　　　压力控制回路是控制整个系统或局部油路的工作压力。压力控制回路是利用压力控制阀来控制整个系统或局部油路的压力，达到调压、卸载、减压、增压、平衡、保压、泄压等目的，以满足执行元件对力或力矩的要求。对于液压基本回路的实验装置设计，能使我们更好的掌握也压得基本原理及液压系统设计的基本流程，并且对设计的一般步骤与方法有了更好的掌握。

　　　本文阐述了主轴箱用液压系统使主轴箱向上运动、向下运动、以及停止运动时的平衡压力基本稳定。根据液压原理图以及主轴箱平衡机构装配图对各部分液压元件进行选材校核，从而完成整个设计。论文首先综述了国内外液压技术的研究进展及研究现状、分析课题的研究背景、阐述课题研究的意义和内容。然后重点根据液压原理图，从而选择液压元件，计算其性能是否符合指标，最后在说明液压系统工作时的注意事项。

关键词:主轴箱；液压平衡系统；平衡液压缸。

1 绪论1

1.1数控镗铣床概述1

1.2 主轴箱以及液压系统简介1

1.3数控机床的发展1

1.4 液压技术3

　　　1.4.1 液压技术的现状及其发展3

　　　　1.4.2 液压技术的特点4

2 主轴箱液压平衡系统的总体设计5

2.1主轴箱用液压平衡机构的简要分析5

2.2 负载分析9

2.2.1工作负载9

2.2.2摩擦负载9

2.2.3惯性负载9

2.3液压缸主要参数确定10

2.3.1初选液压缸的工作压力10

2.3.2计算液压缸的尺寸10

2.3.3 液压平衡系统11

2.4平衡液压缸的设计13

2.4.1 液压缸的组成13

2.4.2平衡液压缸的计算14

2.4.3平衡液压缸与主轴箱的连接17

2.4.4防止杂质侵入18

2.4.5吸油管与回油管18

2.4.6液面指示19

2.4.7液压站的结构设计的注意事项19

2.4.8液压站的组装20

2.4.9滤油器的选择20

2.5.1液压元件的安装20

3 液压站的使用与检查22

3.1使用的一般注意事项22

3.2检查22

4 结论23

参考文献24

致谢26

主轴箱用液压平衡机构的简要分析

JCS-013自动换刀数控镗铣床主轴箱的平衡，我们采用了液压平衡系统。经过鉴定和生产试验表明，这种液压平衡系统工作可靠，速度转换平稳，满足了机床使用性能的要求。

本机床采用框式动立柱结构，主轴箱位于框架中间，可随立柱一起作Z向移动;沿立柱导轨作Y向移动，要求定位精度为±0.02毫米/300毫米。为使重量达1100公斤的主轴箱沿Y坐标上下移动驱动力一致，以保证主轴箱工作可靠，定位准确，就需要加配重。用重锤作配重不仅增大体积、重量和占有空间，而且在立柱起动、停止和速度转换时重锤的惯性对其移动准确性将有较大的影响，因此采用液压平衡装置。平衡油缸和主轴箱用钢丝绳经过一个动滑轮、两个定滑轮连接起来，如图2.1所示。液压技术的特点

　　　随着液压技术的不断发展，液压设备的年增长率远远大于其他设备的年增长率，其原因是由于液压传动在许多领域是机械等传动无法取代的。液压传动能实现低速大吨位运动；采用适当的节流技术可使运动机构的速度十分均匀稳定；使用伺服、仿形、调速等机构可使执行元件的运动精度达到很高，可以微米计；液压系统各部分间使用管道连接的，其布局安装有很大的灵活性，而其体积重量比却比机械传动小得多，因此能构成其它方法难以完成的复杂系统；液压传动可以用很小功率控制速度、方向；液压元件体积小，重量轻，标准化程度高，便于集中大批生产。

QQ截图20130622154837.gif

内容简介：: 毕业设计（论文）中期报告题目：数控卧式镗铣床主轴箱用液压平衡机构设计与分析系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号导师 2013年 3 月 20 日撰写内容要求： 1.设计（论文）进展状况：本阶段主要完成了Vibration insulation of hydraulic system control components的翻译，了解了液压平衡原理以及主轴箱的工作原理。本毕业设计的主要内容是了解主轴箱用液压平衡机构的性能要求，具体包括主轴箱的结构以及液压原理，从一开始拿到任务书正式开始毕业设计以来，按照任务书的要求，我的工作进展还较为顺利。至今为止，通过大量查阅相关资料，我了解了课题的背景和发展状况，完成了对课题的分析，了解了液压原理和主轴箱平衡机构的装配图，并提出了自己的方案，完成了开题报告和对外文文献的翻译，对主轴箱用液压平衡机构有了一定的认识，对其结构已经设计完成，现在正对其进行详细设计计算。如图所示图1 液压原理图图2 JCS-013主轴箱平衡机构装配图图3 平衡阀装配图平衡机构的液压系统由油泵11供油，减压阀8调节平衡压力P2，溢流阀10调节系统压力P1（比P2一般约高10公斤力/厘米2）。并由蓄能器6和压力继电器4.3使主轴箱上下运动，停止时的平衡压力基本稳定。当主轴箱向上运动时，平衡油缸2的活塞向下运动，同时电磁铁26DT通电，油泵11供给的高压油经换向阀9，减压阀8，平衡阀5向平衡油缸2上腔补充压力油。若主轴箱向下运动时，平衡油缸活塞向上运动，平衡阀5中的单向阀和油路系统中的单向阀7关闭，油缸2上腔的压力油经平衡阀5中的滑阀而流回油箱。此时，由于压力继电器3使电磁铁26DT断电，泵11向系统供给的压力油换向阀9直接流回油箱。主轴箱停止时，活塞不动。平衡压力超过34公斤力/厘米2时，压力继电器3控制电磁铁26DT断电，泵11卸荷，系统控制的平衡压力由蓄能器6保证。当平衡压力低于32公斤力/厘米2时，压力继电器4控制电磁铁26DT通电，泵向系统供油，保持平衡压力基本稳定。2.存在问题及解决措施：由于毕业设计涉及的范围很广，几乎囊括了在大学里所学的全部知识，很多在大一、大二学习的知识由于很久没有接触造成了这些知识的模糊甚至淡忘，所以在某些细节方面总是会有多多少少的问题，给设计带来了不小的麻烦。下面是我设计过程中遇到的问题以及解决方案。（1）主轴箱各个部件的功能是什么？在设计过程中，通过翻阅大量资料，我首先想到的是看图册，但是还是有点看不懂，和同学讨论，在查阅相关资料，目前基本了解主轴箱。（2）主轴箱用液压平衡机构的工作原理在设计中，这个问题是重难点，首先要了解液压原理，其次再考虑液压平衡，最后完成主轴箱用液压平衡机构的设计与分析。（3）结构设计和计算分析在设计中，不知道用哪些计算公式来计算液压平衡，把平衡压力定为34千克力/平方厘米。重新拿起液压与气压传动这本书查找相关知识，网上查阅相关文献，来完成结构设计计算。3.后期工作安排：（1）完成详细的配合设计并计算；（2）根据计算数据以及所选机构画出零件图和装配图；（3）编写设计说明书以及校核图纸，交给导师查阅；（4）准备完成最后答辩。指导教师签字：年月日毕业设计（论文）开题报告题目：数控卧式镗铣床主轴箱用液压平衡机构设计与分析系别机电信息系专业机械设计制造及其自动化班级姓名学号导师 2011年12月22日1. 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1题目背景、研究意义数控卧式镗铣床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控转台的数字控制机床，工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的多种工序的加工。主轴箱用液压平衡机构利用液压系统使主轴箱向上运动、向下运动、以及停止运动时的平衡压力基本稳定。主轴箱用液压平衡机构是保证主轴箱工作状态平衡的关键。1.2 研究目的及国内外相关研究情况数控卧式镗铣床是一种加工范围极广、自由度很大的机床，主要用来加工形状复杂、要求精度较高的箱体类零件，在一次装夹后能完成较多的工序。我国数控卧式镗铣床和卧式加工中心的发展开始于1973年。但由于电气元件和数控系统质量不过关， 1976年后，数控卧式镗床和卧式加工中心的发展处于低潮。但其中机械机构问题不是很大，因此， 1981年以来，由于引进国外数控系统，国内数控卧式镗床和卧式加工中心有了新的发展，出现了第二次机床行业的发展高潮。近几年来，国内外数控卧式镗铣床的技术发展非常快,其特点是产品结构不断更新，新技术应用层出不穷，工艺性能复合化，速度、效率不断提高，突出精细化制造。随着为高速运行作技术支撑的传动元件电主轴、直线电机、线性导轨等得到广泛应用，机床的运行速度被推向了新的高度，主轴系统设计也由传统的镗杆伸缩式结构逐步向现代高速电主轴结构转变。尽管传统的镗杆伸缩式结构，具有镗深孔及大功率切削的特点，但现代高速电主轴结构以其高转速、高运行速度、高效和高精度的优点和简化的主轴箱内部结构而倍受关注。而主轴可更换式卧式镗铣加工中心的创新设计解决了电主轴与镗杆移动伸缩式结构各存利弊的不足，具有复合加工与一机两用的功效，也是卧式镗铣床的一大技术创新。目前世界上约有20个国家制造卧式镗床，其中以美、德、日、意、苏、法等国的卧式镗床在国际市场上占据重要地位。这些国家的卧式镗床结构先进、工艺水平高、重视新技术的应用；产品精度、刚度和寿命较高；造型美观，操作方便；具有较高的水平，广泛地应用模块化设计原则发展品种，做到普通卧式镗铣床、数控卧式镗铣床和卧式镗铣加工中心一个机型、三种产品，即普通卧式镗床装上数控系统就是数控卧式镗床，再加上刀库和机械手就是加工中心。通过此次毕业设计，主要要加深对专业基本知识的理解,培养收集资料和调查研究的能力；要明白作为一名机械工程师，在机械结构设计中所承担的职能和责任，掌握机床传动系统设计的一般方法以及机床其它基础件设计的要求，并进一步提高应用计算机绘图的能力。2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 本课题的主要内容1.了解主轴箱用液压平衡机构的性能要求；2.了解主轴箱用液压平衡机构的工作原理，进行结构设计和计算分析；3.设计指标：平衡压力为34千克力/平方厘米；4.应用CAD系统对系统零件和装配建模和仿真。2.2 拟采用的研究方案、研究方法。2.2.1 研究方案（1）明确文章的研究内容，确定研究对象；（2）大量收集并查阅相关资料，力求条理清晰。2.2.2 研究方法（1）坚持很好地全部阅读指导教师指定的参考资料、文献，并阅读了较多的自选资料和较多的外文资料，积极开展调研论证；（2）充分利用时间，提前学习专业软件，能够熟练运用CAD 软件进行设计、分析、加工等操作，使产品提前得到的方案可行性设计。（3）采用同其它同等机械类设备的类比，方案比较等方法，根据实际应用特征及现有的物质、经济技术、人力等条件，以所学的理论知识为基础，按照工业机械手工作的一般过程、设计标准。借鉴以往相似设备的成功经验进行初步设计然后对初步设计方案进行验算，修正，直至达到安全、经济、实用的目的。其中对于机械手设计中的关键问题、难点问题进行重点分析解决，确保整个设计方案的可行性和最佳性。图1液压原理图图2平衡阀装配图图3JCS-013主轴箱平衡机构装配图平衡机构的液压系统由油泵11供油，减压阀8调节平衡压力P2，溢流阀10调节系统压力P1（比P2一般约高10公斤力/厘米2）。并由蓄能器6和压力继电器4.3使主轴箱上下运动，停止时的平衡压力基本稳定。当主轴箱向上运动时，平衡油缸2的活塞向下运动，同时电磁铁26DT通电，油泵11供给的高压油经换向阀9，减压阀8，平衡阀5向平衡油缸2上腔补充压力油。若主轴箱向下运动时，平衡油缸活塞向上运动，平衡阀5中的单向阀和油路系统中的单向阀7关闭，油缸2上腔的压力油经平衡阀5中的滑阀而流回油箱。此时，由于压力继电器3使电磁铁26DT断电，泵11向系统供给的压力油换向阀9直接流回油箱。主轴箱停止时，活塞不动。平衡压力超过34公斤力/厘米2时，压力继电器3控制电磁铁26DT断电，泵11卸荷，系统控制的平衡压力由蓄能器6保证。当平衡压力低于32公斤力/厘米2时，压力继电器4控制电磁铁26DT通电，泵向系统供油，保持平衡压力基本稳定。3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作本课题的重点和难点：对液压原理的熟悉；清楚主轴箱的结构以及各部件的功能；液压平衡的设计。前期已开展的工作：查阅JCS-013数控卧式镗铣床的相关资料，对JCS-013数控卧式镗铣床有个整体初步的认识；学习液压平衡的结构设计的有关知识：学习三维建模的软件以及运动仿真相关的知识。4. 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）13周：调研并收集资料；36周：确定设计方案和整体结构特点； 711周：完成结构设计计算； 1215周：完成装配图、三维建模和仿真； 1618周：完成论文撰写，准备答辩5 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：年月日 6 所在系审查意见：系主管领导：年月日参考文献1 申庆源.国内外数控机床的发展概况及该公司汽车发动机生产线引进国外数控机床的介绍.北京：中国机械工程学会设备维修分会, 2000:431-435.2 董香萍，陈启涵，段凤.浅析数控技术发展趋势和发展途径.2010，（4）：153-154.3 徐国威.国内外数控机床的发展及应用.兵工自动化，1993，（2）：31-35.4 吴波，周云龙.数控机床现状及发展趋势简析.科技信息，2010，（5）：461-479.5 孙志华.浅谈机床的发展过程及趋势.职业，2010，（26）：103.6 梁训瑄.我国机床工业60年发展.航空制造技术，2009，（19）：56-59.7 徐宁安.从CIMT2005看数控卧式镗铣床与落地铣镗床的发展.世界制造技术与装备市场，2005，（6）：98-100.8 苗松.海德汉工件测头TS640在数控镗铣床上的应用.制造技术与机床，2009，（12）：141-142.9 王斌，徐艳新.数控镗铣床改造设计.科技风，2010，（10）：234.10 王宏，席霞，潘耀庭.一种新型的数控镗铣床主轴系统设计.组合机床与自动化加工技术，2009，（4）：64-66.11 谢玲，窦瑞军.数控镗铣床主轴箱装配体装配设计分析.中国机械工程，2002，13，（2）：122-124.12 于松田，邓卫伟，房纪涛.基于西门子840Di系统的数控镗铣床改造与应用.机械工程与自动化，2009，（5）：156-157.13 黎作仁.关于THK6380型自动换刀卧式数控镗铣床液压系统设计的几点考虑.机床与液压，1975，（6）：19-25.14 张顺延，马文忠.大型机床液压系统故障分析及解决措施.中国重型装备，2009，（4）：35-38.15 李兆斌，王卫.BFKP130/1数控镗铣床液压挂轮装置分析.煤炭技术，2007，26，（5）：16-17.16 张利平液压气动技术速查手册M.北京：化学工业出版社，2007.1-644.17 张利平液压传动系统及设计M北京：化学工业出版社，2005.1-402.18 陈作模,葛文杰机械原理M北京：高等教育出版社,2005.19 黄积伟,章宏甲，黄谊液压传动M北京：机械工业出版社，2007，1-289.20 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册第二版M.北京：高等教育出版社，2006，1-261.21 刘鸿文材料力学M北京：高等教育出版社，2003.22 杨东邦机械CAD制图与标准应用M北京：中国标准出版社,1998.23 Goodwin A.B.Fluid power systems theory worked examples and problems.The Macmiclan press Ltd Londan,197624 Vehicle Hydraulic Systems and Dight/Electrohydraulic Controls,1991,SAE Sp-882.25 Mattnies,Hans Jurgen.Einfuhrung in die olhydraulik. Stuttgert,B.G.Toubner,1984.摘要数控卧式镗铣床主轴箱用液压平衡机构的设计与分析摘要任何液压系统都是由一些基本回路所组成的，所谓的液压基本回路是指能实现某种规定功能的液压元件的组合。压力控制回路是控制整个系统或局部油路的工作压力。压力控制回路是利用压力控制阀来控制整个系统或局部油路的压力，达到调压、卸载、减压、增压、平衡、保压、泄压等目的，以满足执行元件对力或力矩的要求。对于液压基本回路的实验装置设计，能使我们更好的掌握也压得基本原理及液压系统设计的基本流程，并且对设计的一般步骤与方法有了更好的掌握。本文阐述了主轴箱用液压系统使主轴箱向上运动、向下运动、以及停止运动时的平衡压力基本稳定。根据液压原理图以及主轴箱平衡机构装配图对各部分液压元件进行选材校核，从而完成整个设计。论文首先综述了国内外液压技术的研究进展及研究现状、分析课题的研究背景、阐述课题研究的意义和内容。然后重点根据液压原理图，从而选择液压元件，计算其性能是否符合指标，最后在说明液压系统工作时的注意事项。关键词:主轴箱；液压平衡系统；平衡液压缸。23AbstractCNC horizontal boring and milling machine spindle box design and analysis of hydraulic balance mechanismAbstractAny hydraulic system is composed of some of the basic circuit of the hydraulic basic circuit, the means to achieve a certain provisions of the hydraulic components functional combination.Pressure control loop is to control the entire system or local oil pressure of work.Pressure control circuit is a control valve to control the entire system or the local oil pressure, pressure, unloading, achieve decompression, pressure, balance, pressure, pressure relief purposes,in order to meet the requirements of executive component of force or torque. For the design of experimental device of hydraulic basic circuit, will enable us to better grasp the basic process design is the basic principle and the hydraulic system, have a better grasp of design and the general steps and methods.This paper expounds the main spindle box hydraulic system for the main spindle box moves upward, downward movement, and stop the movement of the basic stability of equilibrium pressure. According to various parts of the hydraulic components of hydraulic schematic diagram material check and balance mechanism of spindle box assembly drawing, thus completing the whole design. The paper first summarizes the analysis of the status quo, and research progress of study on the hydraulic technology at home and abroad and the significance of research background, describes the research topics. Secondly based on the hydraulic principle diagram, thus the selection of hydraulic components, its performance meets the index calculation, the points for attention in the hydraulic system work.KeyWords：robot arm；harmonic drive；structure design.毕业设计（论文）目录1 绪论11.1数控镗铣床概述11.2 主轴箱以及液压系统简介11.3数控机床的发展11.4 液压技术31.4.1 液压技术的现状及其发展31.4.2 液压技术的特点42 主轴箱液压平衡系统的总体设计52.1主轴箱用液压平衡机构的简要分析52.2 负载分析92.2.1工作负载92.2.2摩擦负载92.2.3惯性负载92.3液压缸主要参数确定102.3.1初选液压缸的工作压力102.3.2计算液压缸的尺寸102.3.3 液压平衡系统112.4平衡液压缸的设计132.4.1 液压缸的组成132.4.2平衡液压缸的计算142.4.3平衡液压缸与主轴箱的连接172.4.4防止杂质侵入182.4.5吸油管与回油管182.4.6液面指示192.4.7液压站的结构设计的注意事项192.4.8液压站的组装202.4.9滤油器的选择202.5.1液压元件的安装203 液压站的使用与检查223.1使用的一般注意事项223.2检查224 结论23参考文献24致谢26毕业设计（论文）1 绪论1.1数控镗铣床概述数控镗铣床也称“加工中心”机床，是一种新型机床，是一种具有自动换刀装置和任意分度数控转台的点位-直线数字控制机床。工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的钻、铣、镗、铰、攻丝等多种工序的加工。在机械零件中，箱体类零件占相当大的比重，例如变速箱【1】、汽缸体、汽缸盖等。这类零件往往重量较大，形状复杂，加工的工序多。如果能在一台机床上，一次装夹自动地完成大部分工序，主要是铣端面和钻孔、攻螺纹、镗孔等孔加工。因此，数控镗铣床集中了钻床、铣床和镗床的功能，有以下特点： (1) 工序集中。集中了铣削和不同直径的孔加工工序。(2) 自动换刀。按预定加工程序，自动地把各种刀具换到主轴上去，把通过的刀具换下来。因此，要有刀库、换刀机械手等。(3) 精度高。各孔的中心距全靠各坐标的精度来保证，不用钻、镗模。有的机床，还有自动转位工作台，用来保证各孔各面间的角度。镗孔时，还可以先镗这个壁上的孔，然后工作台转向180度，再镗对面壁上的孔。两孔要保证达到一定的同轴度。1.2 主轴箱以及液压系统简介主轴箱（英文名称：spindle head）定义：装有主轴的箱形部件。主轴箱是机床的重要的部件，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速和方向。主轴箱传动系统的设计，以及主轴箱各部件的加工工艺直接影响机床的性能。液压系统（英文名称：hydraulic system）定义：以油液作为工作介质，利用油液的压力能并通过控制阀门等附件操纵液压执行机构工作的整套装置。液压系统的作用为通过改变压强增大作用力。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。一个液压系统的好坏取决于系统设计的合理性、系统元件性能的的优劣，系统的污染防护和处理，而最后一点尤为重要【2】。近年来我国国内液压技术有很大的提高，不再单纯地使用国外的液压技术进行加工。液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，其用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择【3】。1.3数控机床的发展20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展【4】。采用数字技术进行机械加工，最早是在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司（ParsonsCorporation）实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到0.0381mm（0.0015in），达到了当时的最高水平。 1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。这台机床是一台试验性机床，到了1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生产出来。在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。到了1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。因为点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。因此，数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展，据统计资料表明，到1966年实际使用的约6000台数控机床中，85%是点位控制的机床【5】。数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在1959年3月，由美国卡耐;特雷克公司（Keaney&TreckerCorp.）开发出来的。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。 1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystemFMS）之后，美、欧、日等也相继进行开发及应用。 1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为CNC机床），进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展6。 80年代，国际上出现了14台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元（FlexibleManufacturingCellFMC）。这种单元投资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用。目前，FMS也从切削加工向板材冷作、焊接、装配等领域扩展，从中小批量加工向大批量加工发展。所以机床数控技术，被认为是现代机械自动化的基础技术。为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔车床；1848年，美国又出现回轮车床；1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床；20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床【7】。第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。自美国在50年代末搞出世界一台数控车床后，机床制造业就进入了数控时代，中国在六十年代也搞出了第一代数控机床，但后来中国进入了什么年代，大家都知道。等80年代我们再去看世界的数控机床水平，差距就是20年了，其实奋起直追还有希望，但国营工厂不思进取，到了90年代，我们再去看世界水平，已有30年的差距了。中国改革开放前走的是苏联的路子，什么叫苏联的路子，举个例子来讲：比如，生产一根轴，苏联的方式是建一个专用生产线，用多台专用机床，好处是批量很容易上去，但一旦这根轴的参数发生了变化，这条线就报废了，生产人员也就没事做了【8】。在19601980年代，国营工厂一个产品生产几十年不变样。到了1980年代后，当时搞商品经济，这些厂不能迅速适应市场，经营就困难了，到了90年代就大量破产，大量职工下岗。现代的生产也有大批量生产，但主要是单件小批量，不管是那种，只要你的设备是数控的，适应起来就快。专业机床的路子已经到头了， ;西方走的路和前苏联不一样，当年的“东芝”事件，就是日本东芝卖给苏联了几台五轴联动的数控铣床，让苏联在潜艇的推进螺旋桨上的制造，上了一个档次，让美国的声纳听不到潜艇声音了，所以美国要惩处东芝公司。由此也可见，前苏联的机床制造业也落后了，他们落后，我们就更不用说了。虽然，美国搞出了世界第一台数控机床，但数控机床的发展，还是要数德国。德国本来在机械方面就是世界第一，数控机床无非就是搞机电一体化，机械方面德国已没问题，剩下的就是电子系统方面，德国的电子系统工业本来就强大，所以在上世纪六、七十年代，德国就执机床界的牛耳了。 1.4 液压技术1.4.1 液压技术的现状及其发展液压传动是流体传动的一种，它是工农业生产中广为应用的一门技术。如今，流体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的标志【9】。它的应用非常广泛，如一般工业用的塑料加工机械、压力机械、机床等；行走机械中的工程机械、建筑机械、农业机械、汽车等；钢铁工业中的冶金机械、提升装置等；土木工程用的防洪闸门即堤坝装置、河床升降装置、桥梁操纵机构等；发电厂用的涡轮机调速机构、核发电厂等；船舶用的甲板起重机械、船头门、船尾推进器等；特殊技术用的巨型天线装置、测量浮标、升降旋转舞台等；军事工业用的火炮操纵装置、舰船减摇装置、飞行器仿真、飞机起落架的收放装置和方向舵控装置等。液压传动相对于机械传动是一门新科学。但对于计算机等新技术，它又是一门较老的技术，如果从17世纪帕斯卡提出静压传递原理、18世纪英国制成第一台水压机算起，液压传动已有200多年历史。只是由于早期没有成熟的液压传动技术和液压元件，而使它没有得到普遍的应用。随着科学技术的不断发展，各行各业对传动技术有了不断的需求。特别是在第二次世界大战期间，有军事上迫切地需要反应快、重量轻、功率大的各种武器装备，而液压传动技术适应了这一需求，所以使液压传动技术获得了发展，在战后的50年代中，液压传动技术迅速地转向其它各个部门，并得到了广泛的应用【10】。由于采用集成、叠加、插装技术，使装配容易，造价低，比起机械等传动来，它是一种最为经济的选择。目前，它分别在实现高压、高速、大功率、高效率、低噪音、长寿命、高度集成化、小型化与轻量化、一体化和执行件柔性化等方面取得了很大的进展。同时，由于与微电子技术的密切配合，实现了智能化和自动化，静液压传动装置替代了传统的液力变矩-齿轮箱传动，能在尽可能小的空间内传递尽可能大的功率并加以准确的控制，从而更使得它在各行各业中发挥出巨大的作用。1.4.2 液压技术的特点随着液压技术的不断发展，液压设备的年增长率远远大于其他设备的年增长率，其原因是由于液压传动在许多领域是机械等传动无法取代的。液压传动能实现低速大吨位运动；采用适当的节流技术可使运动机构的速度十分均匀稳定；使用伺服、仿形、调速等机构可使执行元件的运动精度达到很高，可以微米计；液压系统各部分间使用管道连接的，其布局安装有很大的灵活性，而其体积重量比却比机械传动小得多，因此能构成其它方法难以完成的复杂系统；液压传动可以用很小功率控制速度、方向；液压元件体积小，重量轻，标准化程度高，便于集中大批生产【11】。2 主轴箱液压平衡系统的总体设计2 主轴箱液压平衡系统的总体设计2.1主轴箱用液压平衡机构的简要分析JCS-013自动换刀数控镗铣床主轴箱的平衡，我们采用了液压平衡系统。经过鉴定和生产试验表明，这种液压平衡系统工作可靠，速度转换平稳，满足了机床使用性能的要求。本机床采用框式动立柱结构，主轴箱位于框架中间，可随立柱一起作Z向移动;沿立柱导轨作Y向移动，要求定位精度为0.02毫米/300毫米。为使重量达1100公斤的主轴箱沿Y坐标上下移动驱动力一致，以保证主轴箱工作可靠，定位准确，就需要加配重。用重锤作配重不仅增大体积、重量和占有空间，而且在立柱起动、停止和速度转换时重锤的惯性对其移动准确性将有较大的影响，因此采用液压平衡装置。平衡油缸和主轴箱用钢丝绳经过一个动滑轮、两个定滑轮连接起来，如图2.1所示。图2.1平衡油缸和主轴箱连接图从图中可知：V主 =2V平（1） W主=1/2W平（2）W平=F平P平（3）Q平=F平V平（4）式中：V主主轴箱的Y向移动速度（毫米/分）；V平平衡油缸活塞移动速度（毫米/分）；W主被平衡的重量（公斤）；W平平衡油缸产生的平衡力（公斤）；P平平衡压力（公斤/厘米2）；F平平衡油缸工作面积（厘米2）；Q平平衡油缸需要的流量（厘米3/分）。从式（1）可以看出：用动滑轮可使平衡油缸活塞行程减小；从式（3）中可以看出：如提高P平，则F平可缩小，即油缸可适当减小。因此，与重锤配种相比，液压平衡能做到体积小、重量轻、结构紧凑。本机床对液压平衡系统有以下要求：a. 主轴箱在Y向上下移动时平衡油缸所产生的平衡力差值越小越好；b.停机后的一定时间内主轴箱要保持平衡，即停泵后的一定时间内系统要保持一定压力；c.主轴箱定位夹紧后，如果系统能保持平衡压力，油泵就卸荷；如果系统内压力降到比平衡压力低24公斤/厘米2时，油泵应供高压油。根据要求，机床主轴箱采用拖动和平衡分开的形式进行控制。从式（1）可以看出：用动滑轮可使平衡油缸活塞行程减小；从式（3）中可以看出：如提高P平，则F平可缩小，即油缸可适当减小。因此，与重锤配种相比，液压平衡能做到体积小、重量轻、结构紧凑。本机床对液压平衡系统有以下要求：a. 主轴箱在Y向上下移动时平衡油缸所产生的平衡力差值越小越好；b.停机后的一定时间内主轴箱要保持平衡，即停泵后的一定时间内系统要保持一定压力；c.主轴箱定位夹紧后，如果系统能保持平衡压力，油泵就卸荷；如果系统内压力降到比平衡压力低24公斤/厘米2时，油泵应供高压油。毕业设计（论文）根据要求，机床主轴箱采用拖动和平衡分开的形式进行控制。平衡系统如图2所示。工作原理：主轴箱向上运动，平衡油缸的活塞向下运动，油缸上腔增大，泵2输出的高压油经粉末烧结过滤器、电磁阀、纸质过滤器、减压阀、单向阀、平衡阀中的单向阀进入油缸上腔。主轴箱向下运动，活塞向下运动，油缸上腔减小，油被排出进入平衡阀，关闭单向阀，推开滑阀流回油箱。平衡压力用减压阀调节。由平衡系统工作原理可看出，系统中起重要作用的是平衡阀，其结构如图2.2所示。图2.2平衡阀装配图平衡油缸进油时高压油经孔P进入平衡阀，从这里一路经孔道5进入油腔3，作用在滑阀2的P面上；另一路推开单向阀1，进入油腔7，作用在滑阀2的B面上。油腔3压力比油腔7压力高，再加上弹簧4的作用力就把滑阀推向右端，处于关闭状态，油经A孔，进入平衡油缸。油缸排油时，排出油经P孔进入平衡阀油腔7，关闭单向阀，油无出路压力升高，克服作用在滑阀2A面上的油压力和弹簧力将滑阀推向左端，油腔7与回油腔6接通，油经O孔流回油箱。滑阀2推向左端，油腔3缩小，被排出油经孔道5、油孔P储存在蓄能器10中。蓄能器的充气压力为工作压力的70%左右。确定平衡压力为34千克力/厘米2。主轴箱上下移动（即活塞运动）平衡压力不同，有一个差值P。P=P平下-P平上式中：P平下主轴箱向下移动时平衡压力；P平上主轴箱向上移动时平衡压力；分析系统可知：P由三部分组成：P=P1+P2+P3式中：P1溢流阀3到平衡阀8之间的压力损失；P2平衡阀的压力损失P2=P21+P22P21平衡油缸进油时a点和b点的压差；P22平衡油缸排油时b点和a点的压差；P3平衡阀到平衡油缸之间管路损失；P3=P31+P32P31平衡油缸进油时b点到油缸口之间的管路损失；P32平衡油缸排油时油缸口到b点之间的管路损失。P1、P3与主轴箱运动速度V主有关，若V主增加，P1、P3有明显增加，也就是说，随着管路中油流速的增加，管路损失（包括局部损失和沿程损失）也增加。P2是由平衡阀本身的性能所决定的，它一方面与阀中两根弹簧有关，另一方面与阀中油流速和通道弯曲程度有关。了解主轴箱起动停止过程平衡压力变化情况。由电感位移计给出主轴箱起动信号。平衡油缸压力变化通过压力传感器，经六相应变仪放大，用自动记录仪同时记录下主轴箱起动和压力变化情况。在主轴箱起动、停止过程中压力都是平滑上升下降，无超调现象。为使主轴箱上下运动配重变化小（即P值小）应做到以下三点： a. 平衡阀出口b孔与平衡油缸进口越接近越好，建议平衡系统联结板放在平衡油缸进口处。b. 在单向阀前加减压阀，用它保持平衡阀进油口油压基本不变，减小P1对平衡压力的影响。c. 设计平衡阀时要使P2尽可能小。要使系统能在停机后保持一定压力，首要条件就是不漏油。在考虑系统时要选用不带外泄漏孔的元件（为此减压阀装在单向阀之前而不能装在平衡阀之前、单向阀之后），以免外泄漏，但在系统中不可避免有带内泄漏的元件如平衡阀和平衡油缸，对这些带内泄漏的元件就应使其内泄漏尽可能小。油泵卸荷是用压力继电器控制的。系统对压力继电器有以下要求：a. 发出信号的重复精度要高；b. 不应受外界干扰而给出误信号；c. 不灵敏区越小越好。主轴箱移动部分重量W主=1100千克，平衡油缸活塞直径D=95毫米，活塞杆直径d=25毫米，计算得出：V平=1/2V主=2500毫米/分P平=2W主/F平=2W主/0.25（D2-d2）33.4千克/厘米2Q平=F平V平=0.25（9.52-2.52）2501.118000厘米3/分计算平衡压力为34千克力/厘米2。2.2 负载分析2.2.1工作负载FL=G=11009.82N=21582N2.2.2摩擦负载静取静摩擦系数fs=0.2，动摩擦系数fd=0.1摩擦负载 Ffs=fsFL=0.221582N=4316.4N动摩擦负载 FFD=fdFL=0.121582N=2158.2N2.2.3惯性负载加速加速制动反向加速反向制动则液压缸各阶段中的负载如表3-1所示（）表3.1 液压缸各阶段中的负载工况计算公式总负载F/N缸推力F/N起动-17265.6 -15539.04 加速-19318.2-17386.38快上-19423.8 -17481.42制动-19529.4-17576.46反向启动25898.423308.56反向加速23832.621449.34快下 23740.221366.18反向制动23647.821283.022.3液压缸主要参数确定2.3.1初选液压缸的工作压力压力的选择根据载荷的大小和设备性能而定。还要考虑执行元件的装配空间，经济条件及元件供应情况的限制。在在和一定的情况下，工作压力低，势必要加大执行元件的机构尺寸。对某些设备来说，尺寸受到限制，从材料消耗角度看也不经济；反之，压力选的太高，对液压泵、液压缸、液压阀的元件的材质、密封、制造精度也要求很高，必然要提高设备的成本。具体参考表3.2和表3.3 。表3.2 按载荷选工作压力载荷/KN 50工作压力 500mm，故符合缸筒长度要求。c. 液压缸盖固定螺栓直径初步确定螺栓数为6个。液压缸缸盖固定螺栓在工作过程中承受拉应力，其直径可按下式校核式中，F为平衡液压缸的负载；z为固定螺栓个数；k为螺栓拧紧系数，=s/（1.22.5），s为材料屈服点。安全系数K=1.2，则ds=10.968mm故液压缸盖固定螺栓直径ds=12mm。d 液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚一般是指缸筒结构中最薄处的厚度。从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布规律因厚度不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。液压缸的内径D与其厚壁的比值的圆筒称为薄壁圆筒。一般用无缝钢管材料，大多属于薄壁圆筒结构，其薄壁按薄壁圆筒公式计算式中为液压缸壁厚D为液压缸内径为实验压力一般取最大工作压力的1.251.5倍为缸筒材料的许用应力。其值为；在中低压系统中，按上式计算所得液压缸壁厚往往很小，使缸体刚度不够容易产生变形，因此一般不做计算，按经验选取，必要时按上式进行校核。现取液压缸的壁厚为7mme. 缸盖的厚度确定液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t按强度要求可用两式计算。无孔时有孔时式中 t为缸盖有效厚度为缸盖止口内径为缸盖孔的直径现取取缸盖厚度为8mm，如图4.2所示。图4.2缸体前端盖 f. 最小导向长度的确定对一般的液压缸，最小导向长度H应满足以下要求活塞的宽度B一般取B=（0.61.0）D缸盖滑动支承面的长度，根据液压缸内径D而定当；可得mm。2.4.3平衡液压缸与主轴箱的连接由于两者之间有两个定滑轮和一个动滑轮，之间用链传动。链传动是以链条为中间传动件的啮合传动。按照用途不同，链可以分为起重链、牵引链和传动链三大类。链传动和带传动相比，链传动能保持平均传动比不变；传动效率高；张紧力小，因此作用在轴上的压力较小；能在低速重载和高温条件下及尘土飞扬的不良环境中工作。和齿轮传动相比，链传动可用于中心距较大的场合且制造精度低。但链传动只能传动平行轴之间的同向运动，不能保持恒定的瞬时传动比，运动平稳性差。基于以上原因选择了链传动，图4.3所示为主轴箱与平衡液压缸连接图。图4.3主轴箱与平衡液压缸连接图2.4.4防止杂质侵入为了防止液压油被污染，液压油箱应做成完全密封型的。在结构上应注意以下几点：(1) 不要将配管简单地插入液压油箱，这样空气、杂质和水分等便会从其周围的间隙侵入。同时应尽量避免将液压泵及马达直接装在液压油箱顶盖上。(2) 在接合面上需衬入密封填料、密封胶和液态密封胶，以保证可靠的气密性。例如，液压油箱的上盖可直接焊上，也可加密封垫（1.5mm厚以上的耐油密封垫）进行密封。(3) 为保证液压油箱通大气并净化抽吸空气，需配备空气滤清器。空气滤清器常设计成既能过滤空气又能加油的结构。在一般设备中，液压油箱多采用钢板焊接的分离式液压油箱【14】。2.4.5. 吸油管与回油管a. 油管出口回油管的出口形式有直口、斜口、弯管直口、带扩散器的出口等几种型式，斜口应用得较多，一般为45C斜口。为了防止液面波动，可以在回油管出口装扩散器。回油管必须旋转在液面以下，一般距液压油箱底面的距离大于300mm，回油管出口绝对不允许放在液面以上。b. 回油集管单独设置回油管当然是理想的，但不得已时则应使用回油集管。对溢流阀、顺序阀等，应注意合理设计回油集管，不要人为地施以背压。c. 泄漏油管的配置管子直径和长度要适当，管口应在液面之上，以避免产生背压。泄漏油管以单独配管为好，尽量避免与回油管集流配管的方法。d. 吸油管吸油管前一般应设置滤油器，其精度为100200目的网式或线隙式滤油器。滤油器要有足够的容量，避免阻力太大。滤油器与箱底间的距离就不小于20mm。吸油管应插入液压油面以下，防止吸油时卷吸空气或因流入液压油箱的液压油搅动油面，致使油中混入气泡【15】。e. 吸油管与回油管的方向为了使油液流动具有方向性，要综合考虑隔板、吸油管和回油管的配置，尽量把吸油管和回油管用隔板开。为了不使回油管的压力波动波及吸油管，吸油管及回油管的斜口方向应一致，而不是相对着。2.4.6液面指示为观察液压油箱内情况，应在箱的侧面安装液面指示计，指示最高，最低油位。液面指示计可选用带温度计的。本实验采用液位计选择YWZ-80。如图4.4所示。图4.4液位计2.4.7. 液压站的结构设计的注意事项(1) 液压装置中各部件、元件的布置要均匀、便于装配、调整、维修和使用，并且要适当地注意外观的整齐和美观。(2) 液压泵与电动机可装在液压油箱的盖上，也可装在液压油箱之处，主要考虑液压油箱的大小与刚度。(3) 在阀类元件的布置中，行程阀的安放位置必须靠近运动部件。手动换向阀的位置必须靠近部位。换向阀之间在留有一定的轴向距离，以便进行手动调整或装拆电磁铁。压力表及其形状应布置在便于观察和调整的地方。(4) 液压泵与机床相联的管道一般都先集中接到机床的中间接头上，然后再分别通向不同部件的各个执行机构中去，这样做有利于搬运、装拆和维修。(5) 硬管应贴地或沿着机床外形壁面敷设。相互平等的管道应保持一定的间隔，并用管夹固定。随工作部件运动的管道可采用软管、伸缩管或弹性管。软管安装时应避免发生扭转，以名影响使用寿命【16】。综上所述本试验台液压泵采用立式安装，液压泵与电动机采用法兰式联接正确安装调试及合理使用维护液压站，是保证其长期发挥和保持其良好工作性能的重要条件之一。为此，在液压站安装调试中，必须熟悉主机的工况特点及其液压系统的工作原理与液压站各组成部分的结构、功能和作用并严格按照设计要求来进行：在液压站使用维护中应对其加强日常维护和管理。2.4.8. 液压站的组装在组装液压站之前，首先应先熟悉有关技术文件和资料，如液压系统原理图、液压控制装置的集成回路图、电气原理图、液压站各部件（如液压油箱、液压泵组、液压控制装置、蓄能器装置）的总装图、管道布置土、液压元件和附件清单和有关产品样本等；然后按元件付存清单，准备好有关物资，并对其有关规格和质量按有关规定进行细致检查，加查不合格的元件和清单，不得装上液压站【18】。2.4.9. 滤油器的选择滤油器在液压系统中，滤去外部混入或系统内产生的液压油中的固体杂质，使得液压油保持清洁，延长液压系统的使用寿命保证系统工作的稳定性。滤油器一般分为网式滤油器线隙式滤油器纸质滤油器烧结式滤油器片式滤油器和磁性滤油器。线隙滤油器一般用于低压系统中，线隙滤油器一般安装于回有路或泵吸油口处，以便清洗或换滤芯。这种滤油器阻力小，通流能力大，但不易清洗。网式滤油器装在液压泵吸油管路上，用以保护液压泵，这种泵结构简单，通油能力强，过滤效率较差。纸质式滤油器用于要求过滤质量高的液压系统中，过滤效果好，精度高，但易赌塞，无法清洗，需常换纸心。烧结式滤油器用于要求过滤质量高的液压系统中，能在温度很高，压力较大的情况下工作，抗腐蚀性强。片式滤油器用于一般过滤，油流速度不超过0.5-1m/s用于强度大不易磨损，通油能力强，但材料较贵，过滤效果差，易堵塞。磁性滤油器用于吸附铁削与其他滤油器合用，结构简单滤清效果好。本次试验选用XU-J6*100型线隙滤油器。2.5.1. 液压元件的安装液压泵安装：液压泵与原动力、液压马达与其拖动的主机工作机构间的同轴度偏差应在0.1mm以内，轴线间的倾角不得大于1；不得用敲击方式安装联轴器，液压泵和液压马达的旋转方向及进出油口方向不得接饭。液压缸：安装前应仔细检查其活塞杆是否弯曲。液压缸有多种安装方式，对于底座世或法兰式液压缸可通过底座或法兰前设置挡块的方法，力求安装螺钉不直接承受负载，以减小倾覆力矩；对于轴销式或耳环式液压缸，则应使活塞杆顶端的连结头方向与耳轴方向一致，以保证活塞杆的稳定性。行程较长和油温较高的液压缸，一端应保持浮动，不补偿热膨胀的影响。阀类：方向阀一般应保持轴线水平安装；各油口出的密封圈在安装后应有一定压缩量以防泄漏；固定螺钉应均匀拧紧（勿用锤子敲打或强行扳拧），不要拧偏，最后使阀的安装平面与底板或油路块安装平面全部接触【19】。附件：应严格按照设计要求的位置安装，并注意便于使用、维护和调整；同时注意在符合设计要求情况下，保持整齐、美观。例如，压力表应装在振动较小、易观测处；蓄能器应安装在易用气瓶充气的地方；过滤器应尽量安装在易于拆卸、检查的位置；冷却器注意水质、水量、水温及冷却水结冰等问题，等等。3 液压站的使用与检查3 液压站的使用与检查3.1使用的一般注意事项液压站使用中的注意事项如下：(1) 低温下，油温应达到20C以上才准许顺序动作；油温高于60C时应注意系统的工作情况。 15(2) 停机4h以上的设备，应先使液压泵空载运转5min，再起动执行器工作。(3) 不许任意调整电气控制装置系统的互锁装置，随意移动各限位开关、挡块、行程撞块的位置。(4) 各种液压元、辅件未经主管部门同意，不准私自调节或拆换。(5) 液压站出现故障时，不准擅自乱动，应通知有关部门分析原因并排除。除上述几点外，还应按有关规定做好对各类液压件备件及液压油的管理工作【20】。3.2 检查液压系统种类繁杂，各有其特定用途和使用要求。为了及时了解和掌握液压站和整个系统的运行状况，消除故障隐患，缩短维修周期，通常应采用点检和定检的方法对系统进行检查【21】。4 结论4 结论本设计主要完成了以下内容1介绍了数控机床及其数控镗铣床的发展状况及发展趋势；2对平衡液压缸与主轴箱的连接进行了设计；3对数控镗铣床主轴箱的液压平衡系统性能

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