變速叉零件的機(jī)械加工工藝及鉆Φ12通孔夾具設(shè)計(jì)
變速叉零件的機(jī)械加工工藝及鉆Φ12通孔夾具設(shè)計(jì),變速,零件,機(jī)械,加工,工藝,12,十二,夾具,設(shè)計(jì)
專業(yè)課程設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)題目 變速叉零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計(jì)
設(shè) 計(jì) 者
指導(dǎo)教師
臺(tái)州學(xué)院機(jī)電與建筑工程學(xué)院
2008年9月21日
專業(yè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書
題目: 變速叉零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程與夾具設(shè)計(jì)
原始圖紙（見附頁）
生產(chǎn)類型：中批或大批生產(chǎn)
設(shè)計(jì)內(nèi)容：
1、零件圖 1張
2、毛坯圖 1張
3、機(jī)械加工工藝過程卡 1份
4、機(jī)械加工工序卡 1份
5、夾具裝配圖 1套
6、夾具零件圖 若干
7、課程設(shè)計(jì)說明書 1份
班 級(jí) 05機(jī)械自動(dòng)化（2）
姓 名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
目錄
前言………………………………………………………………………………（4）
一、零件的分析………………………………………………………………（4）
（一）零件的作用……………………………………………………………（4）
（二）零件的工藝分析………………………………………………………（4）
二、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)…………………………………………………………（4）
（一）確定毛坯的制造形式 ……………………………………………（4）
（二）基準(zhǔn)的選擇……………………………………………………………（4）
（三）工藝路線的擬定及工藝方案的分析……………………………（4）
（四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定………………（5）
（五）各工序的定位夾緊方案及切削用量的選擇…………………（7）
（六）各工序基本工時(shí)……………………………………………………（10）
三、專用夾具的設(shè)計(jì)………………………………………………………（10）
（一）設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)方案的比較；…………………………………（10）
（二）定位分析與定位誤差的計(jì)算；…………………………………（10）
（三）對(duì)刀與導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì)；……………………………………………（10）
（四）夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與夾緊力計(jì)算；…………………………………（11）
（五）夾具操作動(dòng)作說明?！?1）
四、總結(jié)…………………………………………………………………………（13）
五、主要參考文獻(xiàn)……………………………………………………………（14）
前言
機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)使我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的.這是我們?cè)谶M(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練,因此,它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。
本課題是變速叉的機(jī)械加工工藝規(guī)程的編制及工藝裝備的設(shè)計(jì)，需進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)與裝配。生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批及大批量生產(chǎn)。
就我個(gè)人而言，我希望能通過這次課程設(shè)計(jì)對(duì)自己未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力。
由于能力所限，設(shè)計(jì)尚有許多不足之處，懇請(qǐng)各位老師給予指導(dǎo)。
一、零件的分析
（一）零件的作用
變速叉主要用于調(diào)節(jié)各種機(jī)器的速度檔位。
（二）零件的工藝分析
變速叉共有兩組加工表面，它們之間有一定的位置要求?，F(xiàn)分述如下：
（1）第一個(gè)加工表面為軸外圓，此主要加工孔12。
（2）第二個(gè)加工表面為孔12，以孔12定位來加工個(gè)端面及銑槽和鉆小孔8。
二、工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)
（一）確定毛坯的制造形式
零件的材料為ZG45。考慮零件在機(jī)床運(yùn)行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡(jiǎn)單，故選擇鑄件毛坯。
（二）基準(zhǔn)的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一?；孢x擇得正確與合理可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高。否則，加工工藝過程中回問題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件的大批報(bào)廢，是生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
（1）粗基準(zhǔn)的選擇。對(duì)于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對(duì)有若干個(gè)不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。根據(jù)這個(gè)基準(zhǔn)選擇原則，現(xiàn)選取φ12孔的不加工外輪廓表面作為粗基準(zhǔn)，利用V形塊限制4個(gè)自由度，再以支承塊限制1個(gè)自由度，擋銷限制最后1個(gè)自由度，達(dá)到完全定位,進(jìn)行鉆孔。
（2）精基準(zhǔn)的選擇。主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算，這在以后還要專門計(jì)算，此處不再重復(fù)。
（三）工藝路線的擬訂及工藝方案的分析
制定工藝路線得出發(fā)點(diǎn),應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
1.工藝路線方案一：
工序1：鑄造毛胚并清洗。
工序2：退火。
工序3：油漆。
工序4：鉆絞φ12孔。
工序5：銑兩端面，保證總長(zhǎng)；粗銑7的兩端面及側(cè)面；粗銑19的兩端面。
工序6：精銑7的兩端面及側(cè)面；精銑床19的兩側(cè)面；
工序7：粗銑19的頂端；粗銑13.5槽；精銑13.5槽。
工序8：劃線φ8及φ3孔的中心線。
工序9：鉆絞φ8及φ3孔。
工序10：粗磨7的兩側(cè)面；精磨7的兩側(cè)面。
工序11：去毛刺，倒角，清理。
工序12：檢驗(yàn)入庫。
2.工藝路線方案二：
工序1：鑄造毛胚并清洗。
工序2：退火。
工序3：油漆。
工序4：銑兩端面，保證總長(zhǎng)；粗銑7的兩端面及側(cè)面；粗銑19的兩端面。
工序5：鉆絞φ12孔。
工序6：精銑7的兩端面及側(cè)面；精銑床19的兩側(cè)面；
工序7：粗銑19的頂端；粗銑13.5槽；精銑13.5槽。
工序8：劃線φ8及φ3孔的中心線。
工序9：鉆絞φ8及φ3孔。
工序10：粗磨7的兩側(cè)面；精磨7的兩側(cè)面。
工序11：去毛刺，倒角，清理。
工序12：檢驗(yàn)入庫。
3.工藝方案的比較與分析。兩個(gè)方案的工序雖都為十二道，但是考慮到方案一中4、5、6工序都是在銑床上加工，集中在一起，可以使效率更快。而且先加工孔12在以孔12定位加工7的兩側(cè)面，這時(shí)的位置精度較易保證，因此選用方案一。以上工藝過程詳見機(jī)械加工工藝過程卡和機(jī)械加工工序卡片。
（四）機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
變速叉零件材料為ZG45，硬度207～241HBS，毛皮重量約為1.5kg，生產(chǎn)類型大批量，鑄造毛坯。
根據(jù)上述原始資料及加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1.內(nèi)孔φ12。毛坯為實(shí)心，不沖孔。工序尺寸加工余量:
鉆孔：2Z=0.3mm。
鉸孔：2Z=0.1mm。
精鉸：2Z=0mm。
2.各端面的工序加工余量
1）外圓表面延軸線方向長(zhǎng)度方向的加工余量及公差（φ23端面）。
查《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》（以下稱《工藝手冊(cè)》）表2.2～2.5，取φ23端面長(zhǎng)度余量均為2（均為雙邊加工）。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=0mm。
2）19的頂端。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=0mm。
3)19的兩側(cè)5.5mm。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=0mm。
4)7的兩端76.4mm。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=1.2 mm。
精銑：2Z=0mm。
5)7的兩側(cè)7mm。
銑削加工余量為：
粗銑：2Z=1.6 mm。
精銑：2Z=0.6mm。
磨削加工余量：
粗磨：2Z=0.1mm。
精磨：2Z=0mm。
6）孔8：
鉆孔：2Z=0.2mm。
絞孔：2Z=0mm。
7）孔3：
鉆孔：2Z=0.1mm。
絞孔：2Z=0mm。
3.其他尺寸直接鑄造得到
由于本設(shè)計(jì)規(guī)定的零件為大批量生產(chǎn)，應(yīng)該采用調(diào)整加工。因此在計(jì)算最大最小加工余量時(shí)應(yīng)按調(diào)整法加工方式予以確認(rèn)。
最后的毛坯圖如下：
(五）各工序的定位夾緊方案及切削用量的選擇
1.各工序的定位夾緊方案：各工序的定位夾緊方式見各工序圖。
工序4：鉆絞φ12孔。
工序5：銑兩端面，保證總長(zhǎng)；粗銑7的兩端面及側(cè)面；粗銑19的兩端面
工序7：粗銑19的頂端；粗銑13.5槽；精銑13.5槽
工序10：粗磨7的兩側(cè)面；精磨7的兩側(cè)面
2.切削用量的選擇：切削用量一般包括切削深度、進(jìn)給量及切削速度三項(xiàng)。確定方法是先確定切削深度、進(jìn)給量，再確定切削速度。由于各工序?qū)η邢饔昧康倪x擇都大致相同，所以本人只認(rèn)真地分析了一道工序，其他工序不再贅述。
2.1 工序4：鉆絞φ12孔。
本工序采用計(jì)算法確定切削用量。
加工條件：
1.工件材料：ZG45，鑄造
2.加工要求：鉆絞Φ12（0.045~0.105），表面粗糙度值Ra 為5。
3.機(jī)床：Z525立式鉆床。
4.刀具：直柄麻花鉆和直柄機(jī)用絞刀 。根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》，由于Z525機(jī)床的中心高為250㎜（《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表4.2-14），根據(jù)表3.1-5，鉆刀幾何形狀為L(zhǎng)=142，l=94,d=11.8。根據(jù)表3.1-16,絞刀幾何形狀為d=11.8，L=142，l=41。
（1）確定切削深度ap ap=12/2=6mm
（2）確定進(jìn)給量f 根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》及Z525機(jī)床進(jìn)給量（《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》4.2-16），選擇f=0.17㎜/r。
（3）選擇車刀磨鈍標(biāo)準(zhǔn)及耐用度
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.12，選擇車刀后刀面最大磨損量為0.8㎜，耐用度T=15min。
（4）確定切削速度
根據(jù)《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.13 v=17m/min ,n=1082r/min。選擇主軸實(shí)際完成轉(zhuǎn)速。
（六）各工序基本工時(shí)
基本時(shí)間Tj是指直接用于改變工件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量等所消耗的時(shí)間。它包括刀具的趨近、切入、切削和切出等時(shí)間?；緯r(shí)間又稱機(jī)動(dòng)時(shí)間。由于各工序?qū)竟r(shí)的選擇都大致相同，所以本人只認(rèn)真地分析了一道工序，此工序即為（五）中的工序4，其他工序不再贅述。
確定鉆絞Φ12的基本時(shí)間 根據(jù)《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》，鉆孔基本時(shí)間為
Tj=L/(f?n)=(l+l?+l?)/(f?n)
式中 l=83.5mm l?=(D-d)/2xctgKr+(1～2)
D=12mm,d=11.8mm,
Kr=90 l1=2mm,l2=l3=0
f=0.17mm/r n=18r/s i=1
則 Tj=27.9s
三、專用夾具的設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，需要設(shè)計(jì)專用夾具。經(jīng)過與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)第4道工序——鉆Φ12孔的鉆床專用夾具。本夾具將用于Z525立式鉆床。刀具為麻花鉆。
（一）設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)方案的比較；
1.本夾具主要用來鉆Φ12孔。因此，在本道工序加工時(shí)，主要應(yīng)考慮如何用較簡(jiǎn)單的夾具體來滿足這較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。使用的方案：用一個(gè)支承塊和V形塊及擋銷來定位和夾緊外圓柱面。
（二）定位分析與定位誤差的計(jì)算；
1.定位元件尺寸及公差的確定。根據(jù)零件外圓尺寸Φ23以及《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）表2-2-27得:V形塊的規(guī)格及主要尺寸為N=24mm，D=23mm，B=37mm,L=45mm,T=48mm，T公差為0.045～0.105。
2.定位誤差的計(jì)算。由于所設(shè)計(jì)的工序基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)重合，此時(shí)?B=0，只有基準(zhǔn)位移誤差，故影響工序尺寸的定位誤差為：
?D=?Y=δd/(2 x sin) 其中δd＝0.105-0.045=0.06mm。
?D=0.085mm。
（三）對(duì)刀與導(dǎo)引裝置設(shè)計(jì)；
根據(jù)Φ12中心線到V形塊底端距離T=48mm，公差為0.045～0.105，以及鉆套中心到V形塊底端距離T′=48mm，公差為0.015～0.035，在通過夾具上的定位銷及其端面即可確定了工件在夾具中的正確位置。
（四）夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與夾緊力計(jì)算；
刀具：直柄麻花頭，尺寸為11.8。
則軸向力：見《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）表1-2-7
式中： 根據(jù)零件材料的硬度HB207-233及鉆孔直徑D為Φ12，查《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》表2.7 得f=0.32
根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）表1-2-8 得
切削力
Ff=2200N，
切削扭矩 M=26.4J由于扭矩很小，計(jì)算時(shí)可忽略。
在計(jì)算切削力時(shí),必須考慮安全系數(shù),安全系數(shù)
式中：根據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）表1-2-1 ，查得
—基本安全系數(shù)，1.5;—加工性質(zhì)系數(shù)，1.2;
—刀具鈍化系數(shù), 1.0;—斷續(xù)切削系數(shù), 1.2;
—夾緊力的穩(wěn)定性，1.3；
則 F=Ff ? K=6185N ,因此采用楔槽式快速夾緊裝置來夾緊。
（五）夾具操作動(dòng)作說明；
夾具上裝有可換鉆套，可使夾具在一批零件的加工之前很好地保證其規(guī)定的尺寸和相互位置精度關(guān)系，有利于鉆孔。螺桿1上開有直槽，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄松開工件，再將直槽轉(zhuǎn)至螺釘2處，即可迅速拉出螺桿，以便裝卸工件。
楔槽式快速夾緊裝置圖如下：
鉆床夾具零件圖：
四、總結(jié)
足足三個(gè)星期的夾具設(shè)計(jì)，讓我學(xué)到了很多知識(shí)，對(duì)以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了一次預(yù)備訓(xùn)練。在這次設(shè)計(jì)中，學(xué)到了以下幾點(diǎn)：
（1）加強(qiáng)了御用機(jī)械制造工藝學(xué)及有關(guān)課程的知識(shí)，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐中學(xué)到的知識(shí)，能獨(dú)立地分析并解決工藝問題，使自己初步具備水機(jī)一個(gè)中等復(fù)雜程度零件的工藝規(guī)程能力。
（2）使自己能根據(jù)被加工零件的技術(shù)要求，運(yùn)用夾具設(shè)計(jì)的基本原理和方法，學(xué)會(huì)了擬訂夾具設(shè)計(jì)方案，完成夾具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
（3）加強(qiáng)了熟悉并運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)、圖表等技術(shù)資料的能力。
（4）進(jìn)一步加強(qiáng)識(shí)圖、制圖、運(yùn)算和編寫技術(shù)文件等基本技能。
在這次設(shè)計(jì)中，雖有老師的鼎立協(xié)助，但是由于時(shí)間倉促，我的設(shè)計(jì)仍有很多的不足，不過，我不會(huì)放棄再思考，因?yàn)閷W(xué)習(xí)是無止境的。最主要的是，通過這次專業(yè)課程設(shè)計(jì)，讓我找到了一種作為工程設(shè)計(jì)師的感覺，讓我的思維得到了大步地提升，讓我初步具備了這方面設(shè)計(jì)的技能。
在此，對(duì)指導(dǎo)教師的辛勤指導(dǎo)，表示衷心的感謝。
五、主要參考文獻(xiàn)
1.孫麗媛等編著《機(jī)械制造工藝及專用夾具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》北京：冶金工業(yè)出版社，2002.12
2.陳明等編著 《機(jī)械制造工藝學(xué)》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.8
3.李旦 邵東向 王杰等著《機(jī)械制造工藝學(xué)課程設(shè)計(jì)機(jī)床專用夾具圖冊(cè)》（第二版）黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005.2
4.朱家誠編著《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》安徽：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2005.8
5.王光斗 王春福主編《機(jī)械夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第三版）上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000.11
6.李昌年主編《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)與制造》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.12
7.李益民主編《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社
1993.6
8.浦林祥主編《金屬切削機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984.12
9.廖念釗 主編《互換性與技術(shù)測(cè)量》（第四版）北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2000.1
10.艾興 肖詩綱編《切削用量簡(jiǎn)明手冊(cè)》（第3版）北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999
11.許毓潮等編《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工藝簡(jiǎn)明手冊(cè)》北京：中國(guó)電力出版社，1998.5
15
外文翻譯
譯文題目 一種自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)方法
原稿題目A Clamping Design Approach for Automated Fixture Design
原稿出處 Int J Adv Manuf Technol (2001)18:784–789
一種自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)方法
塞西爾
美國(guó)，拉斯克魯塞斯，新墨西哥州立大學(xué)，，工業(yè)工程系，虛擬企業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室（VEEL）
在這片論文里，描述了一種新的計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)方法。對(duì)于一個(gè)給定的工件，這種夾具設(shè)計(jì)方法包含了識(shí)別加緊表面和夾緊位置點(diǎn)。通過使用一種定位設(shè)計(jì)方法去夾緊和支撐工件，并且當(dāng)機(jī)器正在運(yùn)行的時(shí)候，可以根據(jù)刀具來正確定位工件。該論文還給出了自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)的詳細(xì)步驟。幾何推理技術(shù)被用來確定可行的夾緊面和位置。要識(shí)別所完成工件和定位點(diǎn)就還需要一些輸入量包括CAD模型的技術(shù)要求、特征。
關(guān)鍵詞：夾緊；夾具設(shè)計(jì)
1. 動(dòng)機(jī)和目標(biāo)
夾具設(shè)計(jì)是連接設(shè)計(jì)與制造間的一項(xiàng)重要任務(wù)。自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)開發(fā)（夾具CAD）是下一代制造系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的關(guān)鍵。在這片論文里，討論了一種夾具設(shè)計(jì)的方法，這種方法有利于在目前環(huán)境下夾具設(shè)計(jì)的自動(dòng)化。
夾具設(shè)計(jì)方法的研究已成為國(guó)內(nèi)多家科研工作的重點(diǎn)。作者：周在[1]中對(duì)工件的穩(wěn)定和總需求約束了雙重標(biāo)準(zhǔn)，突出重點(diǎn)的工作。在夾具設(shè)計(jì)中廣泛的運(yùn)用了人工智能（AI）以及專家系統(tǒng)。部分CAD模型幾何信息也被用于夾具設(shè)計(jì)。Bidanda [4]描述了一個(gè)基于規(guī)則的專家系統(tǒng)，以確定回轉(zhuǎn)體零件的定位和夾緊。夾緊機(jī)制同時(shí)用于執(zhí)行定位和夾緊功能。其他研究者（如DeVor等，[5,6]）分析了切削力鉆井機(jī)械和建筑模型及其他金屬切削加工?？涤袨榈仍赱2]中定義了裝配約束建模的模塊化與夾具元件之間的空間關(guān)系。一些研究人員采用模塊化夾具設(shè)計(jì)原則，用以生成[2,7-11]，另一些夾具設(shè)計(jì)工作者已經(jīng)報(bào)告了[1,3,9,12-23]?？梢栽赱21,24]中找到夾具設(shè)計(jì)相關(guān)的大量的審查工作。
在第二節(jié)中，對(duì)夾具設(shè)計(jì)任務(wù)中各種步驟進(jìn)行了概述。在第3節(jié)和第四節(jié)中描述了工件的加工過程，要夾緊工件表面，否則將面臨工件的全面自動(dòng)測(cè)定。第5節(jié)討論了對(duì)工件的夾緊點(diǎn)的測(cè)定。
2. 夾具設(shè)計(jì)的整體方法
在本節(jié)中，描述了整體夾緊的設(shè)計(jì)方法。通常對(duì)較理想的位置的那一部分進(jìn)行夾緊，并減低切削力的影響。夾緊的位置和夾具設(shè)計(jì)中定位的位置是高度相關(guān)的。通常，夾緊和定位可以通過同樣的方法來完成。但是，不明白這兩個(gè)是夾具設(shè)計(jì)中不同的方面，可能導(dǎo)致夾具設(shè)計(jì)的失敗。多數(shù)人的在規(guī)劃過程中首先解決定位問題，這樣可以使開發(fā)的定位與設(shè)計(jì)的定位相契合。不過，整體定位及設(shè)計(jì)方法不在本文討論范文內(nèi)。
除了零件的設(shè)計(jì)（為此夾具設(shè)計(jì)有待開發(fā)），公差規(guī)格，過程序列，定位點(diǎn)和設(shè)計(jì)等因素外，還應(yīng)投入CAD模型到夾具設(shè)計(jì)方法中。這樣的夾具可以夾緊并支撐定位器。指導(dǎo)使用的主要內(nèi)容應(yīng)盡量不抵制切割或加工過程和中所涉及的操作。相反，應(yīng)定位夾具，使切削力在正確的方向，這將有助于保持在一個(gè)特定的部分加工操作安全。通過引導(dǎo)對(duì)定位器的切割力量，部分（或工件）被固定，固定定位點(diǎn)，因此不能移動(dòng)的定位器。
在這里討論的夾具的設(shè)計(jì)方法必須在整體夾具設(shè)計(jì)方法的范圍內(nèi)。在此之前進(jìn)行定位器/支撐和夾具設(shè)計(jì)的初步階段，涉及到的分析和識(shí)別的功能、相關(guān)的公差和其他規(guī)范是必要的。根據(jù)初步的評(píng)估和測(cè)定，定位/支撐設(shè)計(jì)與夾具設(shè)計(jì)結(jié)果的在此基礎(chǔ)上可以同時(shí)進(jìn)行。本文對(duì)所描述夾具設(shè)計(jì)的方法討論基于定位器/支撐設(shè)計(jì)與先前已經(jīng)確定的假設(shè)（包括適當(dāng)?shù)亩ㄎ缓椭С譁y(cè)定一個(gè)工件的定位，以及識(shí)別和夾具，如V元素的支持面塊，基礎(chǔ)板，定位銷等）。
（1） 夾具設(shè)計(jì)的輸入
輸入包括對(duì)特定產(chǎn)品的設(shè)計(jì)翼邊模型，公差信息，提取的特征，過程順序和部分在給定的每一個(gè)設(shè)計(jì)的相關(guān)特性的加工方向，面向的位置和定位裝置，以及加工過程中的各種工序，須出示每個(gè)相應(yīng)的功能。
（2）夾具設(shè)計(jì)的方法
圖一是自動(dòng)化夾具設(shè)計(jì)主要步驟總結(jié)圖。對(duì)這些步驟概述如下：
第1步：設(shè)置配置清單以及相關(guān)的[進(jìn)程_功能]條目。
第2步：確定方向和夾緊力。輸入必要的加工方向向量mdv1，mdv2……mdvn，面對(duì)nvs的支持力，并確定法向量。如果加工方向向下（對(duì)應(yīng)的方向向量[0，0，-1]），和面的支持向量平行于加工方向，那么，夾緊力方向平行向下加工方向[0，0，-1]。如果必需要側(cè)面夾緊并沒有可夾緊的地方，那么在其中放置一個(gè)夾具夾緊下調(diào)，然后邊鉗方向計(jì)算如下。讓sv和tv輔助常規(guī)的向量代替次要的和三級(jí)定位孔。然后，使用夾緊機(jī)構(gòu)夾緊一個(gè)方向，例如，av應(yīng)平行于這兩個(gè)法向量，即，正常向量應(yīng)分別與每塊表面的sv和tv向量平行。側(cè)面夾緊面應(yīng)該是一對(duì)分別平行于面sv和tv的平面孔。
第三步：從列表中選出最大有效加工力。這樣能夠有效的平衡各加工力。
第四步：利用計(jì)算出的最高有效加工力，才能確定用來支撐工件加工的面積的夾具尺寸（例如，一個(gè)帶夾子可以作為一個(gè)夾緊機(jī)構(gòu)使用）。
第五步：確定給定工件的夾緊面。這一步在第4步中所述過。
第六步：該夾具的夾緊面的實(shí)際位置自動(dòng)在第5節(jié)中確定?？紤]接下來的步驟并返回第一步。
3. 判斷夾具尺寸
在這項(xiàng)工作中所用到的夾具都來自一個(gè)系列。夾具的原理與圖二相同。在這一節(jié)里，描述了一個(gè)自動(dòng)化夾具。鎖模力所需的有關(guān)螺桿的螺紋裝置大小或保存到位鉗。夾緊力平衡加工工件使工件保持恰當(dāng)?shù)奈恢?。讓鎖模力為W和螺桿直徑為D。各種螺絲夾緊力大小，可以按以下方式確定：最初，極限拉伸強(qiáng)度（抗拉強(qiáng)度）和該夾具的材料（供應(yīng)情況而定）可以從數(shù)據(jù)檢索庫檢索。各種材料有不同的拉伸強(qiáng)度。該夾具材料的選擇，也可直接采用啟發(fā)式規(guī)則進(jìn)行。例如，如果部分材料是低碳鋼，那么鉗材料可低碳鋼或機(jī)器鋼。為了確定設(shè)計(jì)應(yīng)力，抗拉強(qiáng)度值應(yīng)除以安全系數(shù)（如4或5）。根區(qū)的螺絲格A1（如一個(gè)螺絲鉗）可以被確定：[鎖模力/設(shè)計(jì)應(yīng)力]。隨后，螺栓截面全面積可以計(jì)算為等于{格A1 /（65％），}（因?yàn)槁萁z的地方可能會(huì)發(fā)生根切面積約為65％螺栓的總面積） 。螺釘?shù)闹睆紻可以被確定等同于（D2的3.14 / 4）。另一項(xiàng)涉及可用于方程有關(guān)的寬度B，高度H和跨度的鉗L的螺絲直徑為D（B，H和L可以為不同的值計(jì)算D）：d2 =4/3 BH2/L.
4. 判斷夾緊表面
確定夾具經(jīng)常出現(xiàn)的相關(guān)參數(shù)包括了產(chǎn)品的CAD模型，提取的特征信息，特征尺寸，定位面和定位器的選擇?？紤]所有潛在的加緊面，如圖3。最關(guān)鍵的是夾緊表面不應(yīng)重疊或與該面相交，如圖4所示。夾緊面積是與工件表面（或PCF）接觸的是一個(gè)二維輪廓線段組成的（見圖6）。利用線段相交測(cè)試，可以測(cè)定在給定的光子晶體光纖的任何范圍內(nèi)是否可能有接觸面夾緊面重疊。
夾緊面的確定可以如下所示：
第1步：鑒別平行于二級(jí)和三級(jí)定位面（lf1和lf2）是分別到lf1和tcj最遠(yuǎn)的距離的面。如下所示：（一）鑒別面tci,tcj,使面tci和 tcj平行l(wèi)f1和tcj平行l(wèi)f2。（二）在TCF中列出面對(duì)tci的面。（三）通過檢查所有TCF中面對(duì)tci的面，確定的面對(duì)tci和tcj的面是到lf1和lf2分別最遠(yuǎn)的面，并舍棄所有其他TCF中的面。
第2步：鑒別平行面的位置，除了不相鄰的附加面。最好是選擇一個(gè)不與其他定位面垂直相鄰的面。這一步如下所示：
(a) 考慮TCF列表中的tci面，獲得與每個(gè)tci面垂直或相鄰的面然后，在FCF列表中插入每個(gè)fci面。
(b) 檢查每個(gè)FCI面，并執(zhí)行以下測(cè)試：如果FCI是相鄰、垂直于lf1或lf2，然后從列表中舍棄它并插入NTCF列表中。
第3步:確定加緊面都在有效的加緊面上，如下所述夾緊面：
例1:如果沒有條目在列表NTCF中，就使用TCF中的面并繼續(xù)執(zhí)行步驟4。如果任何面發(fā)現(xiàn)，垂直于第二，第三位置的面孔lf1和lf2，這將要面臨的是下次選擇可行的夾具。在這種情況下，唯一剩下的選擇是重新審視在列表NTCF的面。
例2：如果列表中NTCF條目數(shù)為1時(shí)，可行夾緊面為FCI。與TCI的法向量垂直相鄰的相應(yīng)軸是夾緊軸。
例3：如果在列表NTCF項(xiàng)數(shù)大于1，確定最大的TCI加緊面再進(jìn)行步驟4。
例4：:夾緊力的方向可以是[1，0，0]或[0，1，0]，可以夾緊TCI面的中心位置。
在其他幾何位置可確定使用零件幾何形狀和拓?fù)湫畔?，這在下一節(jié)中描述。
5. 判斷夾緊表面上的夾緊點(diǎn)
確定夾緊面后，必須確定實(shí)際夾緊位置。輸入夾具側(cè)面積，沿著[x，Y，Z]和潛在的夾緊面CF方向。容下使用CF幾何獲得夾具側(cè)面積：
第一步是確定一個(gè)箱體的大小，這是用來測(cè)試它是否包含在它里面的任何部分。相交測(cè)試也可以在前面介紹的方法使用。如果相交測(cè)試返回一個(gè)負(fù)的結(jié)果，那么有部分箱體與夾具相交，如圖4所示。如果相交測(cè)試返回一個(gè)正的結(jié)果，可以執(zhí)行下列步驟：
1． 劃分成更小的矩形大小條（1 W）夾框輪廓(圖5和圖6)。
2． 執(zhí)行指定與功能配置文件出現(xiàn)在CF面的零件設(shè)計(jì)的相交測(cè)試。
3． 沒有功能相交的條形區(qū)域，都是可行夾緊區(qū)域。如果有一個(gè)以上的長(zhǎng)方形候選
面，矩形配置文件，向中沿軸夾緊CF面點(diǎn)的是夾緊配置文件（夾點(diǎn)）。
如果沒有發(fā)現(xiàn)配置文件，夾具寬度可減少一半，夾具數(shù)可以增加兩個(gè)。使用這些修改過的夾具尺寸，執(zhí)行前面描述的特征相交測(cè)試。如果此測(cè)試也失敗了，那么可以用相鄰的面作為夾緊面用于執(zhí)行端夾緊。這面可以重復(fù)進(jìn)行PCF和功能相交測(cè)試。
:
5.1試驗(yàn)曲線的交點(diǎn)
輸入需要的二維輪廓P1、P2，使用下列方法可以自動(dòng)確定該配置文件的交集。每一個(gè)輸入的資料組成一個(gè)封閉環(huán)。此配置文件測(cè)試的步驟如下：
(T1) 考慮P1線段中的L（i，1）和P2線段中的L（2，j）。
(T2) 采用L（i，1）線段和L（2，j）線段的相交段。如果邊緣相交測(cè)試返回一個(gè)正值，那么特征面和潛在面相交。如果它返回一個(gè)負(fù)值，繼續(xù)執(zhí)行步驟3。
（T3）重復(fù)與步驟（T1）相同的部分或者緩慢走過其余P1中的(Li,1)段直到P2中的 [(L2, j+1) till j =n–1]段。
(T4) 其余部分邊和P1中的L12、L13到L1n段重復(fù)（T1）和（T2）步驟。
如果特征面與夾緊面重復(fù)，線相交測(cè)試將決定該事件。相交的邊可以進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)兩個(gè)面是否相互交叉。輸入所需的邊L12{連接 (x1, y1) 和 (x2, y2)}和L34{連接 (x3, y3) 和(x4, y4)}。
L12型方程的可表示為：
F(x,y) =0 (1)
L34型方程的可表示為：
H(x,y) =0 (2)
. 第一步：使用等式（1）計(jì)算R3 =F(x3, y3)，用X和Y取代X3和Y3;計(jì)算R4 =F(x4, y4)，用X和Y取代X4和Y4。
第二步：如果R3和R4都與0不相等，但R3與R4結(jié)果相同（R1與R2在相同的一邊），則邊L12與L34不相交。如果這樣不滿足條件，那么進(jìn)行第三步。
第三步：使用等式（2）計(jì)算R1 =H(x1, y1)。接著，計(jì)算R2 =G(x2, y2)再進(jìn)行第四步。
第四步：如果R1與R2都不等于0，且R1與R2的結(jié)果相同，那么把R1與R2放在相同的一邊并輸入不相交。如果，這個(gè)也不滿足條件，那么進(jìn)行第五步。
第五步：給定相交線段。這樣就完成了測(cè)試?？紤]如圖7所示的一部分樣品。將要生產(chǎn)一個(gè)盲孔。起初，完成定位設(shè)計(jì)。定位器的（或主要定位器）是一個(gè)基盤（放在F4面）和二級(jí)和三級(jí)定位器面臨F6和F5（對(duì)應(yīng)到定位面lf1和lf2在第4節(jié)中討論）。一個(gè)輔助定位器也被使用，這是一個(gè)V型塊（對(duì)F3和F5面輔助定位），如圖8所示。在前面討論的夾具設(shè)計(jì)方法中所述的步驟的基礎(chǔ)上，候選面孔（這是平行的，并在從lf1和lf2最遙遠(yuǎn)的距離）是面對(duì)F3和F5面。沒有面孔，這是平行到定位面，但他們不相鄰。在這種情況下使用的優(yōu)先權(quán)規(guī)則（如步驟3第4步討論），剩余的候選面面對(duì)的是F2面。夾具方向向下的V型塊徑向定位器和其他與對(duì)工件夾緊底面提供所需位置。
根據(jù)第五步選擇夾具的位置。如果沒有功能發(fā)生在面F2上，那么也沒有必要進(jìn)行相交測(cè)試確定夾具優(yōu)美加緊。夾具位置應(yīng)遠(yuǎn)離V型定位器（這是輔助定位位置）的夾緊面毗鄰輔助定位面（這確保了更好的快速夾緊）。最終位置和夾具的設(shè)計(jì)如圖8所示。
本文討論的方法，毫不遜色于其他夾具設(shè)計(jì)文獻(xiàn)中討論的方法。本文所討論的方法的獨(dú)特性是零件的夾緊面的幾何形狀，拓?fù)浜凸δ馨l(fā)生了被加工為基礎(chǔ)的系統(tǒng)鑒定。其他方法都沒有利用了定位器的位置，該方法使用定位器在對(duì)持有一級(jí)，二級(jí)和三級(jí)定位器加工的工件。這種方法的另一個(gè)好處是在可行的候選面上確定在面上用夾具面交點(diǎn)測(cè)試（如前所述），并迅速和有效地確定潛在的下游過程中可能出現(xiàn)問題，夾緊和加工的功能檢測(cè)。
6. 總結(jié)
在這篇論文中，對(duì)在一個(gè)夾具設(shè)計(jì)方法的總體框架內(nèi)進(jìn)行了夾具設(shè)計(jì)方面的討論。
設(shè)計(jì)定位器，規(guī)范零件設(shè)計(jì)，和其他相關(guān)被用來確定夾緊面和夾緊方向。并討論了各種自動(dòng)化步驟。
機(jī)械加工工藝過程卡
（廠名）
機(jī)械加工過程卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零部件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零部件名稱
變速叉
共 1 頁
第 1頁
材料牌號(hào)
ZG45
毛坯種類
鑄造
毛坯外形尺寸
每毛坯可制作件數(shù)
1
每件臺(tái)數(shù)
1
備注
工序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
車間
工段
設(shè)備
工藝裝備
工 時(shí)
準(zhǔn)備
單件
1
鑄
鑄造毛胚并清洗
2
熱
退火
3
漆
油漆
4
鉆
鉆絞￠12孔
鉆床
鉆刀絞刀
5
銑
銑兩端面，保證總長(zhǎng)；粗銑7的兩端面及側(cè)面；粗銑19的兩端面
銑床
銑刀
6
銑
精銑7的兩端面及側(cè)面；
銑床
銑刀
7
銑
粗銑19的頂端；粗銑13.5槽；
精銑13.5槽
銑床
銑刀
8
鉗
劃線￠8及￠3孔的中心線
鉗工臺(tái)
量具
9
鉆
鉆絞￠8及￠3孔
鉆床
鉆刀絞刀
10
磨
粗磨7的兩側(cè)面；精磨7的兩側(cè)面
磨床
磨刀
11
鉗
去毛刺，倒角，清理
12
檢
檢驗(yàn)入庫
5
臺(tái)州學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零件名稱
變速叉
共
5
頁
第
1
頁
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
4
鉆
ZG45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
鉆床
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
1
專用夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
鉆￠12孔留余量0.3mm，
鉆刀 專用夾具
1500
17
0.17
6
2
粗絞￠12孔留余量0.1mm
絞刀 專用夾具
1500
17
0.17
6
3
精絞￠12孔至圖尺寸
絞刀 專用夾具
1500
17
0.17
6
臺(tái)州學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零件名稱
變速叉
共
6
頁
第
2
頁
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
5
銑
ZG45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
銑床
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
2
銑床夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
銑兩端面，保證83.5mm總長(zhǎng)
銑刀 銑床夾具
2
粗銑7的兩端面各留0.6余量；
銑刀 銑床夾具
3
粗銑7的側(cè)面各留0.8余量
銑刀 銑床夾具
4
粗銑19的兩端面符圖
銑刀 銑床夾具
臺(tái)州學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零件名稱
變速叉
共
6
頁
第
3
頁
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
6
銑床
ZG45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
銑床
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
3
銑床夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
精銑7的兩端面保證76.4精度符圖
銑刀 銑床夾具
2
精銑7的側(cè)面各留磨量0.3mm
銑刀 銑床夾具
臺(tái)州學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零件名稱
變速叉
共
6
頁
第
4
頁
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
7
銑
ZG45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
銑床
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
4
銑床夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
粗銑19的頂端符圖
銑刀 銑床夾具
2
粗銑13.5槽留余量0.7mm
銑刀 銑床夾具
3
精銑13.5槽符圖
銑刀 銑床夾具
臺(tái)州學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零件名稱
變速叉
共
6
頁
第
5
頁
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
9
鉆
ZG45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
鉆床
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
5
鉆床夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
鉆￠8孔留0.2mm;
鉆床夾具 鉆刀
2
鉆￠3孔留0.1mm
鉆床夾具 鉆刀
3
絞￠8孔、￠3孔符圖
鉆床夾具 絞刀
4
絞￠3孔
鉆床夾具 絞刀
臺(tái)州學(xué)院
機(jī)械加工工序卡片
產(chǎn)品型號(hào)
零件圖號(hào)
產(chǎn)品名稱
變速叉
零件名稱
變速叉
共
6
頁
第
6
頁
車間
工序號(hào)
工序名稱
材 料 牌 號(hào)
10
磨
ZG45
毛 坯 種 類
毛坯外形尺寸
每毛坯可制件數(shù)
每 臺(tái) 件 數(shù)
鑄件
1
1
設(shè)備名稱
設(shè)備型號(hào)
設(shè)備編號(hào)
同時(shí)加工件數(shù)
磨床
1
夾具編號(hào)
夾具名稱
切削液
6
磨床夾具
工位器具編號(hào)
工位器具名稱
工序工時(shí) (分)
準(zhǔn)終
單件
工步號(hào)
工 步 內(nèi) 容
工 藝 裝 備
主軸轉(zhuǎn)速
切削速度
進(jìn)給量
切削深度
進(jìn)給次數(shù)
工步工時(shí)
r/min
m/min
mm/r
mm
機(jī)動(dòng)
輔助
1
粗磨7的兩側(cè)面各留0.1mm余量
磨床夾具 磨刀
2
精磨7的兩側(cè)面符圖
磨床夾具 磨刀
10
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