高速专能化数控机床

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数控机床技术发展现状及趋势

数控机床技术发展现状及趋势

数控机床技术发展现状及趋势赵学明(广东工业大学,广东广州510006)摘要:现在世界上很多发达的工业化国家在生产中广泛应用数控机床。

随着电子技术和控制技术的飞速发展,当今的数控系统功能已经非常强大,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。

随着科学技术的发展,世界先进技术的兴起和不断成熟,对数控技术提出了更高的要求。

当今数控机床正在不断采用最新成果,朝着高速化、超精度化、多功能化、智能化、系统化、网络化、高可靠性与环保等方向发展。

关键字:数控机床、技术、现状、发展趋势引言从20世纪中叶数控技术出现以来,数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。

数控加工具有如下特点:加工柔性好,加工精度高,生产率高,减轻操作者劳动强度、改善劳动条件,有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。

数控机床是一种高度机电一体化的产品,适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。

数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。

进入21世纪,我国经济与国际全面接轨,进入了一个蓬勃发展的新时期。

机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机,也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力,加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。

随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步,数控机床的应用范围还在不断扩大,并且不断发展以更适应生产加工的需要。

1数控机床的简单介绍车、铣、刨、磨、镗、钻、电火花、剪板、折弯、激光切割等都是机械加工方法,所谓机械加工,就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状,包含尺寸精度和几何精度两个方面。

能完成以上功能的设备都称为机床,数控机床就是在普通机床上发展过来的,数控的意思就是数字控制。

高档数控机床高速精密电主 轴关键技术及应用 公告

高档数控机床高速精密电主 轴关键技术及应用 公告

高档数控机床高速精密电主轴关键技术及应用公告全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:高档数控机床高速精密电主轴关键技术及应用随着科技的不断发展,数控机床作为制造业的重要装备之一,正逐渐成为制造业的主力军。

而高档数控机床的核心部件之一——高速精密电主轴,更是决定了整个机床性能和加工质量的关键部件。

本文将重点介绍高档数控机床高速精密电主轴的关键技术及应用。

一、高速精密电主轴的定义和特点高速精密电主轴是数控机床上用于驱动刀具旋转的核心部件,它直接影响了机床的加工精度、效率和稳定性。

一般来说,高速精密电主轴具有以下几个特点:1. 高速转速:高速精密电主轴的工作转速通常在10000rpm以上,甚至可以达到50000rpm以上。

高转速可以提高加工效率,缩短加工周期。

2. 高精度:高速精密电主轴需要具有极高的旋转精度和稳定性,以保证加工的精度和表面质量。

4. 高功率密度:高速精密电主轴需要具有高功率密度,以满足大功率输出的要求,同时尽可能减小轴体体积和重量。

1. 轴承技术:高速精密电主轴的轴承是其最关键的部件之一,直接影响轴的精度、稳定性和寿命。

目前主要采用陶瓷球轴承、陶瓷滚珠轴承和气体轴承等高速轴承技术。

2. 动平衡技术:高速精密电主轴在旋转时会产生不小的离心力,需要采用动平衡技术来消除不平衡导致的振动和噪音。

3. 冷却技术:高速精密电主轴在高速运转时会产生大量热量,需要采用有效的冷却技术来保持轴的温度稳定,避免发热过高导致零部件热变形。

4. 控制技术:高速精密电主轴需要配备精密的控制系统,以实现精准的转速控制、负载检测和自适应控制等功能。

5. 结构设计:高速精密电主轴的结构设计需要考虑到刚性和轻量化的平衡,同时保证轴体的稳定性和可靠性。

高速精密电主轴广泛应用于汽车、航空航天、铁路、军工等领域,主要用于高精度、高效率的加工。

具体应用包括精密零件加工、高速铣削、高速车削、高速钻孔等领域。

目前国内外一些知名数控机床制造商,如哈斯、西铁城、FANUC 等,都大量采用了高速精密电主轴技术,使其生产的数控机床具有更高的加工精度和效率,受到了市场的广泛认可。

数控机床的发展历史及其技术的发展趋势

数控机床的发展历史及其技术的发展趋势

3、在关键技术的应用方面,伺服驱动技术、数控系统技术和机械结构技术 都在不断发展,其中伺服驱动技术和数控系统技术的数字化、高频化、集成化, 以及机械结构技术的高刚度、高精度、高可靠性都是当前发展的主要方向。
综上所述,数控机床的关键技术和发展趋势对制造业的发展至关重要。未来, 随着科学技术的不断进步和创新,我们有理由相信,数控机床的关键技术和发展 趋势将会有更大的突破和创新。
2、虚拟现实/增强现实技术在数 控机床上的应用
虚拟现实(VR)和增强现实(AR)技术的引入,为数控机床的操作和维护提 供了全新的视角。通过VR技术,可以将加工过程进行模拟仿真,帮助操作人员提 前发现潜在的错误和问题,提高实际加工过程中的安全性。而AR技术则可以将加 工信息实时叠加到实际场景中,使操作人员能够更加直观地了解设备状态和加工 进度,提高生产效率。
高速化指的是数控机床的加工速度不断提高,高精度化则是指数控机床的加 工精度不断提高。复合化是指数控机床具备多种加工功能,能够实现一机多能。 智能化则是指数控机床具备智能化的加工能力和自我诊断修复功能。
三、数控机床关键技术分析
1、伺服驱动技术:伺服驱动技术是数控机床的重要组成部分,其性能直接 影响到数控机床的加工精度和速度。目前,伺服驱动技术正朝着数字化、高频化、 集成化方向发展,其中数字化伺服驱动技术通过提高脉冲频率和采样率,能够大 幅度提高伺服系统的性能。
四、结论
数控机床作为现代制造业的核心设备,其性能和使用寿命直接影响到生产效 率和产品质量。本次演示通过对数控机床的关键技术和发展趋势进行分析,得出 以下结论:
1、数控机床的关键技术包括伺服驱动技术、数控系统技术、机械结构技术 等,这些技术的发展程度直接决定了数控机床的性能和使用寿命。

铝合金高效高速数控加工机床最新发展

铝合金高效高速数控加工机床最新发展

铝合金高效高速数控加工机床最新发展高效高速加工技术(HEM-HSM)实际上是一种工序复合化高速加工技术,即在一台高功能高速数控(MC)机床上,实现对零件高金属切除率mrr(metal removal rate)的高速粗加工/高速半粗加工(HEM)和高零件表面积切除速率的高速半精加工/高速精加工(HSM)多种工序的复合加工,和常规切削加工和典型高速加工技术(HSM)相比,HEM-HSM加工具有明显的优势,是一种高加工生产率与高加工质量集成融合的高速加工技术。

能实现这种一次装夹完成粗精工序复合加工(HEM-HSM)的高速数控加工机床可称为高效高速数控加工机床。

现今,用于HEM-HSM加工应用的高效高速数控MC机床多为五轴联动和配备有高功率高转速/高转矩主轴,并已成为许多航宇制造业用户特别关注的现代化先进关键制造装备之一。

为此,许多世界着名的制造商都为航宇制造业推出了多种类型用于大型铝合金材和钛合金材整体结构件HEM-HSM加工应用的五轴联动高速数控MC机床,实现高效率高速粗加工和高质量高速精加工的良好融合,满足用户对高生产率大型高速加工设备的迫切需要。

应指出的是,用于诸如铝合金等轻合金材的HEM-HSM加工设备和用于诸如钛合金等硬合金材的HEM-HSM加工设备具有较大的不同。

近10多年来,适用于轻负载切削的高功率高速主轴和高速设计制造技术取得了显着进步,同时对铝合金材HEM-HSM加工技术及其工程应用研究也已比较成熟,因而铝合金高效高速数控MC 机床在航宇制造业得到较广泛应用。

本文将仅对用于铝合金材大型复杂整体构件高效高速数控MC机床的应用现状和最新发展作一讨论与介绍。

铝合金材HEM-HSM加工需要高功率高转速主轴用于大型铝合金材航宇整体结构件HEM-HSM加工应用的高速数控MC机床,机床主轴应具有足够高的功率、转速、适当转矩和足够宽的可调控的转速范围,也就是说要求机床主轴功率/转矩每转速特性应适合于航宇铝合金等轻合金材的高效高速切削加工之工艺要求。

数控机床的发展趋势

数控机床的发展趋势

数控机床的发展趋势【内容摘要】随着科学技术的发展、世界先进制造技术的兴起和不断成熟,对数控加工技术提出了更高的要求,超高速切削、超精密加工等技术的应用,对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提出了更高的性能指标。

制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。

当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。

如今数控机床正在不断采用最新技术成果,朝着高速化、多功能化、智能化、数控系统小型化、数控编程自动化、更高可靠性等方向发展。

【关键词】:数控技术发展趋势机械制造智能功能从1952年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统,到现在已走过了半个世纪历程。

随着电子技术和控制技术的飞速发展,当今的数控系统功能已经非常强大,与此同时加工技术以及一些其他相关技术的发展对数控系统的发展和进步提出了新的要求。

一、性能的发展方向1、高速度、高精度化高速化是指数控机床的高速切削和高速插补进给,目标是在保证加工精度的前提下,提高加工速度。

高精度是指数控机床能够达到的分辨率、定位精度、重复定位精度等。

效率、质量是先进制造技术的主体。

高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争力。

近年来,电主轴、直线电机以及新型刀具的应用,使数控机床的加工速度得到了极大的提高,车削和铣削速度已达到5000~8000m/min以上;主轴转数在30000r/min(有的高达100000r/min)以上;进给速度在分辨率为1um时,达到100m/min(有的到200m/min)以上;分辨率为0.1um时,达到24m/min以上;自动换刀速度在1s 以内;小时段插补进给速度达到12m/min。

加工精度方面,普通机床的加工精度已经由10um提高到5um,紧密级加工中心则由3~5um提高到1~1.5um,而超精密加工精度已经开始进入纳米级(0.001um)。

简述数控机床的发展趋势

简述数控机床的发展趋势

简述数控机床的发展趋势
随着科技的不断发展,数控机床呈现出以下几个发展趋势:
1.高速化。

随着机床控制系统和驱动系统的配套提高,数控机床的加工速度将不断提高,可以满足更高精度和更高效率的生产需求。

2.智能化。

数控机床将向智能化方向发展,实现自动化作业和在线监控。

其系统将集成多种智能技术,如CAD/CAM、人工智能等,提高加工质量和效率。

3.精度提高。

随着制造行业对精度和稳定性的要求越来越高,数控机床将不断提高加工精度,满足高精度零部件的生产需求。

4.节能环保。

数控机床对能源的需求不断增加,环保和节能已经成为制造企业的重要任务。

因此,未来数控机床将偏向发展节能环保的技术和策略。

现代数控机床 高速化发展的最新动向

现代数控机床 高速化发展的最新动向
法 的 不 同 而 不 同 ,如 图 2所 示 。 1 0年 所 能 达 到 的 9 9
d n极限值在 2 X 1 。 左右 ,而今 该值 已能达 3 X 1 。 0 0
左右 。


切 削 加 工 的 高 速 化 需 求 是 现 代 数 控 机 床 和 加 工

且至 2 1 年 其产 值 00 将 超 过机 床市 场 总 产值的4 % 。 0
2. 进给 系 统 的高 速化 发展
一.、


从 加 工技 术层 面考 虑 ,机 床 主轴 系统 和 进给 系
统 的 高 速 化 发 展 需 要 协 调 进 行 。 然 而 从 技 术 进 步 的
中心 向高速 化 发展 的直 接 动 力 ,高 速切 削机 床 应运 而生 ,并促 使高速主轴 系统 、快速进给 系统 以及 配套
的高 性能 CN C控 制系统 、高效 高精度 测量 测试 系统 等高 速化 单元 在 高速 切 削机床 中普及 和推 广 。
时 阋庳
1. 主轴 系统 的 高速 化 发展
图 1 I O 展 出的主轴转速高于 10 0/ n JMT F O 0 r mi的机床统计数据 况 下 已能 满足 要 求 。 因此 ,脂 润滑 方法 的使 用 将会 以电主 轴 为代 表 的高 速主 轴 的应 用推 动 了高 速 持 续 增 加 。
第o 期 数控机床市场 . 9 . 2 3
图 1是 NSK 汇 总 的 2O 年 间 日本 国 际机 床展
图 2速度因数 d值 的变迁 n
因为重 切 削减 少 ,对 适于 低速 使用 的高 刚度 滚
(I O )展 出的主轴转速高于 10 0/ n的所谓高 子轴 承 的需 求增 加 不 多 ,而球 轴 承或 比重 较 小 的陶 JMT F 0 r mi O

一种高速加工专用的开放式高档数控系统

一种高速加工专用的开放式高档数控系统

的速 度 与 机 床 动 态 加
减速 特性有 关 , 即与机 床 主轴 允 许 的加 速 度
a及 其 加 减 速 的 允 许 变 化 率 J—d / t a d_ 有 1
图 1 无 L o h a 或 L o o k ed a ok 的数量不够 时容易过切
有一般高档数控 系统所 具有的功能 以外 , 特别增 加 了
纳米插补 、D刀具补偿 功能及 坐标系寻位补 偿 ( o 3 Gl )
功能 ( 五轴联 动机 床 加工 的关 键功 能 ) 高达 5 0 ; 0 0程 序段 的满 足高速 加工的提前预处理功能 ( 所谓前 瞻控
制 )它还具有很 强的抑 制外 部扰动 力的能力 , ; 适合控 制 高速高 精度 的直 线 电机 ; 有标 准 以太 网 ( C / 具 T P I ) 口的网络功 能等 等 。通 过适 当裁 剪 , 系 统可 P接 该
于 2 0 年 6 7日通过 江 苏省科 技 厅 的成果 鉴定 , 06 月 被 评价为“ 系 统在 技 术 上 达到 了 当前 国际 先 进水 该 平” 。该数 控系统作 为江 苏 省 20 06年科 技成 果 转 化 项 目, 获得 了科 技厅 10 0 0 万元 的无偿拨 款资助 。
S V2 0 N型数 控 系统 中, 段 NC代 码 连 续 轮廓 K 03 多 数控机 床 在 复 杂 曲面 的高 速 加 工 中 , 由于 N C 18 ・ 0 《 新技 术新 工艺》・ 新装 备及 其应用 2 0 0 7年 第 3期

个新 高度 。 关键 词 : 开放式 ; 数控 系统 ; 高速 高精度 中图分 类号 : 2 3 4 TP 7 . 文献标 识码 : A
日本 F ANUC在 2 0 0 4年 1 2月东 京 国际 机床 展 和 2 0 年 2月上 海 国际机 床 展 上展 出 了其 最新 06
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王震东徐州师范大学电气工程及自动化学院08电41班目录1摘要 (4)2高速专能化数控机床主传动无级调速 (5)2.1选用内装式主轴电机(即电主轴) (5)2.2选用输出转换型主轴电机 (5)3电机计算 (8)3.1确定初选电机功率 (8)3.2确定最小输出功率 (8)3.3电机适用的最低转速 (9)3.4计算电机额定转速 (9)3.5主轴变速系统其他参数的计算 (9)3.6主传动系统图 (9)4算例 (10)王震东徐州师范大学电气工程及自动化学院08电41班5结论 (11)6参考文献 (12)王震东徐州师范大学电气工程及自动化学院08电41班高速专能化数控机床、通用化数控机床的控制王震东徐州师范大学电气工程及自动化学院 08电41班关键字:高速专能化数控机床、通用化数控机床、控制1 摘要80年代以来,电控技术的发展,交流变频无级调速主轴电机使数控机床主传动实现无级调速,解决了直流电机长期运转产生整流火花和电刷磨损的难题。

曾为主要动力源的直流调速电机,在多数数控机床主旋转运动中逐渐由交流调速主轴电机取代。

无级调速主传动系统按品种和工艺范围的不同,分为两类,一类是高速专能化数控机床,一类是通用化数控机床。

这两类机床的主传动系统的设计有较大差别,传动方案也大不相同。

本文就上述两类机床进行分析,给出设计方案及相关参数,对串联分级变速机构的主传动无级调速系统的设计方法,从理论上加以分析论述。

最后给出一个设计示例。

Professionals can turn high-speed CNC machine tools, universal control of CNC machine toolsWangzhenDongElectrical Engineering and Automation, Xuzhou Normal University 41 Class 08 electricAbstract:80 years, electronic control technology, variable speed spindle motor AC inverter to realize stepless speed CNC machine tool main drive, to solve the long-term operation of the DC rectifier produces sparks and brush wear problems. Who have the main power source of the DC motor speed, in most CNC machine tools in the main rotation gradually replaced by the AC variable speed spindle motor.Variable speed main drive system and process according to the scope of the different species, divided into two categories, one can of high-speed CNC machine tools designed, one is universal CNC machine tools. The main two types of machine tool drive system are very different, the transmission program is also very different.This paper analyzes the above two types of machine tools, design and related parameters are given on the classification series stepless speed change mechanism of the main drive system design approach, in theory, be analyzed and discussed. Finally, a design example.王震东徐州师范大学电气工程及自动化学院08电41班王震东徐州师范大学电气工程及自动化学院 08电41班Key words :Professionals can turn high-speed CNC machine tools 、 universal CNC machine tools 、control2 高速专能化数控机床主传动无级调速对要求主轴转速高,变速范围和恒功率区变速范围都较小的数控磨床、高精密数控车床等,工作时除了高速外,切削深度和进给量相对都小,而切削功率和转矩也小,通常不必选用大功率的交流无级调速主轴电机,也不需要串联分级变速机构和增大恒转矩区的转矩。

只要根据具体设计要求,选用合适的交流无级调速的主轴电机,采用相应的下列传动方案之一,就可实现要求的功能。

2.1 选用内装式主轴电机(即电主轴)所谓内装式主轴电机,就是主轴箱和电机融为一体,电机转子就是主轴,主轴是中空的,头部是标准结构,便于安装卡盘和刀具,电机座就是主轴箱体,可安装在床身上。

除此外,无任何中间传动件,结构简单,传动精度和机械效率都很高。

主轴的实际工作转速高于电机的基本转速nd,nd =1500 r/min,小功率的nd =2000 r/min ,这类机床的恒功率区变速范围小,通常都在3-5,内装式主轴电机完全能满足要求。

目前国外这类数控机床和加工中心主轴最高转速可达到几万转,一般都在5000-6000 r/min ,我国因刀具技术水平限制,最高转速5000 r/min ,一般都在3500 r/min 左右,已有成套设备生产供应。

2.2 选用输出转换型主轴电机这种电机既能变频调速,又能切换绕组(即变级)分档变速,使电机本身的调速范围和恒功率区调速范围增大,以满足机床主轴较大变速范围的要求。

若电机输出轴与机床主轴之间采用多联V 型带或齿型带降速传动,可实现低速增转矩功能。

目前,皮带传动的小型机床转矩可达到245 N·m ,中型机床转矩大于490 N ·m ,大型机床达到785-1177 N ·m 。

主轴系统和进给系统有很大的差别。

根据机床主传动的工作特点,早期的机床主轴传动全部采用三相异步电动机加上多级变速箱的结构。

随着技术的不断发展,机床结构有了很大的改进,从而对主轴系统提出了新的要求,而且因用途而异。

在数控机床中,数控车床占42%,数控机床的钻镗铣床占33%,数控磨床、冲床占23%,其他只占2%。

为了满足量大面广的前两类数控机床的需要,对主轴传动提出了下述要求:主传动电动机应有2.2~250kW 的功率范围;要有大的无级调速范围,如能在1:100~1000范围内进行恒转矩调速和1:10的恒功率调速;要求主传动有四象限的驱动能力;为了满足螺纹车削,要求主轴能与进给实行同步控制;在加工中心上为了自动换刀,要求主轴能进行高精度定向停位控制,甚至要求主轴具有角度分度控制功能等等。

主轴传动和进给传动一样,经历了从普通三相异步电动机传动到直流主轴传动,而随着微处理器技术和大功率晶体管技术的进展,现在又进入了交流主轴伺服系统的时代,目前已很少见到在数控机床上有使用直流主轴伺服系统了。

但是国内生产的交流主轴伺服系统的产品尚很少见,说明我们在这个领域的知识水平还很欠缺,大多采用进口产品,因此我们在这方面的发展潜能还是很大的,还有待我们去进一步完善和发展。

交流伺服电动机有永磁式同步电动机和笼型异步电动机两种结构形式,而且绝大多数采用永磁式同步电动机的结构形式。

而交流主轴电动机的情况则不同,交流主轴电动机均采用异步电动机的结构形式,这是因为,一方面受永磁体的限制,当电动机容量做得很大时,电动机成本会很高,对数控机床来讲无法接受采用;另一方面,数控机床的主轴传动系统不必像进给伺服系统那样要求如此高的性能,采用成本低的异步电动机进行矢量闭环控制,完全可满足数控机床主轴的要求。

但对交流主轴电动机性能要求又与普通异步电动机不同,要求交流主轴电动机的输出特性曲线(输出功率与转速关系)是在基本速度以下时为恒转矩区域,而在基本速度以上时为恒功率区域。

交流主轴控制单元与进给系统一样,也有模拟式和数字式两种,现在所见到的国外交流主轴控制单元大多都是数字式的。

下图 示出了交流主轴控制单元的框图。

伺服电动机的传递函数为:王震东徐州师范大学电气工程及自动化学院 08电41班G ﹙s ﹚=K/S ﹙Tm+1﹚⑴积分控制电路及输入输出波形其传递函数为:G ﹙s ﹚=1/s图2-1图2-2⑵微分控制电路及输入输出波形其传递函数为:G ﹙s ﹚=s王震东徐州师范大学电气工程及自动化学院 08电41班(a)输入波形;(b)输出波形图2-3⑶ PWM 控制电路的基本构成及工作原理:开关电源一般都采用脉冲宽度调制(PWM )技术,其特点是频率高,效率高,功率密度高,可靠性高。

然而,由于其开关器件工作在高频通断状态,高频的快速瞬变过程本身就是一电磁骚扰(EMD )源,它产生的EMI 信号有很宽的频率范围,又有一定的幅度。

若把这种电源直接用于数字设备,则设备产生的EMI 信号会变得更加强烈和复杂.由于各个变换通道交叉开闭,电流相互叠加,大大减少了输入、输出电流纹波,减小了电磁干扰EMI 。

电流纹波的减少,使传统的昂贵的、不易安装的电解电容器可以采用小型的贴片陶瓷电容来代替。

参看图2-4 中输出电流纹波的示意图,2个通道的IL 纹波电流相互叠加,结果使输出电容上承受的纹波电流减小。

图2-4它们的工作过程简述如下:由数控系统来的速度指令(如10V 时相当于6000r/min 或4500r/min )在比较器中与检测器的信号相与之后,经比例积分回路3将速度误差信号放大作为转矩指令电压输出,再经绝对值回路4使转矩指令电压永远为正。

然后经函数发生器6(它的作用是当电动机低速时提高转矩指令电压),送到V /F 变换器7,变成误差脉冲(如10V 相当于200kHz )。

该误差脉冲送到微处理器8并与四倍回路17送来的速度反馈脉冲进行运算。

在此同时,交预先写在微处理器部件中的ROM中的信息读出,分别送出振幅和王震东徐州师范大学电气工程及自动化学院 08电41班相位信号,送到DA 强励磁9和DA 振幅器10。

DA 强励磁回路用于控制增加定子电流的振幅,而DA 振幅器用于产生与转矩指令相对应的电动机定子电流的振幅。

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