專用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)及底座設(shè)計(jì)【7張CAD圖紙】

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Combination machine is designed according the fundamental , which highly centralized ,or , more correctly it can process one working procedure or more different working procedures at one time . Combination machine was developed in the end of industrial production compared with traditional machine; combination machine has many advantages , such as high efficiency , high accuracy and low cost . It is composed of some general parts , such as bed ,column ,work able ,power unit ,and some special parts designed according to different work piece machining need. The preface of a lot of works can be completed on the combination machine, but in regard to the majority current usage of combination machine, then and primarily used for the flat surface to process and the bore to process two big work preface. The main part including :(1) Formulating technological plan We,ve learned the characteristic of the part designed ,accuracy and specification ,locating and fixing ,productivity and machining structure by the practice .Then the technological operation and work order can be determined which can be finished in combination machine.(2) Combination machine frame design determines the interrelation of the different part in the machining tool ,select general parts and tool oriented .Then compute cut feed and productivity finally draw a sketch map of the machine .(3) Combination machine parts design including headstock、proper transmission layout 、shaft and gear move freely without interference which ensure the stability and accuracy during transmission ,then design dedicated select bearings and engine etc.(4) It adopts many hydraulic control valves ,which ensure the stability ,circulation and accuracy .Keywords: combination machine ;design ;process ;function目 錄摘 要IIAbstractIII目 錄IV第1章 緒論11.1 課題研究意義11.2鉆孔專用設(shè)備應(yīng)用11.3國(guó)外進(jìn)給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展21.4國(guó)內(nèi)進(jìn)給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展21.5 專用鉆床設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)4第2章 鉆床總體設(shè)計(jì)要求52.1切削參數(shù)要求52.2 軸向力、扭矩、功率參數(shù)要求52.3 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求6第3章 專用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.1常見絲杠支承方式73.2 脈沖當(dāng)量選擇83.3滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算83.4滾珠絲杠副的載荷計(jì)算83.5傳動(dòng)效率計(jì)算113.6穩(wěn)定性驗(yàn)算113.6 剛度驗(yàn)算113.7 滾珠絲杠精度等級(jí)確定113.8 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的防護(hù)143.9 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇143.10電機(jī)至絲杠之間齒輪減速傳動(dòng)設(shè)計(jì)163.11等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算(不計(jì)傳動(dòng)效率)193.12 電機(jī)的計(jì)算選型193.13 聯(lián)軸器選擇20第4章 底座設(shè)計(jì)214.1 對(duì)底座結(jié)構(gòu)的基本要求214.2 底座的結(jié)構(gòu)22結(jié) 論24致 謝25參考文獻(xiàn)2626第1章 緒論1.1 課題研究意義市場(chǎng)的開放性和全球化使產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。而決定產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的指標(biāo)是產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間(Time ) ， 產(chǎn)品(Quality)，成本(Cost)，創(chuàng)新能力(Creation)和服務(wù)(Service)。用戶在追求高質(zhì)量產(chǎn)品的同時(shí)，會(huì)更多的追求較低的價(jià)格和較短的交貨周期。美國(guó)制造業(yè)在20世紀(jì)50至40年代主要以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模作為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的第一要素，而在70年代競(jìng)爭(zhēng)力的第一要素為降低生產(chǎn)成本，80年代為提高產(chǎn)品質(zhì)量，90年代為市場(chǎng)響應(yīng)速度。所以現(xiàn)代企業(yè)都期望通過提高自身的科技含量，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。制造業(yè)是國(guó)家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機(jī)械制造的母機(jī)，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國(guó)家機(jī)械工業(yè)以至整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體，機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對(duì)市場(chǎng)的應(yīng)變能力、生產(chǎn)效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對(duì)于一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用我國(guó)是世界上產(chǎn)量最多的國(guó)家.根據(jù)德國(guó)工業(yè)協(xié)會(huì)(VD W )2000年統(tǒng)計(jì)資料，在主要的生產(chǎn)國(guó)家中，中國(guó)排名為世界第五位。但是在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中仍處于較低水平:即使在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì):一方面國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)各類產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國(guó)產(chǎn)滯銷積壓，國(guó)外產(chǎn)品充斥市場(chǎng)。1.2鉆孔專用設(shè)備應(yīng)用據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般在車間中普通機(jī)床的平均切削時(shí)間很少超過全部工作時(shí)間的15%。其余時(shí)間是看圖、裝卸工件、調(diào)換刀具、操作機(jī)床、測(cè)量以及清除鐵屑等等。使用數(shù)控機(jī)床雖然能提高85%，但購(gòu)置費(fèi)用大。某些情況下，即使生產(chǎn)率高，但加工相同的零件，其成本不一定比普通機(jī)床低。故必須更多地縮短加工時(shí)間。不同的加工方法有不同的特點(diǎn)，就鉆削加工而言，鉆孔專用設(shè)備是一種通過少量投資來提高生產(chǎn)率的有效措施。雖然不可調(diào)式多軸頭在自動(dòng)線中早有應(yīng)用，但只局限于大批量生產(chǎn)。即使采用可調(diào)式多軸頭擴(kuò)大了使用范圍，仍然遠(yuǎn)不能滿足批量小、孔型復(fù)雜的要求。尤其隨著工業(yè)的發(fā)展，大型復(fù)雜的鉆孔專用設(shè)備更是引人注目。例如原子能發(fā)電站中大型冷凝器水冷壁管板有15000個(gè)20孔，若以搖臂鉆床加工，單單鉆孔與锪沉頭孔就要843.5小時(shí)，另外還要?jiǎng)澗€工時(shí)151.1小時(shí)。但若以數(shù)控八軸落地鉆床加工，鉆锪孔只要171.6小時(shí)，劃線也簡(jiǎn)單，只要1.9小時(shí)。因此，利用數(shù)控控制的二個(gè)坐標(biāo)軸，使刀具正確地對(duì)準(zhǔn)加工位置，結(jié)合鉆孔專用設(shè)備不但可以擴(kuò)大加工范圍，而且在提高精度的基礎(chǔ)上還能大大地提高工效，迅速地制造出原來不易加工的零件。有人分析大型高速柴油機(jī)30種箱形與桿形零件的2000多個(gè)鉆孔操作中，有40%可以在自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床中用二軸、三軸或四軸多軸頭加工，平均可減少20%的加工時(shí)間。1975年法國(guó)巴黎機(jī)床展覽會(huì)也反映了鉆孔專用設(shè)備的使用愈來愈多這一趨勢(shì)。1.3國(guó)外進(jìn)給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展鉆孔專用設(shè)備是在一次進(jìn)給中同時(shí)加工許多孔或同時(shí)在許多相同或不同工件上各加工一個(gè)孔。這不僅縮短切削時(shí)間，提高精度，減少裝夾或定位時(shí)間，并且在數(shù)控機(jī)床中不必計(jì)算坐標(biāo)，減少字塊數(shù)而簡(jiǎn)化編程。它可以采用以下一些設(shè)備進(jìn)行加工：立鉆或搖臂鉆上裝多軸頭、多軸鉆床、多軸專用鉆床心及自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床。甚至可以通過二個(gè)能自動(dòng)調(diào)節(jié)軸距的主軸或多軸箱，結(jié)合數(shù)控工作臺(tái)縱橫二個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，加工各種圓形或橢圓形孔組的一個(gè)或幾個(gè)工序。現(xiàn)在就這方面的現(xiàn)狀作一簡(jiǎn)介。1.4國(guó)內(nèi)進(jìn)給系統(tǒng)現(xiàn)狀與發(fā)展從傳動(dòng)方式來說主要有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)與萬向聯(lián)軸節(jié)傳動(dòng)三種。這是大家所熟悉的。前者效率較高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，后者易于調(diào)整軸距。從結(jié)構(gòu)來說有不可調(diào)式與可調(diào)式二種。前者軸距不能改變，多采用齒輪傳動(dòng)，僅適用于大批量生產(chǎn)。為了擴(kuò)大其贊許適應(yīng)性，發(fā)展了可調(diào)式多軸頭，在一定范圍內(nèi)可調(diào)整軸距。它主要裝在有萬向.二種。（1）萬向軸式也有二種:具有對(duì)準(zhǔn)裝置的主軸。主軸裝在可調(diào)支架中，而可調(diào)支架能在殼體的T形槽中移動(dòng)，并能在對(duì)準(zhǔn)的位置以螺栓固定。（2）具有公差的圓柱形主軸套。主軸套固定在與式件孔型相同的模板中。前一種適用于批量小且孔組是規(guī)則分布的工件（如孔組分布在不同直徑的圓周上）。后一種適用于批量較大式中小批量的輪番生產(chǎn)中，剛性較好，孔距精度亦高，但不同孔型需要不同的模板。多軸頭可以裝在立鉆式搖臂鉆床上，按鉆床本身所具有的各種功能進(jìn)行工作。這種鉆孔專用設(shè)備方法，由于鉆孔效率、加工范圍及精度的關(guān)系，使用范圍有限。也象多軸頭那樣作為標(biāo)準(zhǔn)部件生產(chǎn)。美國(guó)Secto公司標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱、多軸箱等設(shè)計(jì)的不可調(diào)式多軸箱。有32種規(guī)格，加工面積從300300毫米到6001050毫米，工作軸達(dá)60根，動(dòng)力達(dá)23.5千瓦。Romai工廠生產(chǎn)的可調(diào)多軸箱調(diào)整方便，只要先把齒輪調(diào)整到接近孔型的位置，然后把與它聯(lián)接的可調(diào)軸移動(dòng)到正確的位置。因此，這種結(jié)構(gòu)只要改變模板，就能在一定范圍內(nèi)容易地改變孔型，并且可以達(dá)到比普通多軸箱更小的孔距。根據(jù)成組加工原理使用多軸箱或多軸頭的專用鉆床很適用于大中批量生產(chǎn)。為了在加工中獲得良好的效果，必需考慮以下數(shù)點(diǎn)：（1）工件裝夾簡(jiǎn)單，有足夠的冷卻液沖走鐵屑。（2）夾具剛性好，加工時(shí)不形變，分度定位正確。（3）使用二組刀具的可能性，以便一組使用，另一組刃磨與調(diào)整，從而縮短換刀停機(jī)時(shí)間。（4）使用優(yōu)質(zhì)刀具，監(jiān)視刀具是否變鈍，鉆頭要機(jī)磨。（5）尺寸超差時(shí)能立即發(fā)現(xiàn)。這是一種能滿足鉆孔專用設(shè)備要求的鉆床。諸如導(dǎo)向、功率、進(jìn)給、轉(zhuǎn)速與加工范圍等。巴黎展覽會(huì)中展出的多軸鉆床多具液壓進(jìn)給。其整個(gè)工作循壞如快進(jìn)、工進(jìn)與清除鐵屑等都是自動(dòng)進(jìn)行。值得注意的是，多數(shù)具有單獨(dú)的變速機(jī)構(gòu)，這樣可以適應(yīng)某一組孔中不同孔徑的加工需要。為了中小批量生產(chǎn)合理化的需要，最近幾年發(fā)展了自動(dòng)更換主軸箱專用鉆床。(1) 自動(dòng)更換主軸機(jī)床自動(dòng)更換主軸機(jī)床頂部是回轉(zhuǎn)式主軸箱庫(kù)，掛有多個(gè)不可調(diào)主軸箱。縱橫配線盤予先編好工作程序，使相應(yīng)的主軸箱進(jìn)入加工工位，定位緊并與動(dòng)力聯(lián)接，然后裝有工件的工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到主軸箱下面，向上移動(dòng)進(jìn)行加工。當(dāng)變更加工對(duì)象時(shí)，只要調(diào)換懸掛的主軸箱，就能適應(yīng)不同孔型與不同工序的需要。(2)多軸轉(zhuǎn)塔機(jī)床轉(zhuǎn)塔上裝置多個(gè)不可調(diào)或萬向聯(lián)軸節(jié)主軸箱，轉(zhuǎn)塔能自動(dòng)轉(zhuǎn)位，并對(duì)夾緊在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。通過工作臺(tái)回轉(zhuǎn)，可以加工工件的多個(gè)面。因?yàn)檗D(zhuǎn)塔不宜過大，故它的工位數(shù)一般不超過46個(gè)。且主軸箱也不宜過大。當(dāng)加工對(duì)象的工序較多、尺寸較大時(shí)，就不如自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床合適，但它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。(3)自動(dòng)更換主軸箱專用鉆床它由自動(dòng)線或?qū)Ｓ勉@床中的標(biāo)準(zhǔn)部件組成。不可調(diào)多軸箱與動(dòng)力箱按置在水平底座上，主軸箱庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)整個(gè)裝置緊固在進(jìn)給系統(tǒng)的溜板上。主軸箱庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)與進(jìn)給動(dòng)作都按標(biāo)準(zhǔn)子程序工作。換主軸箱時(shí)間為幾秒鐘。工件夾緊于液壓分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，以便加工工件的各個(gè)面。好果回轉(zhuǎn)工作臺(tái)配以卸料裝置，就能合流水生產(chǎn)自動(dòng)化。在可變生產(chǎn)系統(tǒng)中采用這種裝置，并配以相應(yīng)的控制器可以獲得完整的加工系統(tǒng)。(4) 數(shù)控八軸落地鉆床大型冷凝器的水冷壁管板的孔多達(dá)15000個(gè)，它與支撐板聯(lián)接在一起加工?？讖綖?0毫米，孔深180毫米。采用具有內(nèi)冷卻管道的麻花鉆，57巴壓力的冷卻液可直接進(jìn)入切削區(qū)，有利于排屑。鉆尖磨成90供自動(dòng)定心。它比普通麻花鉆耐用，且進(jìn)給量大。為了縮短加工時(shí)間，以8軸數(shù)控落地加工。1.5 專用鉆床設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)鉆孔專用設(shè)備生產(chǎn)效率高，投資少，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，產(chǎn)品改型時(shí)設(shè)備損失少。而且隨著我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，鉆孔專用設(shè)備的范圍一定會(huì)愈來愈廣，加工效率也會(huì)不斷提高。第2章 鉆床總體設(shè)計(jì)要求2.1切削參數(shù)要求確定了在專用鉆床上完成的工藝內(nèi)容了，就可以著手選擇切削用量了。因?yàn)樗O(shè)計(jì)的專用鉆床為多軸同步加工在大多數(shù)情況下，所選切削用量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)比一般通用機(jī)床單刀加工低30%左右多軸主軸箱上所有刀具共用一個(gè)進(jìn)給系統(tǒng)，通常為標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)，工作時(shí)，要求所有刀具的每分鐘進(jìn)給量相同，且等于動(dòng)力滑臺(tái)的每分鐘進(jìn)給量（mm/min）應(yīng)是適合有刀具的平均值。因此，同一主軸箱上的刀具主軸可設(shè)計(jì)成同轉(zhuǎn)速和同的每轉(zhuǎn) 進(jìn)給量（mm/r）與其適應(yīng)。以滿足直徑的加需要，即： 3.1式中： 各主軸轉(zhuǎn)速（r/min） 各主軸進(jìn)給量（mm/r） 動(dòng)力滑臺(tái)每分鐘進(jìn)給量（mm/min）由于減速器箱體(三)鉆孔的加工精度、工件材料、工作條件、技術(shù)要求等，按照經(jīng)濟(jì)地選擇滿足加工要求的原則，采用查表的方法查得：進(jìn)給量f=0.2mm/r、切削速度v=18m/min2.2 軸向力、扭矩、功率參數(shù)要求根據(jù)選定的切削用量（主要指切削速度v及進(jìn)給量f）確定切削力，作為選擇動(dòng)力部件（滑臺(tái)）；確定切削扭矩，用以確定主軸及其它傳動(dòng)件（齒輪，傳動(dòng)軸等）的尺寸；確定切削功率，用以選擇主傳動(dòng)電動(dòng)（一般指動(dòng)力箱）功率，通過查表計(jì)算如下：切削力： =263.2 軸向力 1255N 切削扭矩： =103.3扭矩 3.71 N .M 切削功率： =3.4功率 0.28KW 式中： HB布氏硬度 F切削力（N） D鉆頭直徑（mm） f每轉(zhuǎn)進(jìn)給量（mm/r） T切削扭矩(Nmm) V切削速度（m/min） P切削功率(kw)2.3 進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足一下幾個(gè)條件首先就是必須保證工件定位可靠的可靠性，為了使工件、鉆頭保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)要求的鉆頭，去選擇合適的定位機(jī)構(gòu)。再者就是要有足夠的強(qiáng)度和剛度除了受到工件、工具的重量，還要受到本身的重量，還受到焊接槍在運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的慣性力和振動(dòng)的影響，沒有足夠的強(qiáng)度和剛度可能會(huì)發(fā)生折斷或者彎曲變形，所以對(duì)于受力較大的進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計(jì)算是非常必要的。最后要盡可能做到具有一定的通用性 如果可以，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件變換的問題。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的零件，為滿足這些要求，可將制成組合式結(jié)構(gòu)，迅速更換不同的部件及附件來擴(kuò)大機(jī)構(gòu)的使用范圍。電動(dòng)機(jī)齒輪傳動(dòng)滾珠絲杠主軸箱工作臺(tái) 第3章 專用鉆床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1常見絲杠支承方式表 3-1滾珠絲桿副支承支承方式簡(jiǎn)圖特點(diǎn)一端固定一端自由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低設(shè)計(jì)時(shí)盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。一端固定一端游動(dòng)需保證螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長(zhǎng)度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合，在受力較大時(shí)還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時(shí)多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。兩端固定只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會(huì)受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高。可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和工藝都比較困難，這種裝置適用于對(duì)剛度和位移精度要求較高的場(chǎng)合。3.2 脈沖當(dāng)量選擇由已知設(shè)計(jì)參數(shù)：進(jìn)給量f=0.2mm/r、切削速度v=18m/min功率 0.28KW 初選三相電機(jī)，按三相六拍工作時(shí)，步矩角=0.75,初定脈沖當(dāng)量=0.005mm/p3.3滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算（1）.滾珠循環(huán)方式由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表5-1查得,選擇外循環(huán)插管式（2）.軸向間隙預(yù)緊方式預(yù)緊目的在于消除滾珠螺旋傳動(dòng)的間隙,避免間隙引起的空程,從而提高傳動(dòng)精度.由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表5-2查得,采用雙螺母墊片預(yù)緊方式。2）滾珠絲杠副直徑和基本導(dǎo)程系列由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表5-3查得,3.4滾珠絲杠副的載荷計(jì)算工作負(fù)載是指機(jī)床工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進(jìn)給牽引力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算。選定導(dǎo)軌為滑動(dòng)導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.11.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為其等效載荷按下式計(jì)算（式中取，）fw-負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw=1.2）ft-溫度系數(shù)（查表：取ft=1）fh-硬度系數(shù)（查表：取fh =1）fa-精度系數(shù)（查表：取fa =1）fk-可靠性系數(shù)（查表：取fk =1）Fm-等效負(fù)載nz-等效轉(zhuǎn)速Th -工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h由上式計(jì)算得Car=17300N采用絲杠直徑40mm,導(dǎo)程為5mm 計(jì)算得出Ca=Car=17.3KN,則Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN公稱直徑Ph=12mm則選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)預(yù)緊滾珠絲桿副，絲桿的型號(hào)為FFZD40103。滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計(jì)算如下表名稱計(jì)算公式結(jié)果公稱直徑40mm螺距mm接觸角鋼球直徑4.175mm螺紋滾道法向半徑1.651mm偏心距0.04489mm螺紋升角螺桿外徑39.365mm螺桿內(nèi)徑36.788mm螺桿接觸直徑37.755mm螺母螺紋外徑34.212mm螺母內(nèi)徑（外循環(huán)）30.7mm3.5傳動(dòng)效率計(jì)算絲杠螺母副的傳動(dòng)效率為：式中：=10，為摩擦角；為絲杠螺旋升角。3.6穩(wěn)定性驗(yàn)算絲杠兩端采用止推軸承時(shí)不需要穩(wěn)定性驗(yàn)算。3.6 剛度驗(yàn)算滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm)Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計(jì)算絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計(jì)。導(dǎo)程變形總誤差為E級(jí)精度絲杠允許的螺距誤差 =15m/m。3.7 滾珠絲杠精度等級(jí)確定（1）.絲杠有效行程 由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表5-4查得le=20 mm導(dǎo)軌總長(zhǎng)Lu =210+120+20=350mm 所以絲杠總長(zhǎng)Lv =350-20=330mm（2）.精度等級(jí) 根據(jù)有效行程內(nèi)的平均行程允許偏差 ep=0.01/300350103=11.7查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表5-5得 精度等級(jí)為T34）滾珠絲杠副支承形式選擇滾珠絲杠主要承受軸向載荷,應(yīng)選用運(yùn)轉(zhuǎn)精度高,軸向剛度高、摩擦力距小的滾動(dòng)軸承.滾珠絲杠副的支承主要約束絲杠的軸向串動(dòng),其次才是徑向約束。由樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表5-6查得,采用一端固定一端游動(dòng)(F-S)支承形式.5）滾珠絲杠副的選擇高速或較高轉(zhuǎn)速情況 按額定動(dòng)負(fù)荷CCj選擇滾珠絲杠副Cj=(Fefw)/(fhftfafk)(60Lhne)/(106)1/3式中 Cj-滾珠絲杠副的計(jì)算軸向動(dòng)負(fù)荷(N) Fe-絲杠軸向當(dāng)量負(fù)荷(N)，取進(jìn)給抗力和摩擦力之和的一半. Fe=(120+0.06120)/2=63.6N ne-絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速(r/min). ne=250r/min. Lh-絲杠工作壽命(h). 查考樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表5-7得Lh=15000 h. ft-溫度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表5-8,得ft=0.70. fa-精度系數(shù). 查樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)樓應(yīng)侯、潘曉彬、鄭堤、崔玉國(guó)、胡利永等編.機(jī)械電子工程專業(yè)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表5-9得fa=1.0 fw-負(fù)載性質(zhì)系數(shù). 查2表5-10得fw=0.95 fh-硬度系數(shù).查2表5-11得fh=1.0 fk-可靠性系數(shù).查2表5-12得fk=0.21.計(jì)算得Caj=2.5N表3-1-1各類機(jī)械預(yù)期工作時(shí)間Lh表3-1-2精度系數(shù)fa表3-1-3可靠性系數(shù)fk表3-1-4負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fw6）滾珠絲杠副校核（1）.臨界壓縮負(fù)荷 對(duì)于一端軸向固定受壓縮的滾珠絲杠,應(yīng)進(jìn)行壓杠穩(wěn)定性校核計(jì)算.不發(fā)生失穩(wěn)的最大壓縮負(fù)荷稱為臨界壓縮負(fù)荷,用Fn表示Fn=3.41010(f1d24)(L02) K1式中 L0-最長(zhǎng)受壓長(zhǎng)度.取400 mm f1-絲杠支承方式系數(shù), F-S取2d2-絲杠螺紋底徑,查43-32取17.6 mmk1 安全系數(shù)，取1/3Fn=13593NFmax（2）.臨界轉(zhuǎn)速ncr=9910(f22d2)/Lc2式中 f2-絲杠支承方式系數(shù),F-S取3.927. Lc -臨時(shí)轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度. Lc =0.5m. d2-絲杠螺紋底徑,取17.6mmncr= 10758.9r/min nmax取,同時(shí)驗(yàn)算絲杠另一個(gè)臨界值d0n=20833=7500 =2KtT1（u1）(ZHZE)2/dauH2(1/3)1).試選Kt=1.6, 查表可得材料彈性影響系數(shù)ZE189.8MPa2).查機(jī)械設(shè)計(jì)教材，選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.433, 選取齒寬系數(shù)d0.3，3). 查表得a10.78，a2 0.85，則aa1+a2 1.634).應(yīng)力循環(huán)系數(shù)取j=1， 所以： N1=60n2jLh=6015001(2830015)6.480109 N2=N1/u=6.480109/2.13.081095）.查表得接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.85,KHN2=0.89,6).查表得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1=600MPa,大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim2=550MPa,7).計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力：取失效概率為1%，取安全系數(shù)S=1, H1KHN1Hlim1/S=0.85600/1510MPaH2KHN2Hlim2/S=0.87550/1489.5MPaH=H1+H2)/2=499.75 MPa8) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：T1=95.5105Px/nx=95.51050.00594/1500=37.82N.mm（2） 計(jì)算 1）.試算小齒輪分度圓直徑d1t21.644.1213.083/（0.31.6301.25）（2.433189.8/494.25）2）（1/3）6.94mm ，取d1t=7.0mm2).計(jì)算圓周速度 v=d1tn1/(601000)0.55m/s3).計(jì)算齒數(shù)b及模數(shù)mnt： b=dd1t=0.372.1mmmnt=d1tcos/Z1=7/20=0.34 h=2.25mnt=2.250.34mm =0.76 mmb/h=2.1/0.76=2.84).縱向重合度0.318dZ1tan=0.3180.320tan14o=0.485).計(jì)算載荷系數(shù)K,查課本得使用系數(shù)KA=1.25,根據(jù)v=0.033 m/s ,7級(jí)精度，查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.01,由b/h=2.8,查得KH=KF=1.2,故載荷系數(shù)K=KAKvKHKF=1.251.011.21.21.696）.分度圓直徑d1=d1t(K/Kt)(1/3)=7（1.69/1.6）（1/3）=7.13 mm7).計(jì)算模數(shù)mn=d1cos/Z1=7.13cos14o/20=0.35 mm(3）按齒輪彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)mn=(2KT2YCOS2/dZ12)(YFYS/F)(1/3)1）計(jì)算載荷系數(shù)，K=KAKvKFKF=1.251.011.21.21.692）根據(jù)縱向重合度0.48，查表得螺旋角影響系數(shù)Y=0.913）計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)Zv1=Z1/cos3=20/cos314o=21.24）查得,YFa1=2.763,YSa1=1.592,YFa2=2.375,YSa2=1.672因?yàn)樾↓X輪彎曲極限強(qiáng)度FE1=500MPa,大齒輪FE2380MPa,查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85,KFN2=0.87,取安全系數(shù)S=1.1，則F1KHN1FE1/S=386MPaF2KHN2FE1/S304MPa5）計(jì)算大、小齒輪YFa1 YSa1/F1并加以比較YFa1 YSa1/F12.7631.562/386=0.0112YFa2YSa2/F2=2.3751.672/3040.013比較后取大齒輪數(shù)據(jù)6）設(shè)計(jì)計(jì)算mn=21.6937.820.910.013(cos14)2/（0.32021.63）（1/3）0.187m 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得法面模數(shù)mn大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算得法面模數(shù)，取mn2 mm，已可滿足彎曲強(qiáng)度，但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度齒輪幾何尺寸計(jì)算中心距 a=( Z1+Z2)mn/(2cos)=(52+62)2/（2cos14o）63.9 mm 所以圓整為64 mm按圓整后的中心距修正螺旋角arccos(Z1+Z2)mn/2a=arcos(52+62)2/(264) =14.36 o 3.11等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算(不計(jì)傳動(dòng)效率)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jg1=(d14b1)32=441.47.8510-332 =0.27610-4 kg.m2式中 鋼密度=7.8510-3 kg/cm3同理,大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jg2=0.49810-4 kg.m2 查設(shè)計(jì)手冊(cè)初選滾珠絲杠 CDM2005-3, 得到 d0=20 mm ,l=430 mm滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js=(d04l)32=(2)4437.8510-33210-4 kg.m2 =0.5310-4 kg.m2工作重物為12kgJw=(w/g)(tsP2) 2 i2 =12(0.52) 2 2.1210-4 kg.m2 =1.7110-6 kg.m2因此,折算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je Je= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) i2 =0.80710-4 kg.m2 3.12 電機(jī)的計(jì)算選型查設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(4-7)(4-9)可知:Mt=(Fx+Fy) tsP/(2i)= (180+0.06140)0.005/(20.82.1)=0.089N.mMf= (Ff tsP)/(2i)= (W tsP)/(2i)=(0.0612100.005)/ (20.82.1)=0.00341N.m上述式中 絲杠預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率取 =0.8為摩擦系數(shù)取0.06nmax=(vmax/)(/360)=(2000/0.005) (0.75/360)=833 r/min取起動(dòng)加速時(shí)間t=0.03 s初選60BYG350DL-SASSML-0451 的電動(dòng)機(jī)M0=(Fp0tsp)(2i) (1-02)= (1/3Fxtsp)(2i) (1-02) =(1/3) 1800.006(20.82.1) 1-0.92=0.054 N.m式中 Fp0滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷,一般取Fy/3 Fy進(jìn)給牽引力(N) 0滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率,取0.9J=( Je +Jm)= 0.80710-4 kgm2+0.310-4 kg.m2 =1.10710-4 kg.m2Ma=( Je +Jm)( 2nmax)/(60t)= 0.2926N.mMq= Ma+ Mf+ M0=0.2926+0.00341+0.054=0.35N.mMc= Mt+ Mf+ M0=0.089+0.00341+0.054=0.1464N.mMk= Mf+ M0=0.00341+0.054=0.05741N.m從計(jì)算可知, Mq最大,作為初選電動(dòng)機(jī)的依據(jù).Mq/ Mjmax=0.4460.9 滿足所需轉(zhuǎn)矩要求.4)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性校驗(yàn)Je /Jm4 說明慣量可以匹配綜上所述,可選60BYG350DL-SASSML-0451 的電機(jī)3.13 聯(lián)軸器選擇聯(lián)軸器除聯(lián)接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩外，有些還有補(bǔ)償兩軸因制造和安裝誤差而造成的軸線偏移的功能，以及具有緩沖、吸振、安全保護(hù)等功能。因此要根據(jù)傳動(dòng)裝置工作要求來選定聯(lián)軸器類型。本方案選擇套筒聯(lián)軸器。第4章 底座設(shè)計(jì)4.1 對(duì)底座結(jié)構(gòu)的基本要求機(jī)床的底座是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)支持件，一般用來放置導(dǎo)軌，主軸箱等重要部件。為了滿足數(shù)控機(jī)床高速度、高精度、高生產(chǎn)率、高可靠性和高自動(dòng)化程度的要求，與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床應(yīng)有高的靜、動(dòng)剛度，更好的抗振性。 一、對(duì)數(shù)控機(jī)床的底座主要在以下3 個(gè)方面提出了更高的要求： 1很高的精度和精度保持性 在底座上有很多安裝零部件的加工面和運(yùn)動(dòng)部件的導(dǎo)軌面，這些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要長(zhǎng)時(shí)間保持。另外，機(jī)床在切削加工時(shí)，所有的靜、動(dòng)載荷最后往往都傳到底座上，所以，底座受力很復(fù)雜。為此，為保證零部件之間的相互位置或相對(duì)運(yùn)動(dòng)精度，除了滿足幾何尺寸位置等精度要求外，還需要滿足靜、動(dòng)剛度和抗振性、熱穩(wěn)定性、工藝性等方面的技術(shù)要求。 2應(yīng)具有足夠的靜、動(dòng)剛度 靜剛度包括：底座的自身結(jié)構(gòu)剛度、局部剛度和接觸剛度，都應(yīng)該采取相應(yīng)的措施，最后達(dá)到有較高的剛度-質(zhì)量比。動(dòng)剛度直接反映機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能，為了保證機(jī)床在交變載荷作用下具有較高的抵抗變形的能力和抵抗受迫振動(dòng)及自激振動(dòng)的能力，可以通過適當(dāng)?shù)脑黾幼枘?、提高固有頻率等措施避免共振及因薄壁振動(dòng)而產(chǎn)生噪音。 3較好的熱穩(wěn)定性 對(duì)數(shù)控機(jī)床來說，尤其是高精度數(shù)控機(jī)床，熱穩(wěn)定性已經(jīng)成了一個(gè)突出問題，必須在設(shè)計(jì)上要做到使整機(jī)的熱變形小，或使熱變形對(duì)加工精度的影響小。熱變形將直接影響機(jī)架的原有的精度，從而是產(chǎn)品精度下降，如立軸矩臺(tái)平面磨床，立柱前臂的溫度高于后臂，是立柱后傾，其結(jié)果磨出的零件工作表面與安裝基面不平行；有導(dǎo)軌的機(jī)架，由于導(dǎo)軌面與底面存在溫差，在垂直平面內(nèi)導(dǎo)軌將產(chǎn)生中凸或中凹熱變形。因此，底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使熱變形盡量小。 二、底座機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求 ： 1） 在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)要求輕、成本低； 2） 抗振性好。把受迫振動(dòng)振幅限制在允許范圍內(nèi)； 3） 躁聲??； 4） 溫度場(chǎng)分布合理，熱變形對(duì)精度的影響??； 5） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機(jī)械加工； 6） 結(jié)構(gòu)力求便于安裝與調(diào)整，方便修理和更換零部件； 7） 有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)軌面受力合理、耐磨性良好； 8） 造型好。使之既適用經(jīng)濟(jì)，有美觀大方。4.2 底座的結(jié)構(gòu)根據(jù)數(shù)控機(jī)床的類型不同，底座的結(jié)構(gòu)形式有各種各樣的形式。例如數(shù)控車床底座的結(jié)構(gòu)形式有平底座、斜底座、平底座斜導(dǎo)軌和直立底座等四種類型。 另外，斜底座結(jié)構(gòu)還能設(shè)計(jì)成封閉式斷面，這樣大大提高了底座的剛度。數(shù)控鉆高精度數(shù)控立式萬能磨床、加工中心等這一類數(shù)控機(jī)床的底座結(jié)構(gòu)與數(shù)控車床有所不同。例如加工中心的底座有固定立柱式和移動(dòng)立柱式兩種。前者一般使用于中小型立式和臥式加工中心，而后者又分為整體T形底座和前后底座分開組裝的T形底座。所謂T形底座是指底座是由橫置的前底座和與它垂直的后底座組成。整體式底座，剛性和精度保持性都比較好，但是卻給鑄造和加工帶來很大不便，尤其是大中型機(jī)床的整體底座，制造時(shí)需要大型設(shè)備。而分離式T形底座，鑄造工藝性和加工工藝性都大大改善。前后底座聯(lián)接處要刮研，聯(lián)接時(shí)用定位鍵和專用定位銷定位，然后再沿截面四周， 用大螺栓固緊。這樣聯(lián)接成的底座，再剛度和精度保持性方面，基本能滿足使用要求。這種分離式T形底座適用于大中型臥式加工中心。 由于底座導(dǎo)軌的跨距比較窄，致使工作臺(tái)在橫溜板上移動(dòng)到達(dá)行程的兩端時(shí)容易出現(xiàn)翹曲，將會(huì)影響加工精度，為了避免工作臺(tái)翹曲，有的立式加工中心增設(shè)了輔助導(dǎo)軌。 2底座的截面形狀 數(shù)控機(jī)床的底座通常為箱體結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)底座的截面形狀及尺寸，采用合理布置的肋板結(jié)構(gòu)可以在較小質(zhì)量下獲得較高的靜剛度和適當(dāng)?shù)墓逃蓄l率。底座肋板一般根據(jù)底座結(jié)構(gòu)和載荷分布情況，驚醒設(shè)計(jì)，滿足底座剛度和抗振性要求，V形肋板有利于加強(qiáng)導(dǎo)軌支承部分的剛度；斜方肋和對(duì)角肋結(jié)構(gòu)可明顯增強(qiáng)底座的扭轉(zhuǎn)剛度，并且便于設(shè)計(jì)成全封閉的箱形結(jié)構(gòu)。 此外，還有縱向肋板和橫向肋板，分別對(duì)抗彎剛度和抗扭剛度有明顯效果；米字形肋板和井字形肋板的抗彎剛度也較高，尤其是米字形肋板更高。 3底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 底座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免薄壁結(jié)構(gòu)并簡(jiǎn)化表面形狀。根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體情況及要求，底座的結(jié)構(gòu)設(shè)如下：4.底座的設(shè)計(jì)步驟 根據(jù)底座上的零件、部件情況和設(shè)計(jì)要求初步確定底座及機(jī)架的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，以保證機(jī)架內(nèi)外的零件能正常運(yùn)動(dòng) 根據(jù)產(chǎn)品批量和結(jié)構(gòu)形式初步確定制造方法，合理選擇材料，單件小批量的非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備機(jī)架可以采用焊接和鍛喊結(jié)合的機(jī)架 分析承載情況，根據(jù)承載情況合理的選擇截面形式，確定主要設(shè)計(jì)參數(shù) 畫出結(jié)構(gòu)草圖，進(jìn)行必要的強(qiáng)度和剛度計(jì)算和尺寸修改 對(duì)重要設(shè)備的底座，還應(yīng)該進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和模擬實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。結(jié) 論本課題開發(fā)研制的專用鉆床。在開發(fā)過程中，針對(duì)加工過程中存在的難點(diǎn)進(jìn)行了攻關(guān)。在鉆床的設(shè)計(jì)上采取了一系列的措施，保證了被加工孔的加工精度。主要完成了以下工作：設(shè)計(jì)的專用鉆床，保證了加工孔的生產(chǎn)質(zhì)量，提高工效3倍以上，加工成本大幅下降。本項(xiàng)工作還有許多值得完善的地方，例如：裝夾、定位由人工完成，效率較低；自動(dòng)化程度有待提高等問題。這些問題通過改進(jìn)設(shè)計(jì)、完善工藝、現(xiàn)場(chǎng)的不斷實(shí)踐、總結(jié)，必將會(huì)得到進(jìn)步的提高。致 謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)涉及的全部?jī)?nèi)容是在指導(dǎo)老師XX老師的悉心指導(dǎo)下完成的。感謝XX老師給我提供了良好的課題條件，讓我從這次設(shè)計(jì)中得到了很好的鍛煉。同時(shí)也為我講解了不少難題，在此特別感謝。XX老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的作風(fēng)和認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從XX老師處我們學(xué)到了許多的專業(yè)知識(shí)和相關(guān)的設(shè)計(jì)方法。在此，謹(jǐn)向恩師表示最真誠(chéng)的感謝。感謝他在百忙中給予我們的指導(dǎo)。當(dāng)然還有本院其他老師的指導(dǎo)。在此我向各位給予我指導(dǎo)的老師表示忠心的感謝和致敬。最后還要感謝的，也是最應(yīng)該感謝的是XX學(xué)院，學(xué)院讓我們有這么好的學(xué)習(xí)條件。通過四年的學(xué)習(xí)，讓我們成為有用之才；也是學(xué)院給我們了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，讓我們?cè)谧呱瞎ぷ鲘徫恢昂煤玫腻憻捯幌伦约?。參考文獻(xiàn)1 謝家瀛 .專用鉆床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) .北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1992 2 金振華 .專用鉆床及其調(diào)整與應(yīng)用 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