng)元件的節(jié)距精度,所以系統(tǒng)的位移精度較低味扼。
該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單沾谓,調(diào)試維修方便,工作可靠戳鹅,成本低均驶,易改裝成功。
5.2枫虏、異步電動(dòng)機(jī)或直流電機(jī)拖動(dòng)妇穴,光柵測量反饋的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)
該系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的區(qū)別是:由光柵、感應(yīng)同步器等位置檢測裝置測得的實(shí)際位置反饋信號(hào)隶债,隨時(shí)與給定值進(jìn)行比較腾它,將兩者的差值放大和變換跑筝,驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu),以給定的速度向著消除偏差的方向運(yùn)動(dòng)瞒滴,直到給定位置與反饋的實(shí)際位置的差值等于零為止曲梗。閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)復(fù)雜,成本也高妓忍,對(duì)環(huán)境室溫要求嚴(yán)虏两。設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開環(huán)系統(tǒng)難。但是可以獲得比開環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)更高的精度单默,更快的速度梗力,驅(qū)動(dòng)功率更大的特性指標(biāo)∪胲瘢可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求筷品,決定是否采用這種系統(tǒng)。
5.3捌冲、交/直流伺服電機(jī)拖動(dòng)絮眨,編碼器反饋的半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)
半閉環(huán)系統(tǒng)檢測元件安裝在中間傳動(dòng)件上,間接測量執(zhí)行部件的位置麸颜。它只能補(bǔ)償系統(tǒng)環(huán)路內(nèi)部部分元件的誤差低白,因此,它的精度比閉環(huán)系統(tǒng)的精度低朴魁,但是它的結(jié)構(gòu)與調(diào)試都較閉環(huán)系統(tǒng)簡單酣夫。在將角位移檢測元件與速度檢測元件和伺服電機(jī)作成一個(gè)整體時(shí)則無需考慮位置檢測裝置的安裝問題。
當(dāng)前生產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)的公司廠家比較多牙娇,國外著名公司的如德國SIEMENS公司若又、日本FANUC公司;國內(nèi)公司如中國珠峰公司粱快、北京航天機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)集團(tuán)公司秩彤、華中數(shù)控公司和沈陽高檔數(shù)控國家工程研究中心。
選擇數(shù)控系統(tǒng)時(shí)主要是根據(jù)數(shù)控改造后機(jī)床要達(dá)到的各種精度事哭、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率和用戶的要求漫雷。
六、數(shù)控改造中主要機(jī)械部件改裝探討
一臺(tái)新的數(shù)控機(jī)床鳍咱,在設(shè)計(jì)上要達(dá)到:有高的靜動(dòng)態(tài)剛度降盹;運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦系數(shù)小,傳動(dòng)無間隙流炕;功率大澎现;便于操作和維修。機(jī)床數(shù)控改造時(shí)應(yīng)盡量達(dá)到上述要求每辟。不能認(rèn)為將數(shù)控裝置與普通機(jī)床連接在一起就達(dá)到了數(shù)控機(jī)床的要求,還應(yīng)對(duì)主要部件進(jìn)行相應(yīng)的改造使其達(dá)到一定的設(shè)計(jì)要求,才能獲得預(yù)期的改造目的渠欺。
6.1妹蔽、滑動(dòng)導(dǎo)軌副
對(duì)數(shù)控車床來說,導(dǎo)軌除應(yīng)具有普通車床導(dǎo)向精度和工藝性外酥丛,還要有良好的耐摩擦绎疟、磨損特性,并減少因摩擦阻力而致死區(qū)蘸暮。同時(shí)要有足夠的剛度曼砾,以減少導(dǎo)軌變形對(duì)加工精度的影響,要有合理的導(dǎo)軌防護(hù)和潤滑懊据。
6.2跑著、齒輪副
一般機(jī)床的齒輪主要集中在主軸箱和變速箱中。為了保證傳動(dòng)精度接纽,數(shù)控機(jī)床上使用的齒輪精度等級(jí)都比普通機(jī)床高门幌。在結(jié)構(gòu)上要能達(dá)到無間隙傳動(dòng),因而改造時(shí)阶铝,機(jī)床主要齒輪必須滿足數(shù)控機(jī)床的要求熏盲,以保證機(jī)床加工精度。
6.3惊也、滑動(dòng)絲杠與滾珠絲杠
絲杠傳動(dòng)直接關(guān)系到傳動(dòng)鏈精度券雕。絲杠的選用主要取決于加工件的精度要求和拖動(dòng)扭矩要求。被加工件精度要求不高時(shí)可采用滑動(dòng)絲杠统台,但應(yīng)檢查原絲杠磨損情況雕擂,如螺距誤差及螺距累計(jì)誤差以及相配螺母間隙。一般情況滑動(dòng)絲杠應(yīng)不低于6級(jí)饺谬,螺母間隙過大則更換螺母捂刺。采用滑動(dòng)絲杠相對(duì)滾珠絲杠價(jià)格較低,但難以滿足精度較高的零件加工募寨。
滾珠絲杠摩擦損失小族展,效率高,其傳動(dòng)效率可在90%以上拔鹰;精度高仪缸,壽命長;啟動(dòng)力矩和運(yùn)動(dòng)時(shí)力矩相接近列肢,可以降低電機(jī)啟動(dòng)力矩恰画。因此可滿足較高精度零件加工要求。
6.4瓷马、安全防護(hù)
必須以安全為前提拴还。在機(jī)床改造中要根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施跨晴,切不可忽視。滾珠絲杠副是精密元件症影,工作時(shí)要嚴(yán)防灰塵特別是切屑及硬砂粒進(jìn)入滾道曹是。在縱向絲杠上也可加整體鐵板防護(hù)罩。大拖板與滑動(dòng)導(dǎo)軌接觸的兩端面要密封好垦亲,絕對(duì)防止硬質(zhì)顆粒狀的異物進(jìn)入滑動(dòng)面損傷導(dǎo)軌房睁。
七、機(jī)床數(shù)控改造主要步驟
7.1常迹、改造方案的確定
改造的可行性分析通過以后侈吨,就可以針對(duì)某臺(tái)或某幾臺(tái)機(jī)床的現(xiàn)況確定改造方案,一般包括:
7.1.1 機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合
一般來說奖卒,需進(jìn)行電氣改造的機(jī)床均膛,都需進(jìn)行機(jī)械修理。要確定修理的要求室拿、范圍兆又、內(nèi)容;也要確定因電氣改造而需進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)改造的要求磺穷、內(nèi)容陈莽;還要確定電氣改造與機(jī)械修理、改造之間的交錯(cuò)時(shí)間要求虽抄。機(jī)械性能的完好是電氣改造成功的基礎(chǔ)走搁。
7.1.2 先易后難、先局部后全局
確定改造步驟時(shí)迈窟,應(yīng)把整個(gè)電氣部分改造先分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行私植,如數(shù)控系統(tǒng)、測量系統(tǒng)车酣、主軸曲稼、進(jìn)給系統(tǒng)、面板控制與強(qiáng)電部分等湖员,待各系統(tǒng)基本成型后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作贫悄。這樣可使改造工作減少遺漏和差錯(cuò)。在每個(gè)子系統(tǒng)工作中娘摔,應(yīng)先做技術(shù)性較低的窄坦、工作量較大的工作,然后做技術(shù)性高的凳寺、要求精細(xì)的工作鸭津,使人的注意力能集中到關(guān)鍵地方。
7.1.3 根據(jù)使用條件選擇系統(tǒng)
針對(duì)某臺(tái)或某幾臺(tái)機(jī)床旁核,確定它的環(huán)境沫跨、溫度仿扩、濕度、灰塵涝猩、電源频澜、光線盖础,甚至有否鼠害等外界使用條件期司,這對(duì)選擇電氣系統(tǒng)的防護(hù)性能、抗干擾性能伶肚、自冷卻性能闭廊、空氣過濾性能等可提供正確的依據(jù),使改造后的電氣系統(tǒng)有了可靠的使用保證侄含。當(dāng)然典义,電氣系統(tǒng)的選擇必須考慮成熟產(chǎn)品,性能合理褒醒、實(shí)用藕各,有備件及維修支持,功能滿足當(dāng)前和今后若干年內(nèi)的發(fā)展要求等焦除。
7.1.4 落實(shí)參與改造人員和責(zé)任
改造是一個(gè)系統(tǒng)工程激况,人員配備十分重要。除了人員的素質(zhì)條件外膘魄,根據(jù)項(xiàng)目的大小乌逐,合理地確定人數(shù)與分工是關(guān)鍵。人員太少不利于開展工作创葡,人員太多也容易引起混亂浙踢。根據(jù)各個(gè)劃分開的子系統(tǒng),確定人員職責(zé)灿渴,有主有次洛波,便于組織與協(xié)調(diào)。如果項(xiàng)目采用對(duì)外合作形式骚露,更需在目標(biāo)明確的前提下蹬挤,界定分工,確定技術(shù)協(xié)調(diào)人荸百。
7.1.5 改造范圍與周期的確定
有時(shí)數(shù)控機(jī)床電氣系統(tǒng)改造槽邮,并不一定包含該機(jī)床全部電氣系統(tǒng),應(yīng)根據(jù)科學(xué)的測定和分析決定其改造范圍债竖。停機(jī)改造的周期调捍,根據(jù)各企業(yè)的實(shí)際情況確定,考慮因素有生產(chǎn)緊張程度姨猖、人員技術(shù)水平吃它、準(zhǔn)備工作充分程度冕盅、新系統(tǒng)大小與復(fù)雜程度,甚至還包括天氣情況等驼凌。切忌好大喜功宇颊,急于求成,匆忙上陣唾姊,但也要合理安排传悍,防止拖拖拉拉。
7.2驱劳、改造的技術(shù)準(zhǔn)備
改造前的技術(shù)準(zhǔn)備充分與否幻狈,很大程度上決定著改造能否取得成功。技術(shù)準(zhǔn)備包括:
7.2.1 機(jī)械部分準(zhǔn)備
為配合電氣改造而需進(jìn)行的機(jī)械大修改造的測量驻子、計(jì)算灿意、設(shè)計(jì)、繪圖崇呵、零件制作等應(yīng)先期完成缤剧。同時(shí)對(duì)停機(jī)后需拆、改域慷、加工的部分等應(yīng)事先規(guī)劃完畢荒辕,提出明確要求,與整個(gè)改造工作銜接得當(dāng)芒粹。
7.2.2 新系統(tǒng)電氣資料消化
新系統(tǒng)有許多新功能兄纺、新要求、新技術(shù)化漆,因此改造前應(yīng)熟悉技術(shù)資料估脆,包括系統(tǒng)原理說明、線路圖座云、PLC梯形圖及文本疙赠、安裝調(diào)試說明、使用手冊(cè)离春、編程手冊(cè)等鼠废。要有充裕的時(shí)間來對(duì)上述資料進(jìn)行翻譯(進(jìn)口系統(tǒng))、消化集圈、整理络蜘、核對(duì),做到思路清晰恩奢,層次分明与沪。
7.2.3 新舊系統(tǒng)接口的轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)
根據(jù)每臺(tái)設(shè)備改造范圍不同,需事先設(shè)計(jì)接口部分轉(zhuǎn)換,若全部改造的陨柴,應(yīng)設(shè)計(jì)機(jī)電轉(zhuǎn)換接口瞄惑、操作面板控制與配置、互聯(lián)部分接點(diǎn)苞番、參數(shù)測量點(diǎn)漓楣、維修位置等,要求操作與維修方便锭化、合理链患,線路走向通順、中小連接點(diǎn)少物咳,強(qiáng)弱電干擾最小锣险,備有適當(dāng)裕量等。局部改造的览闰,還需要考慮新舊系統(tǒng)的性能匹配、電壓極性與大小變換巷折、安裝位置压鉴、數(shù)模轉(zhuǎn)換等,必要時(shí)需自行制作轉(zhuǎn)換接口锻拘。
7.2.4 操作油吭、編程人員的技術(shù)培訓(xùn)
機(jī)床電氣系統(tǒng)改造后,必然對(duì)操作署拟、編程人員帶來新的要求婉宰。因此提前對(duì)操作人員和編程人員進(jìn)行新系統(tǒng)知識(shí)培訓(xùn)十分重要,否則將影響改造后的機(jī)床迅速投入生產(chǎn)推穷。培訓(xùn)內(nèi)容一般應(yīng)包括新的操作面板配置心包、功能、指示含義酵抚;新系統(tǒng)的功能范圍辛辱、使用方法及與舊系統(tǒng)的差別;維護(hù)保養(yǎng)要求遣睦;編程標(biāo)準(zhǔn)與自動(dòng)化編程等等唱忠。重點(diǎn)是弄懂、弄通操作說明書和編程說明書芜醉。
7.2.5 調(diào)試步驟與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的確定
新的電氣系統(tǒng)改造完以后临卿,怎樣進(jìn)行調(diào)試以及確定合理的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),也是技術(shù)準(zhǔn)備工作的重要一環(huán)屠睡。調(diào)試工作涉及機(jī)械楷象、液壓、電氣腌馒、控制堂憔、傳感等寡花,因此必須由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人進(jìn)行,其它人員配合奥猎。調(diào)試步驟可從簡到繁昼钻,從小到大,從外到里進(jìn)行封寞,也可先局部后全局卫驯,先子系統(tǒng)后整系統(tǒng)進(jìn)行。驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)新系統(tǒng)的考核拍摇,制定時(shí)必須實(shí)事求是安拟,過高或過低的標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)對(duì)改造工作產(chǎn)生負(fù)面影響。標(biāo)準(zhǔn)一旦確定下來抖锥,不能輕易修改亿眠,因?yàn)樗鼱可娴秸麄€(gè)改造工作的各個(gè)環(huán)節(jié)。
7.3磅废、改造的實(shí)施
準(zhǔn)備工作就緒后纳像,即可進(jìn)入改造的實(shí)施階段。實(shí)施階段內(nèi)容按時(shí)間順序分為:
7.3.1 原機(jī)床的全面保養(yǎng)
機(jī)床經(jīng)長期使用后拯勉,會(huì)不同程度地在機(jī)械竟趾、液壓、潤滑宫峦、清潔等方面存在缺陷回象,所以首先要進(jìn)行全面保養(yǎng)。其次涮舔,應(yīng)對(duì)機(jī)床作一次改前的幾何精度东呻、尺寸精度測量,記錄在案巡抛。這樣既可對(duì)改造工作起指導(dǎo)參考作用侨懈,又可在改造結(jié)束時(shí)作對(duì)比分析用。
7.3.2 保留的電氣部分最佳化調(diào)整
若對(duì)電氣系統(tǒng)作局部改造追艘,則應(yīng)對(duì)保留電氣部分進(jìn)行保養(yǎng)和最佳化調(diào)整凄系。如強(qiáng)電部分的零件更換,電機(jī)的保養(yǎng)娇符,變壓器的烘干絕緣量票,污染的清潔,通風(fēng)冷卻裝置的清洗遂撮,伺服驅(qū)動(dòng)裝置的最佳化調(diào)整来讯,老化電線電纜的更新,連接件的緊固等等。只有對(duì)保留的電氣部分做好過細(xì)的最佳化調(diào)整工作舶得,才能保證改造后的機(jī)床有較低的故障率掰烟。
7.3.3 原系統(tǒng)拆除
原系統(tǒng)的拆除必須對(duì)照原圖紙,仔細(xì)進(jìn)行沐批,及時(shí)在圖紙上作出標(biāo)記纫骑,防止遺漏或過拆(局部改造情況下)。在拆的過程中也會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的欠缺之處九孩,應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充與修正先馆,拆下的系統(tǒng)及零件應(yīng)分門別類,妥善保管躺彬,以備萬一改造不成功或局部失敗時(shí)恢復(fù)使用煤墙。還有一定使用價(jià)值的,可作其他機(jī)床備件用宪拥。切忌大手大腳仿野,亂扔亂放。
7.3.4 合理安排新系統(tǒng)位置及布線
根據(jù)新系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖紙江解,合理進(jìn)行新系統(tǒng)配置设预,包括箱體固定、面板安放废筒、線路走向和固定、調(diào)整元器件位置捆牍、密封及必要裝飾等棉挤。連線工作必須分工明確,有人復(fù)查檢驗(yàn)跃躯,以確保連線工藝規(guī)范岳扒、線徑合適、正確無誤唯久、可靠美觀掘叫。
7.3.5 調(diào)試
調(diào)試必須按事先確定的步驟和要求進(jìn)行。調(diào)試人員應(yīng)頭腦冷靜吕罩,隨時(shí)記錄洒屡,以便發(fā)現(xiàn)和解決問題。調(diào)試中首先試安全保護(hù)系統(tǒng)靈敏度等跳,防止人身查奉、設(shè)備事故發(fā)生。調(diào)試現(xiàn)場必須清理干凈萌狂,無多余物品档玻;各運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)拖板處于全行程中心位置;能空載試驗(yàn)的,先空載后加載误趴;能模擬試驗(yàn)的霹琼,先模擬后實(shí)動(dòng);能手動(dòng)的凉当,先手動(dòng)后自動(dòng)枣申。
7.4、驗(yàn)收及后期工作
驗(yàn)收工作應(yīng)聘請(qǐng)有關(guān)的人員共同參加纤怒,并按已制定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行糯而。改造的后期工作也很重要,它有利于項(xiàng)目技術(shù)水平的提高和使設(shè)備盡早投產(chǎn)泊窘。驗(yàn)收及后期工作包括:
7.4.1 機(jī)床機(jī)械性能驗(yàn)收
經(jīng)過機(jī)械修理和改造以及全面保養(yǎng)熄驼,機(jī)床的各項(xiàng)機(jī)械性能應(yīng)達(dá)到要求,幾何精度應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)烘豹。
7.4.2 電氣控制功能和控制精度驗(yàn)收
電氣控制的各項(xiàng)功能必須達(dá)到動(dòng)作正常瓜贾,靈敏可靠“埽控制精度應(yīng)用系統(tǒng)本身的功能(如步進(jìn)尺寸等)與標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具(如激光干涉儀誊殊、坐標(biāo)測量儀等)對(duì)照檢查,達(dá)到精度范圍之內(nèi)盘贤。同時(shí)還應(yīng)與改造前機(jī)床的各項(xiàng)功能和精度作出對(duì)比鱼练,獲得量化的指標(biāo)差。
7.4.3 試件切削驗(yàn)收
可以參照國內(nèi)外有關(guān)數(shù)控機(jī)床切削試件標(biāo)準(zhǔn)蚣枝,在有資格的操作工响攘、編程人員配合下進(jìn)行試切削。試件切削可驗(yàn)收機(jī)床剛度歼呼、切削力千有、噪聲、運(yùn)動(dòng)軌跡犁捕、關(guān)聯(lián)動(dòng)作等胶向,一般不宜采用產(chǎn)品零件作試件使用。
7.4.4 圖紙萤遥、資料驗(yàn)收
機(jī)床改造完后裕坊,應(yīng)及時(shí)將圖紙(包括原理圖、配置圖曙求、接線圖碍庵、梯形圖等)、資料(包括各類說明書)悟狱、改造檔案(包括改造前静浴、后的各種記錄)匯總堰氓、整理、移交入檔苹享。保持資料的完整双絮、有效、連續(xù)得问,這對(duì)該設(shè)備的今后穩(wěn)定運(yùn)行是十分重要的囤攀。
7.4.5 總結(jié)、提高
每次改造結(jié)束后應(yīng)及時(shí)總結(jié)宫纬,既有利于提高技術(shù)人員的業(yè)務(wù)水平焚挠,也有利于整個(gè)企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
八漓骚、數(shù)控改造幾個(gè)實(shí)例
1挖毅、用SIEMENS 810M改造X53銑床
1998年,公司投入20萬元衬咐,用德國西門子810M數(shù)控系統(tǒng)倡搞、611A交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)公司的一臺(tái)型號(hào)為X53的銑床進(jìn)行X、Y晨偿、Z三軸數(shù)控改造哥峡;保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng);改造的三軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)诊踢。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)惋蛉、電氣設(shè)計(jì)、PLC程序的編制與調(diào)試脸鸿、機(jī)床大修逆辐,最后是整機(jī)的安裝和調(diào)試。銑床改造后捏裂,加工有效行程X/Y/Z軸分別為880/270/280 mm;最大速度X/Y/Z軸分別為5000/1500/800 mm/min甸胃;手動(dòng)速度X/Y/Z軸分別為3000/1000/500 mm/min吩屹;機(jī)床加工精度達(dá)到±0.001mm。機(jī)床的三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)可完成各種復(fù)雜曲線或曲面的加工拧抖。
2煤搜、用GSK980T和步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造C6140車床
1999年,公司投入了8萬元唧席,采用廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980T數(shù)控系統(tǒng)擦盾、DY3混合式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元對(duì)公司的一臺(tái)加長C6140車床的X、Z兩軸進(jìn)行改造淌哟;保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)迹卢;改造的兩軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)辽故。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)腐碱、機(jī)床大修及整機(jī)的安裝和調(diào)試誊垢。車床改造后,加工有效行程X/Z軸分別為390/1400 mm症见;最大速度X/Z軸分別為1200/3000 mm/min喂走;手動(dòng)速度為400mm/min;手動(dòng)快速為X/Z軸分別為1200/3000 mm/min谋作;機(jī)床最小移動(dòng)單位為0.001mm兵故。
3、用GSK980T和交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)改造C6140車床
2000年缩棉,用廣州數(shù)控設(shè)備廠生產(chǎn)的GSK980T數(shù)控系統(tǒng)折甸、DA98交流伺服單元及4工位自動(dòng)刀架對(duì)電機(jī)分廠的一臺(tái)C6140車床X、Z兩軸進(jìn)行數(shù)控改造锌拾;保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)绕众;改造的兩軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及同步帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)肴摊、電氣設(shè)計(jì)姆已、機(jī)床大修及整機(jī)的安裝和調(diào)試。車床改造后碉晾,加工有效行程X/Z軸分別為390/730 mm急响;最大速度X/Z軸分別為1200/3000 mm/min;手動(dòng)速度為400mm/min陋窗;手動(dòng)快速為X/Z軸分別為1200/3000 mm/min嘱悄;機(jī)床最小移動(dòng)單位為0.001mm。
4实愚、用SIEMENS 802S改造X53銑床
2000年兼呵,公司投入12萬元,用德國西門子802S數(shù)控系統(tǒng)腊敲、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)公司的另一臺(tái)型號(hào)為X53的銑床進(jìn)行X击喂、Y、Z三軸數(shù)控改造碰辅;保留了原有的主軸系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)懂昂;改造的三軸在機(jī)械上采用了滾軸絲桿及齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。整個(gè)改造工作包括機(jī)械設(shè)計(jì)没宾、電氣設(shè)計(jì)凌彬、機(jī)床大修,最后是整機(jī)的安裝和調(diào)試循衰。銑床改造后铲敛,加工有效行程X/Y/Z軸分別為630/240/280 mm褐澎;最大速度X/Y/Z軸分別為3000/1000/600 mm/min;手動(dòng)進(jìn)給速度X/Y/Z軸分別為2000/800/500 mm/min原探;最小移動(dòng)單位為0.001mm乱凿。
九、數(shù)控改造中的問題和建議
通過幾臺(tái)機(jī)床的數(shù)控改造工作后芯妇,發(fā)現(xiàn)工作中也存在許多問題帝璃,主要表現(xiàn)在:
一是各部門、開發(fā)人員職責(zé)不明朗肃刁,組織混亂茎陪,嚴(yán)重影響了改造進(jìn)度;
二是制定的工作進(jìn)程和計(jì)劃大多只是憑經(jīng)驗(yàn)制定孙泵,不太合理烫王;
三是相關(guān)人員的培訓(xùn)工作沒有到位,導(dǎo)致機(jī)床改造后工藝人員不會(huì)編程崇审、操作人員對(duì)機(jī)床操作不熟練等問題靠鸦。
綜合以上問題,有幾點(diǎn)建議:
一是負(fù)責(zé)改造的員工職責(zé)明確任汪,獎(jiǎng)罰分明苔巍,充分調(diào)動(dòng)員工的積極性;
二是培養(yǎng)一批高素質(zhì)的應(yīng)用和維護(hù)人員枷窿,選派人員外出進(jìn)修避归,學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù);
三是要注重用戶使用管呵、維護(hù)數(shù)控系統(tǒng)的技術(shù)培訓(xùn)梳毙,建立國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)資源庫。
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