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文檔簡介
1、<p><b> 畢 業(yè) 論 文</b></p><p> AD系列普通車床改數(shù)控電氣部分設(shè)計(jì)</p><p> 函授站點(diǎn): 中化 </p><p> 專 業(yè): 機(jī)電一體化 </p><p
2、> 指導(dǎo)教師: </p><p><b> 2011年10月</b></p><p> AD系列普通車床改數(shù)控電氣部分設(shè)計(jì)</p><p> 摘要 近年來,隨著國內(nèi)各種類型機(jī)床改造需求的擴(kuò)大,機(jī)床改造已經(jīng)逐漸形成了一個(gè)產(chǎn)業(yè),其中絕大部分是數(shù)控機(jī)床的改造,我們
3、畢業(yè)設(shè)計(jì)組選擇了AD系列數(shù)控車床設(shè)計(jì)作為我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題。</p><p> 設(shè)計(jì)的目的:提高機(jī)床的自動(dòng)化程度,提高機(jī)床生產(chǎn)率及加工成品的一致性,降低操作者勞動(dòng)5度,降低機(jī)床對操作者熟練程度的要求。以數(shù)控機(jī)床為代表的數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)與應(yīng)用水平反映了一個(gè)國家的機(jī)械與電子工業(yè)水平。它的推廣應(yīng)用對提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量,改變我國制造技術(shù)落后的狀況起著極為重要的作用。</p><p> 改造
4、后機(jī)床達(dá)到的效果:易于操作,加工效率高,廢品率低,成品一致性好;能實(shí)現(xiàn)螺紋及形狀復(fù)雜的軸套類零件的加工,能夠進(jìn)行切槽、鉆、擴(kuò)等加工,尤其適用于多品種,中小批量的輪番加工,工藝適應(yīng)性5。 </p><p> 關(guān)鍵詞 數(shù)控機(jī)床 變頻器 CNC PLC </p><p><b> 目 錄</b></p><p>
5、1 AD系列數(shù)控機(jī)床的整體設(shè)計(jì)……………………………………………………5</p><p> 2 電氣原理圖的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………5</p><p> 2.1課題的概述和設(shè)計(jì)要求……………………………………………………………5</p><p> 2.2電氣控制線路圖的設(shè)計(jì)……………………………………………………………6<
6、;/p><p> 3 數(shù)控系統(tǒng)選用……………………………………………… ………………………7</p><p> 3.1數(shù)控系統(tǒng)的類型……………………………… ………………… ………………7</p><p> 3.2 FANUC 0i-A系統(tǒng)……………………………………………………………… …8</p><p> 4 數(shù)控機(jī)床5電控制…
7、………………………………… ……………………………9</p><p> 4.1變頻器和變頻電機(jī)…………………………………………………………………9</p><p> 4.2控制設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………11</p><p> 5 數(shù)控機(jī)床的邏輯控制………………………………………………………………12</p>
8、<p> 5.1主軸S功能和刀臺(tái)控制……………………………………………………………12</p><p> 5.2方式選擇 MD1 MD2 MD3……………………………………………………………16</p><p> 5.3數(shù)控機(jī)床用PC………………………………………………………………………16</p><p> 5.4操作面板………………………………
9、……………………………………………17</p><p> 6 電器元件選擇…………………………………………………………………………18</p><p> 6.1功能要求和參數(shù)計(jì)算………………………………………………………………18</p><p> 6.2接觸器的選用和熔斷器選擇………………………………………………………19</p><p
10、> 6.3保護(hù)電動(dòng)機(jī)斷路器選用……………………………………………………………20</p><p> 6.4電動(dòng)機(jī)電子滅弧器選用……………………………………………………………20</p><p> 6.5控制回路隔離變壓器選擇…………………………………………………………20</p><p> 6.6導(dǎo)線的選擇和總空氣開關(guān)選擇………………………………………
11、……………20</p><p> 結(jié)論……………………………………………………………………… …………………22</p><p> 致謝………………………………………… ………………………………………………23</p><p> 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………24</p><p><b&g
12、t; 引 言</b></p><p> 隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展,機(jī)械制造技術(shù)有了深刻的變化。由于社會(huì)對產(chǎn)品多樣化的需求更加5烈,多品種、中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加,采用傳統(tǒng)的普通加工設(shè)備已難于適應(yīng)高效率、高質(zhì)量、多樣化的加工要求。這就要求加工設(shè)備具有很高的效率和加工精度。而傳統(tǒng)的普通機(jī)床已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要。</p><p> 隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和自
13、動(dòng)控制的飛速發(fā)展,信息處理功能不斷提高,而價(jià)格不斷降低。這使得計(jì)算機(jī)在機(jī)械制造行業(yè)得以廣泛的應(yīng)用。以數(shù)控技術(shù)為核心的現(xiàn)代制造技術(shù),以微電子技術(shù)為基礎(chǔ),將傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起,構(gòu)成高度信息化、高柔性、高度自動(dòng)化的制造系統(tǒng)。微機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床以其高精度、高柔性及適合加工復(fù)雜零件的性能,正好滿足當(dāng)今市場競爭的需要。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng),簡稱CNC,可根據(jù)不同的指令進(jìn)行不同方式的信息處理。由于計(jì)
14、算機(jī)可完全由軟件來確定數(shù)字信息的處理過程,從而使機(jī)床具有真正的柔性,并可以處理硬件邏輯電路難以處理的復(fù)雜信息,使機(jī)床控制系統(tǒng)的性能和可靠性大大提高。</p><p> 以數(shù)控機(jī)床為代表的數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)與應(yīng)用水平反映了一個(gè)國家的機(jī)械與電子水平。它的推廣應(yīng)用對于提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量,改變我國制造技術(shù)落后的狀況起著極為重要的作用。</p><p> 數(shù)控車床是數(shù)控加工中應(yīng)用得最多的數(shù)控機(jī)
15、床之一。AD系列普及型數(shù)控車床是在普通車床的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種大功率高效率普及型數(shù)控機(jī)床,可實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)軸控制。能作直線和圓弧插補(bǔ),在加工過程中可以自動(dòng)變速。由于是數(shù)字控制且?guī)в蟹答佈b置,具有很高的加工精度。</p><p> 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)制造與自動(dòng)化》專業(yè)的教學(xué)大綱要求:本專業(yè)學(xué)生熟悉掌握機(jī)電一體化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、使用與維修,培養(yǎng)學(xué)生能夠靈活運(yùn)用所學(xué)專業(yè)課程知識(shí),具有研究開發(fā)的綜合素質(zhì)與能力;這次畢業(yè)設(shè)計(jì)以A
16、D系列數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)作為課題,是我們綜合運(yùn)用所學(xué)的基本知識(shí)、基礎(chǔ)理論和基本技能,提高分析解決實(shí)際問題的能力,提高實(shí)際工作能力的檢驗(yàn)。是對四年學(xué)習(xí)的一個(gè)總結(jié)與回顧。</p><p> 設(shè)計(jì)要求:本機(jī)床采用FANUC0i數(shù)控系統(tǒng),主傳動(dòng)采用變頻分段無級(jí)調(diào)速。主電機(jī)功率11KW,配置液壓尾座、自動(dòng)潤滑、冷卻、照明等。</p><p> 本篇主要論述了AD系列數(shù)控機(jī)床的電氣設(shè)計(jì)部分,其中包括系統(tǒng)
17、選用、機(jī)床的電氣原理設(shè)計(jì)、機(jī)床邏輯控制設(shè)計(jì)、機(jī)床5電控制設(shè)計(jì)、機(jī)床電器元件選用等。</p><p> 1 AD系列數(shù)控機(jī)床的整體設(shè)計(jì)</p><p> 本機(jī)床包括床身、主軸箱、床鞍、Z向進(jìn)給、尾座等幾大部分;底座為分體式結(jié)構(gòu),剛性足工藝性好;機(jī)床縱向和橫向?qū)к壔瑒?dòng)副采用TSF貼塑對淬硬磨削導(dǎo)軌配合,摩擦系數(shù)小,動(dòng)、靜摩擦系數(shù)之差不大,使之具有良好的耐磨性及可靠的伺服性;滑動(dòng)面及滾珠絲杠
18、副采用集中自動(dòng)潤滑系統(tǒng),確保了各重要部件都能工作在良好的潤滑狀態(tài)之下;自動(dòng)刀架為立式四工位,免抬起,換刀快速方便;卡盤為手動(dòng)也可選用電動(dòng)卡盤或液壓卡盤;尾座為液壓尾座;采用半防護(hù)裝置,裝卸工件方便,操作面板可根據(jù)需要很方便地調(diào)整位置。機(jī)床整體布置如圖1所示。</p><p><b> 圖1機(jī)床的總體設(shè)計(jì)</b></p><p> 2 電氣原理圖的設(shè)計(jì)</p&
19、gt;<p> 2.1課題的概述和設(shè)計(jì)要求</p><p> AD系列數(shù)控機(jī)床是屬于半閉環(huán)控制系統(tǒng)的全功能數(shù)控車床,適宜加工各種形狀復(fù)雜的軸、套、盤類零件,如車削內(nèi)、外圓柱面、圓錐面、圓弧面、端面、切槽、倒角、車螺紋等的加工;AD系列數(shù)控機(jī)床是具有銑削功能的高速、高效車削中心。除具有車削功能外,還增加了鉆、銑功能,能夠?qū)崿F(xiàn)X、Z、C三軸聯(lián)動(dòng),可用于加工各種軸類、盤類零件。能夠滿足黑色金屬及有色金
20、屬高速切削的速度需求,在機(jī)床設(shè)計(jì)中對主軸、床身、床鞍的剛度進(jìn)行合理分配,大大提高了整機(jī)的剛性,確保了高速運(yùn)轉(zhuǎn)、重切時(shí)的穩(wěn)定性,本機(jī)床的加工精度為IT5~I(xiàn)T6,表面粗糙度Ra0.4μm(有色金屬),Ra0.8μm(黑色金屬)。作為通用性極高的機(jī)床,特別適用于精密零件的加工。工藝適應(yīng)性5,效率高,精度高,質(zhì)量高??蓮V泛適用于汽、摩、火車輪彀、活塞、軸套等配件、航天、家電、液壓氣動(dòng)、軸承、儀器儀表、五金閥門等制造業(yè)零件的批量加工,是理想的機(jī)
21、械加工設(shè)備。</p><p> 該機(jī)床的最大車削直徑大,工件最大長度長,其主軸運(yùn)動(dòng)的正反轉(zhuǎn)依靠兩組機(jī)械式摩擦片離合器完成,主軸的制動(dòng)采用液壓制動(dòng)器,進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的縱向左右運(yùn)動(dòng)、橫向前后運(yùn)動(dòng)以及快速移動(dòng)都集中有數(shù)控系統(tǒng)控制。對電氣控制的要求是:</p><p> 對于長度較長的工件,為了減少輔助工作時(shí)間,除了配備一臺(tái)主軸運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以外,還應(yīng)配備一臺(tái)刀架快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)。</p>
22、<p> 對于機(jī)床在加工時(shí)容易產(chǎn)生高溫,故需配備一臺(tái)普通冷卻泵電動(dòng)機(jī)。</p><p> 要有一套局部照明裝置以及一定工作狀態(tài)指示燈。</p><p> 2.2 電氣控制線路圖的設(shè)計(jì)</p><p> 2.2.1主電路設(shè)計(jì)</p><p> (1)主電動(dòng)機(jī)M1的功率較大,超過10KW,但是由于機(jī)床加工是在機(jī)器啟動(dòng)后才進(jìn)行
23、,并且要求主軸的正反轉(zhuǎn),在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮到過載保護(hù),并采用電流表PA監(jiān)視車銷量,就可以得到控制M1的主電路圖如附圖所示。</p><p> ?。?)對于在加工過程中產(chǎn)生的摩擦問題我在設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)了一套液壓潤滑系統(tǒng),該系統(tǒng)需要兩個(gè)電動(dòng)機(jī)M2和M6,電路圖如附圖所示。</p><p> ?。?)冷卻泵電動(dòng)機(jī)M3和刀臺(tái)快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M4的功率都較小,額定電流分別為0.43A和2.7A,為了節(jié)省成本
24、和縮小體積,可以分別用交流中間繼電器KA3和KA4替代接觸器進(jìn)行控制。由于刀臺(tái)快速移動(dòng)電動(dòng)機(jī)M3短時(shí)間的運(yùn)行,故不設(shè)過載保護(hù),這樣可以得到控制M3和M4的主電路圖。電路圖如附圖所示。</p><p> 2.2.2控制電源的設(shè)計(jì)</p><p> 考慮到安全可靠和滿足照明及指示燈的要求,采用控制變壓器TC供電,其一次側(cè)為交流380V,二次側(cè)為交流220V、110V和24V,其中220V提
25、供給接觸器KM和中間繼電器KA的線圈,24V交流安全電壓提供給局部照明電路和提供給指示燈電路,具體接線如附圖所示。</p><p> 2.2.3.局部照明與信號(hào)指示燈電路的設(shè)計(jì)</p><p> 在操作面板上設(shè)有交流電流表PA,它被串聯(lián)在主軸電動(dòng)機(jī)的主回路中,用以指示機(jī)床的工作電流。這樣可根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作情況調(diào)整切削用量使主電動(dòng)機(jī)盡量滿載運(yùn)行,以提高生產(chǎn)效率,并能提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。照
26、明燈EL、燈開關(guān)SA和照明回路熔斷器FU,具體電路見圖。</p><p><b> 3 數(shù)控系統(tǒng)選用</b></p><p> 3.1數(shù)控系統(tǒng)的類型</p><p> 市場上系統(tǒng)廠家很多,性能大同小異。按控制環(huán)路分有開環(huán)、閉環(huán)和半閉環(huán)系統(tǒng)。按功能分有高中低三類。主要生產(chǎn)廠商有:日本FANUC公司、西門子公司、廣州數(shù)控、華中數(shù)控等。<
27、/p><p> 3.1.1開環(huán)步進(jìn)伺服系統(tǒng)</p><p> 此類數(shù)控系統(tǒng)以其價(jià)格低廉、維修相對簡單的優(yōu)點(diǎn)在市場上得到廣泛的應(yīng)用。由于其存在驅(qū)動(dòng)力矩小、無位置反饋、精度低等原因而退出數(shù)控系統(tǒng)的主流地位。在我國,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用此類系統(tǒng)。系統(tǒng)分辨率0.01。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下:</p><p> 圖2開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)工作原理</p><p>
28、3.1.2閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)</p><p> 此類數(shù)控系統(tǒng)以其價(jià)格低廉、維修相對簡單的優(yōu)點(diǎn)在市場上得到廣泛的應(yīng)用。由于其存在驅(qū)動(dòng)力矩小、無位置反饋、精度低等原因而退出數(shù)控系統(tǒng)的主流地位。在我國,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床一般采用此類系統(tǒng)。系統(tǒng)分辨率0.01。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下:</p><p> 圖3閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)工作原理</p><p> 3.1.3半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)</p>
29、;<p> 半閉環(huán)控制方式其閉環(huán)環(huán)路短,位置反饋元件安裝在伺服電機(jī)軸端或絲杠端部,用于精確控制電機(jī)的角度和速度,然后通過精密滾珠絲杠等機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)直線位移。因此可獲得穩(wěn)定的控制特性,達(dá)到較高的位置增益而不產(chǎn)生振蕩。傳動(dòng)鏈上有規(guī)律的誤差可以達(dá)到補(bǔ)償,如螺距及間隙誤差等。因此半閉環(huán)控制得到廣泛的應(yīng)用。系ss統(tǒng)分辨率0.001??刂平Y(jié)構(gòu)示意圖如下:</p><p> 圖3半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的工作原理&
30、lt;/p><p> 市場上數(shù)控系統(tǒng)的類型較多,主要有FANUC 0i系列、西門子802系列、三菱50L系列等。根據(jù)價(jià)格合理、技術(shù)先進(jìn)、可靠性高的原則來選擇數(shù)控系統(tǒng)。經(jīng)綜合考慮選用高品質(zhì)、高可靠、高性能價(jià)格比的FANUC 0i數(shù)控系統(tǒng)。系統(tǒng)分辨率0.001,控制軸數(shù)2軸,可控制兩臺(tái)伺服電機(jī)(α6、α12)實(shí)現(xiàn)XZ向插補(bǔ)運(yùn)動(dòng),可車削端面、外園、錐度、圓弧面;主軸接口2軸,可控制變頻器實(shí)現(xiàn)主軸調(diào)速;內(nèi)置PLC簡化了外部
31、接線,提高整機(jī)的可靠性;圖形功能,實(shí)現(xiàn)加工時(shí)刀具軌跡預(yù)覽和模擬,顯示運(yùn)行時(shí)的故障、伺服波形使維修更方便;通過RS232與PC機(jī)相連,實(shí)現(xiàn)加工程序的上傳與下載;配置主軸編碼器能加工多種型式螺紋工件。</p><p> 3.2 FANUC 0i-A系統(tǒng)</p><p> 3.2.1伺服電源容量</p><p> 1.CNC控制單元的電源</p>&l
32、t;p> 控制單元 24VDC±10% 3.5A</p><p> CRT/MDI單元 0.8A</p><p><b> 2.伺服單元的電源</b></p><p> 額定電壓 三相AC220V -15%~+10% ±2Hz</p><p> X向伺
33、服電機(jī)選擇為 α6/2000 1.0KW 電源容量 1.5KVA</p><p> Z向伺服電機(jī)選擇為 α12/2000 2.1KW 電源容量 3.3KVA</p><p> 3.伺服用電源變壓器</p><p> 在一般動(dòng)作條件下系數(shù)取0.6,變壓器容量為:(1.5+3.3)×0.6=2.88 KVA</p><p>
34、 3.2.2外圍設(shè)備 </p><p><b> 1.顯示器</b></p><p> 功能:用來顯示程序、參數(shù)、圖形、診斷并支持機(jī)床的操作</p><p> 控制單元通過視頻電纜、電源電纜與其相連</p><p><b> 2. MDI單元</b></p><p>
35、; 功能:用來輸入加工程序、設(shè)置參數(shù)等數(shù)據(jù)輸入</p><p> 控制單元通過MDI電纜與其相連</p><p> 手搖脈沖發(fā)生器(MPG):</p><p> 它廣泛應(yīng)用于機(jī)床的手動(dòng)軸操作。MPG每轉(zhuǎn)輸出100個(gè)脈沖電信號(hào),信號(hào)分A、B兩路,均為方波信號(hào),其相位差為90度。MPG與CNC通過四根信號(hào)線(+5V 0V A B)相聯(lián)。CNC通過判斷其A、B
36、信號(hào)相位超前或滯后關(guān)系來判斷MPG正反轉(zhuǎn),通過檢測MPG所發(fā)脈沖個(gè)數(shù)來控制坐標(biāo)軸移動(dòng)的距離。</p><p> 4.模擬量輸出接口(主軸控制接口、進(jìn)給軸控制接口)</p><p> 數(shù)控系統(tǒng)可輸出0--±10V的高分辨率模擬量電壓信號(hào),用于控制主軸的轉(zhuǎn)速??刂茊卧c變頻器間模擬量的傳輸使用雙絞屏蔽電纜,且屏蔽層接地。</p><p><b>
37、 5。主軸編碼器</b></p><p> 主軸編碼器與主軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)以獲得與主軸同步的位置信號(hào)。其主要用于螺紋切削、主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)控及主軸準(zhǔn)停等。</p><p> 4 數(shù)控機(jī)床5電控制</p><p> 4.1變頻器、變頻電機(jī)</p><p> 技術(shù)要求:主傳動(dòng)采用變頻分段無級(jí)調(diào)速,變頻調(diào)速范圍 1:3。</p>
38、;<p> 根據(jù)技術(shù)要求,主電機(jī)可采用變頻器或主軸伺服單元進(jìn)行調(diào)速控制。</p><p> 主軸伺服控制:調(diào)速范圍廣全速段機(jī)械特性好,具有速度反饋功能速度穩(wěn)定,能實(shí)現(xiàn)主軸準(zhǔn)停、分度。</p><p> 圖表 1 伺服主軸電機(jī)特性</p><p> 變頻調(diào)速控制:變頻器調(diào)頻范圍一般在1---400Hz,低速段機(jī)械特性較差,在低頻5Hz以下電機(jī)
39、輸出扭矩較小。由于無速度反饋功能速度脈動(dòng)較高。在低速切削時(shí)易產(chǎn)生主軸輸出扭矩不夠和主軸速度下降。從圖表2變頻電機(jī)特性曲線可以看出,變頻電機(jī)在150轉(zhuǎn)(5Hz)以下運(yùn)行時(shí)特性較軟,在150-1500轉(zhuǎn)范圍內(nèi)運(yùn)行扭矩輸出平穩(wěn)。合理選擇電機(jī)的運(yùn)行區(qū)間完全可以滿足技術(shù)要求。根據(jù)要求調(diào)速范圍為1:3,我們選擇電機(jī)的范圍為500—3500轉(zhuǎn),其運(yùn)行區(qū)間被恒扭矩區(qū)完全覆蓋,可以滿足設(shè)計(jì)要求.</p><p> 變頻器具有多種
40、保護(hù)功能和故障顯示功能,如過電壓、欠電壓、過電流、過熱等保護(hù)。能方便與CNC系統(tǒng)連接,實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的變速控制。</p><p> 圖表 2變頻電機(jī)特性曲線</p><p> 由以上分析和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知:變頻電機(jī)選擇為DP160M-4,變頻器選擇為FRN 11 G11S-4,它們的主要技術(shù)參數(shù)如下:</p><p> DP160M-4電機(jī)主要數(shù)據(jù):</p>
41、;<p> 額定電壓三相380V 額定頻率50Hz 功率 11KW 額定轉(zhuǎn)矩 71.90NM 額定電流 22.60A 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)頻范圍5—50Hz 恒功率調(diào)頻范圍 50---200 Hz</p><p> FRN 11 G11S-4變頻器主要數(shù)據(jù):</p><p> 額定容量 11KVA 額定輸出電流 24A 額定輸出頻率50Hz 額定電壓三相<
42、;/p><p> 380V 電源容量 15KVA</p><p> 參數(shù)設(shè)定參看變頻器說明手冊</p><p> 過電流、過載保護(hù)開關(guān)QF1選擇</p><p> 變頻器額定輸出電流 24A</p><p><b> 4.2控制設(shè)計(jì)</b></p><p> 4
43、.2.1變頻器信號(hào)連接</p><p> 富士變頻器為交流變頻調(diào)速裝置,其控制參數(shù)可通過鍵盤、液晶顯示屏進(jìn)行設(shè)定。其外部接線圖如下:</p><p><b> 圖4變頻器的接線圖</b></p><p><b> R S T </b></p><p> 三相380-480V 50Hz交流電源
44、</p><p><b> 11 12</b></p><p><b> 頻率設(shè)定模擬量輸入</b></p><p> FEW REV CM</p><p><b> 正反轉(zhuǎn)控制</b></p><p><b> X1-X9</
45、b></p><p><b> 可選擇功能輸入信號(hào)</b></p><p><b> U V W</b></p><p> 變頻器輸出端子接電機(jī)</p><p> 30A 30B 30C</p><p><b> 總報(bào)警輸出</b><
46、;/p><p> P(+) P(-) THR CM</p><p> 外接制動(dòng)單元,制動(dòng)電阻</p><p><b> Y1-Y4</b></p><p><b> 選擇功能輸出信號(hào)</b></p><p> 4.2.2變頻器控制</p><p>
47、; 變頻器的電源為三相交流380V 50Hz,其輸入經(jīng)斷路器QF2接觸器KM1接入變頻器RST電源輸入端子,經(jīng)變頻器U V W端子輸出到變頻電機(jī)。QF2對變頻器進(jìn)行短路過載保護(hù),KM1在機(jī)床出現(xiàn)緊急停止時(shí)對變頻器進(jìn)行斷電處理。QF2、KM1的輔助觸點(diǎn)引入PLC對其進(jìn)行監(jiān)控。</p><p> 從數(shù)控系統(tǒng)的接口輸出0-10V頻率設(shè)定模擬量,經(jīng)變頻器11 12端子引入,對變頻器輸出頻率進(jìn)行控制,進(jìn)而對電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速
48、度進(jìn)行控制。FEW REV端子對電機(jī)進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制,PLC輸出的正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)經(jīng)中間繼電器接入。FEW 接通電機(jī)正轉(zhuǎn),REV接通電機(jī)反轉(zhuǎn),同時(shí)斷電機(jī)停。X1-X9 Y1-Y4端子可選擇功能輸入出信號(hào)。</p><p> 5 數(shù)控機(jī)床的邏輯控制</p><p> 5.1主軸S功能和刀臺(tái)控制</p><p> 5.1.1主軸S功能</p><p
49、> 本機(jī)床采用四檔無級(jí)變速,利用M接口實(shí)現(xiàn)主軸機(jī)械分段換檔,利用S接口實(shí)現(xiàn)速度控制。根據(jù)ISO M功能代碼的表述,則其控制流程如下:</p><p> 圖6主軸的S功能控制流程</p><p> 1主軸變速過程如下:</p><p> 主軸在變頻電機(jī)的帶動(dòng)下低速正反擺動(dòng),此時(shí)對應(yīng)的換檔油缸得電推動(dòng)變速齒輪進(jìn)行換檔。當(dāng)變速油缸上方的接近開關(guān)給出齒輪到位信
50、號(hào)后,換檔結(jié)束。輸入M03、S100主軸即以100r/min的速度正轉(zhuǎn),輸入M04、S150主軸即以150r/min的速度反轉(zhuǎn),輸入M05主軸停。</p><p> 2主軸速度控制S功能</p><p> 通過數(shù)控系統(tǒng)的模擬量接口來完成。其輸出與主軸速度相對應(yīng)的+10V 到-10V或+10V連續(xù)可調(diào)模擬量,與變頻器結(jié)合實(shí)現(xiàn)主軸速度的控制。</p><p> 3
51、主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止功能</p><p> 使用M功能的M03、M04、M05代碼來實(shí)現(xiàn)。執(zhí)行M03、M04、M05指令時(shí),CNC通知PLC來完成M代碼的譯碼工作,相應(yīng)的輸出口動(dòng)作通知變頻器控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止。</p><p> M03指令 PLC譯碼 正轉(zhuǎn)繼電器吸合 變頻器正轉(zhuǎn)功能接通 返回M03指令結(jié)束信號(hào)。</p><p&g
52、t;<b> 5.1.2刀臺(tái)控制</b></p><p><b> 圖7刀臺(tái)的控制流程</b></p><p> 本機(jī)床采用電動(dòng)四工位刀架</p><p> 控制流程如下:首先系統(tǒng)給出換刀指令如T10、T20、T30、T40,X11.2由于不在刀位其信號(hào)狀態(tài)為高電平,梯形圖顯示為導(dǎo)通狀態(tài),NC輸出F26.0、F26
53、.1、F26.2.經(jīng)譯碼后,Y1002.3導(dǎo)通,外部繼電器KA3吸合KM4動(dòng)作刀架電機(jī)通電正轉(zhuǎn),刀架松開并開始轉(zhuǎn)位,1工位霍爾開關(guān)信號(hào)由低電平“0”變?yōu)楦唠娖健?”。到達(dá)2工位霍爾開關(guān)信號(hào)由高電平“1”變?yōu)榈碗娖健?”。刀架繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng),2工位霍爾開關(guān)信號(hào)由低電平“0”變?yōu)楦唠娖健?”。到達(dá)3工位霍爾開關(guān)信號(hào)X11.2由高電平“1”變?yōu)榈碗娖健?”。電機(jī)反轉(zhuǎn),刀架開始鎖緊,電機(jī)反轉(zhuǎn)1.8秒后電機(jī)停轉(zhuǎn)。</p><p>
54、; 圖8霍爾元件接線圖:</p><p><b> 圖9刀臺(tái)控制梯形圖</b></p><p> F7.3刀具T代碼選通信號(hào);F1.1系統(tǒng)復(fù)位信號(hào);F26.0、F26.1、F26.2 NC刀具指令T代碼輸出;X1008.4急停信號(hào);X11.0、X11.1、X11.2、X11.3刀具四個(gè)工位到達(dá)信號(hào);Y1002.3刀架正轉(zhuǎn);Y1002.2刀架反轉(zhuǎn);R中間繼電器;S
55、UB3時(shí)間繼電器.</p><p> 2方式選擇 MD1 MD2 MD3</p><p> 方式選擇信號(hào)為格雷碼,在進(jìn)行機(jī)床操作時(shí)應(yīng)首先選擇機(jī)床的工作方式。數(shù)控系統(tǒng)檢測輸入信號(hào)來通知當(dāng)前所選定的操作方式</p><p> 5.3數(shù)控機(jī)床用PC</p><p> FANUC 0i-TA作為基本的功能提供給用戶.其軟件和硬件被作為CNC系
56、統(tǒng)的基本功能而與CNC其它功能一起設(shè)計(jì)制造.因此具有較5的針對性.</p><p> 5.3.1 PC輸入\輸出信號(hào)</p><p> PC的輸入\輸出信號(hào)有兩類,一類直流輸入\輸出信號(hào),一類交流輸入\輸出信號(hào)。</p><p> 直流輸入信號(hào)是指機(jī)床側(cè)的開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)、傳感器等采集到的通斷信號(hào)。</p><p> 如:限位開
57、關(guān)、操作面板上的按鈕開關(guān)、PC的輸入輸出接點(diǎn)。</p><p> 圖10直流輸入信號(hào)原理</p><p> 直流輸出信號(hào)來自PC,經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路送至機(jī)床側(cè),驅(qū)動(dòng)繼電器線圈、指示燈信號(hào)。</p><p> 圖11直流輸出信號(hào)原理</p><p><b> 5.3.2信號(hào)要求</b></p><p&g
58、t; DI觸點(diǎn)容量:30V DC16mA</p><p> DO最大負(fù)載電流 :200mA 耐壓 24V+20%</p><p> 當(dāng)輸出控制對象是電磁閥、電磁離合器等負(fù)載時(shí),其工作電壓或電流超過最大允許值必須使用中間繼電器。中間繼電器線圈兩端要并聯(lián)續(xù)流二極管。</p><p> 5.3.3 PC指令</p><p> 在設(shè)計(jì)控制
59、程序時(shí),基本指令用的較多,由于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的邏輯較為復(fù)雜,因此必須借助功能指令來簡化編程,如二進(jìn)制運(yùn)算、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)控制、一致比較等.就FANUC的PMC-L來說,基本指令有12種,功能指令有35種.</p><p> PMC-L的輸入輸出信號(hào)</p><p> F**.* 為CNC送PMC 信號(hào)</p><p> G**.* 為PMC送CNC 信號(hào)&l
60、t;/p><p> X**.* 為機(jī)床送PMC信號(hào)</p><p> Y**.* 為PMC送機(jī)床信號(hào)</p><p> R**.* 為內(nèi)部繼電器</p><p> D**.* 為保持型存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)</p><p><b> 5.4操作面板</b></p><
61、;p> 機(jī)床操作面板主要用于手動(dòng)方式或自動(dòng)方式下對運(yùn)動(dòng)的操作。</p><p><b> 5.4.1方式選擇</b></p><p> 1.自動(dòng)運(yùn)行方式(AUTO) 2.程序編輯方式(EDIT) 3.手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入方式(MDI)4.手動(dòng)連續(xù)進(jìn)給(JOG)5.手輪進(jìn)給方式 6.回原點(diǎn)方式 </p><p><b> 5.4.
62、2其它功能</b></p><p> 1.單程序段 2.機(jī)床鎖緊3.空運(yùn)行4.程序跳選5.主軸正反停6.冷卻啟停7.循環(huán)啟動(dòng)8.進(jìn)給暫停9.急停10.XZ手動(dòng)進(jìn)給按鈕等。</p><p><b> 6 電器元件選擇</b></p><p> 6.1功能要求和參數(shù)計(jì)算</p><p><b>
63、 6.1.1功能要求</b></p><p> 電源選用380V 50Hz,三相四線制。</p><p> 數(shù)控系采用FANUC 0i-TA半閉環(huán)控制系統(tǒng)。</p><p> 主電機(jī)選用DP160M-4</p><p> X軸選用6NM電機(jī) , Z軸選用12NM電機(jī)。</p><p> 主軸配有
64、編碼器用于車削螺紋和顯示主軸轉(zhuǎn)速。</p><p> 冷卻電機(jī)選用 AOB-25 90W 2極。</p><p> 刀架電機(jī)選用 120W 2極。</p><p> 液壓電機(jī)選用 AO2-7124-B3</p><p> 交流控制回路選用交流110V 50Hz。</p><p>
65、10.工作照明電路選用220V 50Hz。</p><p> 11.給伺服控制器提供380V電源。</p><p> 12.為防止交流接觸器和電機(jī)啟動(dòng)或停止干擾系統(tǒng)工作電機(jī)進(jìn)線和交流接觸器線圈兩端需加電子滅弧器</p><p> 13.保護(hù)斷路器有以下功能:瞬時(shí)短路跳開、電機(jī)過載跳開??刂苹芈放c動(dòng)力回路必須用隔離變壓器隔離。</p><p
66、> 6.1.2功能參數(shù)計(jì)算</p><p> 從《機(jī)床電氣設(shè)計(jì)手冊》查出:</p><p> DP160M-4電機(jī)主要數(shù)據(jù):額定電壓三相380V 額定頻率50Hz 功率 11KW 額定轉(zhuǎn)矩 71.90NM 額定電流 22.60A 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)頻范圍5—50Hz 恒功率調(diào)頻范圍 50---200 Hz</p><p> 冷卻電機(jī)AOB-25
67、 90W 2極 2800 r/min 額定電流0.32A。</p><p> 刀架電機(jī)120W 2極 1440r/min 額定電流0.6A。</p><p> 液壓電機(jī)型號(hào): AO2-7124-B3 功率:370W 額定電流 0.956A</p><p> 6.2接觸器的選用和熔斷器選擇</p><p&
68、gt; 6.2.1接觸器的選用</p><p> 1. 控制冷卻電機(jī)的交流接觸器選用</p><p> a線圈電壓110V 50Hz 。</p><p> b主觸頭電壓380V。</p><p> c主觸頭額定電流根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式:Icn=Pnx1000/Kun</p><p> Icn=0.09x1000/
69、1x380=0.24A</p><p> 根據(jù)以上參數(shù)查《沈陽二一三電器產(chǎn)品樣本》第24頁選用型號(hào)為BC98-0911 內(nèi)置電子滅弧器 額定電流9A , 1個(gè)常開輔助觸頭 1個(gè)常閉輔助觸頭,輔助觸頭額工作電流6A 額定絕緣電壓690UiV 機(jī)械壽命1500次 線圈電壓 110V 50Hz 線圈功耗起動(dòng)95VA 。</p><p> 2 .控制刀架電機(jī)的交流接觸器選用&
70、lt;/p><p> a.線圈電壓110V 50Hz 。</p><p> b.主觸頭電壓380V。</p><p> c.主觸頭額定電流根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式:Icn=Pnx1000/Kun</p><p> Icn=0.12x1000/1x380=0.32A</p><p> 選用型號(hào)為BC98-0911。 <
71、/p><p> 3. 控制變頻器的交流接觸器選用</p><p> a.線圈電壓110V 50Hz 。</p><p> b.主觸頭電壓380V。</p><p> c.主觸頭額定電流 Icn=24A</p><p> 選用型號(hào)為BC98-3211。</p><p> 6.3保護(hù)電動(dòng)機(jī)
72、斷路器選用</p><p> 根據(jù)斷路器過載保護(hù)選用原則,斷路器選用應(yīng)是被保護(hù)電動(dòng)機(jī)額定電流的1.1—1.25倍,斷路器整定電流調(diào)節(jié)范圍是60%--100%。</p><p> a.冷卻電機(jī)保護(hù)斷路器選用型號(hào): M611 0.2---0.63A可整定到0.32A。</p><p> b.刀架電機(jī)保護(hù)斷路器選用型號(hào): M611 0.63---1A可整定到0.
73、7A,因?yàn)榈都芏ㄎ粫r(shí)是利用刀架電機(jī)的反轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)后壓緊,整定值應(yīng)略高一些。</p><p> c.液壓電機(jī)保護(hù)斷路器選用型號(hào): M611 1---1.6A可整定到1.2A。</p><p> d. 變頻器保護(hù)斷路器選用型號(hào): M611 24-32A可整定到24A。 </p><p> e.伺服變壓器保護(hù)斷路器選用型號(hào): M611 10-16A可整定到10A
74、。</p><p> 6.4電動(dòng)機(jī)電子滅弧器選用</p><p> a 刀架電機(jī)選用蘇州四通電器廠產(chǎn)型 號(hào)為:SM-1</p><p> b 冷卻電機(jī)選用蘇州四通電器廠產(chǎn)型 號(hào)為:SM-1</p><p> c液壓電機(jī)選用蘇州四通電器廠產(chǎn)型 號(hào)為:SM-1</p><p> 6.5控制回路隔離變壓器選擇和熔斷
75、器選擇</p><p> 6.5.1控制回路隔離變壓器選擇</p><p> JBK3—500.初級(jí)線圈電壓為380V;次級(jí)線圈為110V/110VA 24V/50VA 220V/250VA</p><p> 6.5.2熔斷器選擇</p><p> 1.控制變壓器初級(jí)熔斷器選擇:控制變壓器初級(jí)電流Imax=500VA/380V=1.
76、3A</p><p> Irn=(1.5—2.5)Imax (1.5—2.5)取2.5</p><p> Irn=2.5Imax=2.5x1.3=3.3 </p><p> 采用RT14 4A。</p><p> 2.控制變壓器次級(jí)110VA 110V熔斷器選擇:控制變壓器次級(jí)電流Imax=110VA/110V=1A<
77、;/p><p> Irn=(1.5—2.5)Imax (1.5—2.5)取2</p><p> Irn=2Imax=2x1A=2A </p><p> 采用RT14 2A。</p><p> 控制變壓器次級(jí)50VA 24V熔斷器選擇:其主要為40W照明燈提供電源</p><p> 采用RT14
78、 2A。</p><p> 6.6導(dǎo)線的選擇和總空氣開關(guān)選擇</p><p> 6.6.1導(dǎo)線的選擇</p><p> 依據(jù)主電動(dòng)機(jī)功率和導(dǎo)線的最大允許通過的電流,主電機(jī)動(dòng)力回路選用截面積4平方毫米BVR;根據(jù)GB5226.1-2002導(dǎo)線顏色選用黑色。</p><p> 依據(jù)冷卻電動(dòng)機(jī)功率和導(dǎo)線的最大允許通過的電流,主電機(jī)動(dòng)力回路選
79、用截面積0.75平方毫米BVR;根據(jù)GB5226.1-2002導(dǎo)線顏色選用黑色。</p><p> 依據(jù)電動(dòng)刀架電動(dòng)機(jī)功率和導(dǎo)線的最大允許通過的電流,電機(jī)動(dòng)力回路選用截面積1平方毫米BVR;根據(jù)GB5226.1-2002導(dǎo)線顏色選用黑色。</p><p> 依據(jù)液壓電動(dòng)機(jī)功率和導(dǎo)線的最大允許通過的電流,電機(jī)動(dòng)力回路選用截面積1平方毫米BVR;根據(jù)GB5226.1-2002導(dǎo)線顏色選用黑
80、色。</p><p> 依據(jù)控制回功率和導(dǎo)線的最大允許通過的電流,控制回路選用截面積0.75平方毫米BVR;根據(jù)GB5226.1-2002導(dǎo)線顏色選用紅色。</p><p> 接地保護(hù)回路依據(jù)負(fù)載選用截面積0.75平方毫米BVR;GB5226.1-2002導(dǎo)線顏色選用黃綠雙色</p><p> 6.6.2總空氣開關(guān)選擇</p><p>
81、 依據(jù)各控制回路所需電流總和:</p><p> I =主電機(jī)22.6A+冷卻電機(jī)0.32A+電動(dòng)刀架0.s6A+液壓0.97A+其它2A+侗服控制10A=36.69A.</p><p> 自動(dòng)空氣開關(guān)選用型號(hào)為JCM1—63S/330 50A</p><p> 參看有關(guān)手冊導(dǎo)線直徑選4mm2 電線載流量為25A</p><p>&l
82、t;b> 結(jié) 論</b></p><p> 經(jīng)過幾周的奮戰(zhàn)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成了。在沒有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對這幾年來所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié),但是通過這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn),而且也是對自己能力的一種提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我明白了自己原來知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多,以前老是覺得自己什么東西都會(huì),什么東西都懂,
83、有點(diǎn)眼高手低。通過這次AD系列普車數(shù)控化改造電氣部分的畢業(yè)設(shè)計(jì),我明白學(xué)習(xí)是一個(gè)系統(tǒng)工程,是一個(gè)長期積累的過程,在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí),努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。</p><p> 在設(shè)計(jì)過程中,我通過查閱大量有關(guān)數(shù)控化改造和機(jī)床電氣部分的資料,與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué),并通過網(wǎng)絡(luò)和學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)輔助軟件等方式,使自己學(xué)到了不少知識(shí),也經(jīng)歷了不少艱辛,但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西,也培養(yǎng)了
84、我獨(dú)立工作的能力,樹立了對自己工作能力的信心,相信會(huì)對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力,使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好,但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富,使我終身受益。</p><p> 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中,我通過查資料了解到目前國內(nèi)的設(shè)備數(shù)控化率還很低,特別是河南省。因此,開發(fā)普及型數(shù)控車床既是市場的需求,也符合國
85、家發(fā)展數(shù)控產(chǎn)業(yè)的政策,具有廣闊的市場空間和現(xiàn)實(shí)意義。</p><p> 而且隨著刀具技術(shù)的發(fā)展,高速切削、5力切削技術(shù)已日益成熟,市場將對數(shù)控車床提出更高的要求。在保持高精度等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí),還必須具有能適應(yīng)高速切削、5力切削的性能。具有高剛性、高速度、大功率,能適應(yīng)高速切削、5力切削的機(jī)床,將是普及型數(shù)控車床的發(fā)展方向。</p><p><b> 致 謝</b>&
86、lt;/p><p> 經(jīng)過半年的忙碌和工作,本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲,作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì),由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏,難免有許多考慮不周全的地方,如果沒有老師的督促指導(dǎo),以及一起工作的同學(xué)們的支持,想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 </p><p> 在這里首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師。老師平日里工作繁多,但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段,從外出實(shí)習(xí)到查閱資料,設(shè)計(jì)草案的確定和修改,中期檢查,后期詳細(xì)
87、設(shè)計(jì)等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣,但是老師仍然細(xì)心地糾正我在設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。除了敬佩老師的專業(yè)水平外,他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣,并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。 </p><p> 其次要感謝和我一起作畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué),他們在設(shè)計(jì)中勤奮工作,克服了許多困難來完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì),并承擔(dān)了大部分的工作量。如果沒有他們的幫助工作,此次設(shè)計(jì)的完成將變得非常困難。
88、160; </p><p> 然后還要感謝所有的老師,為我們打下機(jī)械專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ);同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們,正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。 </p><p><b> 參考文獻(xiàn):</b></p><p> ?。?] 余英良主編.機(jī)床數(shù)控改造設(shè)計(jì)與實(shí)例.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994</p>
89、<p> ?。?] 王貴明主編.?dāng)?shù)控實(shí)用技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001</p><p> ?。?] 張建明主編.機(jī)電一體華系統(tǒng)控制.北京:高等教育出版社,2001</p><p> ?。?] 王愛玲主編.現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì).北京:兵器工業(yè)出版社,1999</p><p> ?。?] 卜云峰主編.機(jī)械工業(yè)及自動(dòng)化簡明設(shè)計(jì)手冊上下冊.北京:機(jī)械工業(yè)
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