CN114193162A - 一种加工中心电主轴及加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种加工中心电主轴及加工中心，包括外壳、第一固定板、第二固定板、冷却套、后轴承，前轴承、芯轴、转子、定子、锁紧机构、电磁铁、拉刀机构、上密封座和下密封座，本发明通过冷却套和散热套对定子进行快速散热，从而提高了定子的散热效率，让处于定子中间的芯轴的温度下降的更加迅速，而且冷却气嘴能够通过散热孔往芯轴的中心吹入温度较低的气体，让芯轴的内部进行冷却散热，降低芯轴内部温度差造成的热变形差，另外本电主轴具有车铣复合的功能，通过锁紧机构进行转换，在车削的时候安装车刀，实现车削加工功能，在铣削的时候安装铣刀，实现铣削加工功能。

Description

一种加工中心电主轴及加工中心

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体为一种加工中心电主轴及加工中心。

背景技术

随着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，对机床结构等提出了更高的性能指标，随着科技发展，机械产品日趋精密复杂，加工这类产品使用普通机床或专用化程度高的自动化机床已不能适应这些要求，加工中心这种新型机床应运而生，加工中心具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点，因此应用逐渐广泛，电主轴是加工中心的核心部件之一，电主轴是从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来的部件，能够自主实现机床主轴与主轴电机的功能。

目前的电主轴在工作时，发热的主要热量主要是由电动机工作时变化的电场导致电损耗、机械损耗和磁损耗产生的，而这其中又有很大一部分由定子产生，定子产生的热量对于中间的芯轴影响极大，目前的电主轴在进行散热时，主要通过液体水冷进行散热，该方式只能够对定子进行散热，而且散热的效率低，无法进行快速的散热，这就导致处于中间的芯轴的温度下降十分的缓慢，解决芯轴内部温度差造成的热变形差对电主轴的性能和寿命的影响，此外，现有的电主轴一般是无法锁定的，这谁造成该电主轴只能够安装铣刀，进行铣削的工作，无法进行车削，为了方便使用，功能较为单一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加工中心电主轴及加工中心，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种加工中心电主轴，包括外壳、第一固定板、第二固定板、冷却套、后轴承，前轴承、芯轴、转子、定子、锁紧机构、电磁铁、拉刀机构、上密封座和下密封座，其中：

所述外壳的内部通过第一固定板和第二固定板固定有冷却套，所述冷却套的上端和下端内部分别安装有后轴承和前轴承，所述后轴承内固定有伸缩机构，所述伸缩机构的下端和芯轴的上端连接，用于随着芯轴的转动进行转动，并在芯轴膨胀伸长时对其进行调整，所述芯轴的下端固定在前轴承内；

所述冷却套内侧固定有定子，所述定子中心设置有可转动的转子，所述转子套在芯轴上，所述冷却套内部中空并通过进液管和出液管与外壳的外部进行连通，所述第一固定板上端安装有编码器，所述编码器和伸缩机构同轴连接，所述外壳的上下两端分别固定有上密封座和下密封座，所述第二固定板下端的芯轴与锁紧机构同轴连接，所述锁紧机构下方的下密封座上固定有电磁铁，用于在通电时吸附锁紧机构向下运动锁紧芯轴使其无法转动；

所述锁紧机构下方同轴连接有拉刀机构，所述拉刀机构贯穿下密封座延伸至外部，用于固定加工刀具，所述芯轴内部中空，且第二固定板下端的芯轴侧面设置有若干组与其中心连通的散热孔，与散热孔水平的外壳侧面上安装有冷却气嘴，所述冷却气嘴喷口方向朝向散热孔，所述冷却套外侧固定有散热套，所述散热套外侧面紧贴外壳的内侧面。

优选的，所述上密封座由上座体、电缆插头、进液头和排液头构成，所述上座体固定在外壳上端，所述上座体上固定有电缆插头、进液头和排液头，所述电缆插头和定子、电磁铁、编码器电性连接，所述进液头和进液管连接，所述排液头和出液管连接。

优选的，所述伸缩机构由上定杆、锁紧杆、锁紧滑块和挤压弹簧构成，所述上定杆固定在后轴承内，且上定杆的内部中空，所述上定杆的内侧面和其下端的芯轴内侧面均匀设置有若干个滑动锁紧槽，所述锁紧杆的上下端外侧面固定有与滑动锁紧槽相匹配的锁紧滑块，所述锁紧杆的上下两端分别套在锁紧杆和芯轴内，所述锁紧滑块分别卡在锁紧杆和芯轴的滑动锁紧槽内，且滑动锁紧槽的高度大于锁紧滑块的高度，所述上定杆的上端面设置有挤压弹簧，所述挤压弹簧的上端抵在上定杆内端面上。

优选的，所述锁紧机构由滑道、锁紧环、扭力臂、金属环、复位弹簧和锁紧台构成，所述锁紧台的上下端分别与芯轴的下端和拉刀机构上端连接，所述锁紧台上端的芯轴上套有锁紧环，所述锁紧环的四周固定有扭力臂，所述外壳下端内侧壁设置有滑道，所述扭力臂另一端卡在滑道内，所述滑道内设置有复位弹簧，所述复位弹簧的上下端分别抵在扭力臂下侧面和密封座上端面，所述电磁铁上方的扭力臂下端固定有金属环，所述锁紧台为六棱柱形状，所述锁紧环的设置有与锁紧台形状相匹配的六边形锁孔。

优选的，所述拉刀机构由刀柄、HSK夹持柄和锁紧螺母构成，所述刀柄上端固定在锁紧台下端，且穿过下密封座，所述刀柄下端内部中空，且安装有HSK夹持柄，所述锁紧螺母通过螺纹的方式安装在刀柄下端,用于挤压HSK夹持柄使其夹持住刀具。

优选的，所述散热孔外围的芯轴侧面固定有一圈加强板，且加强板上也设置有散热孔，所述芯轴和加强板上的散热孔相对应。

优选的，所述散热套为片状的散热板叠加构成，且相邻的散热板之间具有一定的缝隙。

本发明另外还公开一种加工中心，其中，所述加工中心用于实现车削、铣削转换功能，所述加工中心采用上述的电主轴。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过冷却套和进液管、出液管相配合对其内侧的定子进行液体循环冷却，而且冷却套外侧的散热套能够增大散热面积，对冷却套内部的冷却液体进行散热，从而提高了定子的散热效率，大大降低了芯轴、转子和定子之间的热交换时间，让处于中间的芯轴的温度下降的更加迅速，加上冷却气嘴能够通过散热孔往芯轴的中心吹入温度较低的气体，从而让芯轴的内部进行冷却散热，降低芯轴内部温度差造成的热变形差，增大电主轴的性能和寿命的影响；

2、本发明通过锁紧机构和电磁铁的配合能够锁紧芯轴，在电磁铁通电时带动锁紧机构进行运动，让锁紧机构锁紧芯轴，使其无法进行转动，此时整个电主轴可以作为车削刀具的安装架使用，而在电磁铁未进行工作时，芯轴可以正常转动，安装铣刀进行使用，从而让本电主轴具有车铣复合的功能，通过锁紧机构进行转换，在车削的时候安装车刀，实现车削加工功能，在铣削的时候安装铣刀，实现铣削加工功能。

附图说明

图1为本发明整体内部分解结构示意图；

图2为本发明整体内部结构示意图；

图3为本发明整体剖面结构示意图；

图4为本发明中伸缩机构的结构示意图；

图5为本发明中转子和定子的结构示意图；

图6为本发明中散热套的结构示意图；

图7为本发明中锁紧机构的分解结构示意图；

图8为本发明中锁紧机构的整体结构示意图；

图9为本发明中拉刀机构的分解结构示意图；

图10为本发明中底上密封座的结构示意图。

图中：1外壳、2第一固定板、3第二固定板、4冷却套、41进液管、42出液管、5后轴承，6前轴承、7芯轴、71散热孔、72加强板、8转子、9定子、10锁紧机构、1001滑道、1002锁紧环、1003扭力臂、1004金属环、1005复位弹簧、1006锁紧台、11电磁铁、12拉刀机构、1201刀柄、1202HSK夹持柄、1203锁紧螺母、13上密封座、1301上座体、1302电缆插头、1303进液头、1304排液头、14下密封座、15伸缩机构、1501上定杆、1502锁紧杆、1503锁紧滑块、1504挤压弹簧、151滑动锁紧槽、16编码器、17散热套、18冷却气嘴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1至图10，本发明提供一种技术方案：

一种加工中心电主轴，包括外壳1、第一固定板2、第二固定板3、冷却套4、后轴承5，前轴承6、芯轴7、转子8、定子9、锁紧机构10、电磁铁11、拉刀机构12、上密封座13和下密封座14，其中：

所述外壳1的内部通过第一固定板2和第二固定板3固定有冷却套4，所述第一固定板2安装在冷却套4的上端，第二固定板3安装在冷区套4的下端，所述冷却套4的上端和下端内部分别安装有后轴承5和前轴承6，所述后轴承5内固定有伸缩机构15，所述伸缩机构15由上定杆1501、锁紧杆1502、锁紧滑块1503和挤压弹簧1504构成，所述上定杆1501固定在后轴承5内，且上定杆1501的内部中空，所述上定杆1501的内侧面和其下端的芯轴7内侧面均匀设置有若干个滑动锁紧槽151，所述锁紧杆1502的上下端外侧面固定有与滑动锁紧槽151相匹配的锁紧滑块1503，所述锁紧杆1502的上下两端分别套在锁紧杆1502和芯轴7内，所述锁紧滑块1503分别卡在锁紧杆1502和芯轴7的滑动锁紧槽151内，且滑动锁紧槽151的高度大于锁紧滑块1503的高度，锁紧滑块1503能够在滑动锁紧槽151进行上下运动，但是由于二者的锁紧效果，无法进行相对转动，所以在芯轴7转动时整个伸缩机构15也随之转动，伸缩机构15在转动时还能够起到在上端固定芯轴的作用，所述上定杆1501的上端面设置有挤压弹簧1504，所述挤压弹簧1504的上端抵在上定杆1501内端面上，上定杆1501的下端与芯轴7上端具有一定的距离。

所述芯轴7的下端固定在前轴承6内，在芯轴7转动时，下端在前轴承6内进行转动，上端通过伸缩机构15固定在后轴承5内进行转动，从而保证芯轴7的上下两端固定且可转动，由于芯轴7在工作中时，在转子8和定子9等因素的影响下，十分容易发热，在发热时径向会产生轻微的碰撞，即长度会变长，此时芯轴7的下端由于固定在前轴承6内无法进行伸长，所以径向的形变量都在上端，芯轴7上端会挤压锁紧杆1502向上运动，锁紧滑块1503在滑动锁紧槽151内向上运动，从而容纳芯轴7径向的形变量，此时压缩挤压弹簧1504，在芯轴7冷却形变量消失后，与挤压弹簧1504弹力释放，锁紧杆1502复位，芯轴7直接与后轴承5和前轴承6连接的方式比，采用径向可伸缩的方式与后轴承5连接，能够有效的避免温度升高时形变对芯轴7的损坏。

所述冷却套4内侧固定有定子9，所述定子9中心设置有可转动的转子8，所述转子8套在芯轴7上，定子9为线圈绕组，转子8永磁体，定子9通电产生磁场驱动转子8转动，从而带动芯轴7转动，所述冷却套4内部中空并通过进液管41和出液管42与外壳1的外部进行连通，冷却套4内部能够通入冷却液，配合进液管41和出液管42实现冷却液一进一出的快速流动，从而通过流动的冷却液带走定子9产生的热量，所述第一固定板2上端安装有编码器16，所述编码器16和上定杆1501同轴连接，上定杆1501和芯轴7的转动参数相同，编码器只要16采集芯轴7的转动速度等转动参数，所述外壳1的上下两端分别固定有上密封座13和下密封座14。

所述第二固定板3下端的芯轴7与锁紧机构10同轴连接，所述锁紧机构10下方的下密封座14上固定有电磁铁11，所述锁紧机构10由滑道1001、锁紧环1002、扭力臂1003、金属环1004、复位弹簧1005和锁紧台1006构成，所述锁紧台1006的上下端分别与芯轴7的下端和拉刀机构12上端连接，芯轴7转动时能够带动锁紧台1006和拉刀机构12转动，所述锁紧台1006上端的芯轴上套有锁紧环1002，所述锁紧环1002的四周固定有扭力臂1003，所述外壳1下端内侧壁设置有滑道1001，所述扭力臂1003另一端卡在滑道内1001，所述滑道1001内设置有复位弹簧1005，所述复位弹簧1005的上下端分别抵在扭力臂1003下侧面和密封座14上端面，扭力臂1003和锁紧环1002能够沿着滑道1001上下滑动，由于滑道1001的存在，二者无法进行转动，所述电磁铁11上方的扭力臂1003下端固定有金属环1004，所述锁紧台1006为六棱柱形状，所述锁紧环1002的设置有与锁紧台1006形状相匹配的六边形锁孔，所述锁孔的直径大小大于锁紧环1002周围的芯轴7直径，在电磁铁11通电时能够吸附上方的金属环1004使其靠近电磁铁11，从而带动扭力臂1003和锁紧环1002向下运动，让锁紧环1002套在锁紧台1006上，让锁紧台1006无法转动，从而锁紧芯轴7，此时复位弹簧1005压缩，在电磁铁11失电时，复位弹簧1005的弹力释放，扭力臂1003和锁紧环1002复位，锁紧环1002脱离锁紧台1006，芯轴7等可以自由的转动，锁紧环1002套在锁紧台1006时，此时整个电主轴可以作为车削刀具的安装架使用，而在锁紧环1002脱离锁紧台1006时，芯轴7可以正常转动，从而让本电主轴具有车铣复合的功能，通过锁紧机构10进行转换，在车削的时候安装车刀，实现车削加工功能，在铣削的时候安装铣刀，实现铣削加工功能。

所述锁紧机构10下方同轴连接有拉刀机构12，所述拉刀机构12贯穿下密封座14延伸至外部，用于固定加工刀具，所述拉刀机构12由刀柄1201、HSK夹持柄1202和锁紧螺母1203构成，所述刀柄1201上端固定在锁紧台1006下端，且穿过下密封座14，所述刀柄1201下端内部中空，且安装有HSK夹持柄1202，所述锁紧螺母1203通过螺纹的方式安装在刀柄1201下端,用于挤压HSK夹持柄1202使其夹持住刀具，刀具的刀根安装在HSK夹持柄1202内，拧紧锁紧螺母1203时会不断的挤压HSK夹持柄1202，使其夹紧刀具，HSK夹持柄1202的接口形式具有良好的动静态联接特性、高重复定位精度、高可靠性和可传递大扭矩等特点，可以满足高速条件下的高精度要求。

所述芯轴7内部中空，且第二固定板3下端的芯轴7侧面设置有若干组与其中心连通的散热孔71，与散热孔71水平的外壳1侧面上安装有冷却气嘴18，所述冷却气嘴18喷口方向朝向散热孔71，所述散热孔71外围的芯轴7侧面固定有一圈加强板72，且加强板72上也设置有散热孔71，所述芯轴7和加强板72上的散热孔相对应，加强板72加强此处芯轴7的强度，冷却气嘴18能够通过散热孔71往芯轴7的中心吹入温度较低的气体，从而从芯轴7的内部进行冷却散热，所述冷却套4外侧固定有散热套17，所述散热套17外侧面紧贴外壳1的内侧面，所述散热套17为片状的散热板叠加构成，且相邻的散热板之间具有一定的缝隙，增大散热套17的散热面积，冷却套4外侧的散热套17能够增大散热面积，对冷却套4内部的冷却液体进行散热，从而提高了定子9的散热效率，大大降低了芯轴7、转子8和定子9之间的热交换时间，配合冷却套4对内侧的定子9进行液体循环冷却的方式，从而让处于中间的芯轴7的温度下降的更加迅速，降低芯轴7部温度差造成的热变形差，增大电主轴的性能和寿命的影响。

所述上密封座13由上座体1301、电缆插头1302、进液头1303和排液头1304构成，所述上座体1301固定在外壳1上端，所述上座体1301上固定有电缆插头1302、进液头1303和排液头1304，所述电缆插头1302和定子9、电磁铁11、编码器16电性连接，用于为定子9、电磁铁11和编码器16提供与外部控制设备的连接接头，所述进液头1303和进液管41连接，所述排液头1304和出液管42连接，方便进液管41和出液管42与外部的冷却液循环设备连接。

本发明另外还公开一种加工中心，其中，所述加工中心用于实现车削、铣削转换功能，所述加工中心采用上述的电主轴。

本发明的使用原理：本发明在使用前将电缆插头1302与外部的定子9、电磁铁11和编码器16控制设备连接，便于操作控制定子9、电磁铁11和编码器16的工作状态，将进液头1303和排液头1304和与外部的冷却液循环设备连接，将冷却气嘴18和外部的气泵等设备相连接，将电主轴整体安装在加工中心上，松动锁紧螺母1203，将需要使用的铣刀或者车刀等刀具的刀根安装在HSK夹持柄1202内，拧紧锁紧螺母1203，让HSK夹持柄1202夹紧刀具；

当需要实现车削加工功能时，HSK夹持柄1202内安装车刀，让电磁铁11通电吸附上方的金属环1004使其靠近电磁铁11，此时锁紧环1002套在锁紧台1006，锁紧芯轴7使其无法运动，整个电主轴作为车削刀具的安装架使用；

当需要实现铣削加工功能时，HSK夹持柄1202内安装铣刀，电磁铁11不工作，芯轴7可以正常的转动，将定子9通电，此时转子8带动芯轴7快速转动，铣刀同样快速转动，让外部的冷却液循环设备和气泵等设备工作，冷却套4内部有冷却液流过，对其内侧的定子进行液体循环冷却，冷却套4外侧的散热套17对冷却套4内部的冷却液体进行散热，冷却气嘴能够通过散热孔往芯轴的中心吹入温度较低的气体，让芯轴7的内部进行冷却散热，降低芯轴7内部温度差造成的热变形差。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种加工中心电主轴，包括外壳(1)、第一固定板(2)、第二固定板(3)、冷却套(4)、后轴承(5)，前轴承(6)、芯轴(7)、转子(8)、定子(9)、锁紧机构(10)、电磁铁(11)、拉刀机构(12)、上密封座(13)和下密封座(14)，其特征在于：

所述外壳(1)的内部通过第一固定板(2)和第二固定板(3)固定有冷却套(4)，所述冷却套(4)的上端和下端内部分别安装有后轴承(5)和前轴承(6)，所述后轴承(5)内固定有伸缩机构(15)，所述伸缩机构(15)的下端和芯轴(7)的上端连接，用于随着芯轴(7)的转动进行转动，并在芯轴(7)膨胀伸长时对其进行调整，所述芯轴(7)的下端固定在前轴承(6)内；

所述冷却套(4)内侧固定有定子(9)，所述定子(9)中心设置有可转动的转子(8)，所述转子(8)套在芯轴(7)上，所述冷却套(4)内部中空并通过进液管(41)和出液管(42)与外壳(1)的外部进行连通，所述第一固定板(2)上端安装有编码器(16)，所述编码器(16)和伸缩机构(15)同轴连接，所述外壳(1)的上下两端分别固定有上密封座(13)和下密封座(14)，所述第二固定板(3)下端的芯轴(7)与锁紧机构(10)同轴连接，所述锁紧机构(10)下方的下密封座(14)上固定有电磁铁(11)，用于在通电时吸附锁紧机构(10)向下运动锁紧芯轴(7)使其无法转动；

所述锁紧机构(10)下方同轴连接有拉刀机构(12)，所述拉刀机构(12)贯穿下密封座(14)延伸至外部，用于固定加工刀具，所述芯轴(7)内部中空，且第二固定板(3)下端的芯轴(7)侧面设置有若干组与其中心连通的散热孔(71)，与散热孔(71)水平的外壳(1)侧面上安装有冷却气嘴(18)，所述冷却气嘴(18)喷口方向朝向散热孔(71)，所述冷却套(4)外侧固定有散热套(17)，所述散热套(17)外侧面紧贴外壳(1)的内侧面。

2.根据权利要求1所述的一种加工中心电主轴，其特征在于：所述上密封座(13)由上座体(1301)、电缆插头(1302)、进液头(1303)和排液头(1304)构成，所述上座体(1301)固定在外壳(1)上端，所述上座体(1301)上固定有电缆插头(1302)、进液头(1303)和排液头(1304)，所述电缆插头(1302)和定子(9)、电磁铁(11)、编码器(16)电性连接，所述进液头(1303)和进液管(41)连接，所述排液头(1304)和出液管(42)连接。

3.根据权利要求1所述的一种加工中心电主轴，其特征在于：所述伸缩机构(15)由上定杆(1501)、锁紧杆(1502)、锁紧滑块(1503)和挤压弹簧(1504)构成，所述上定杆(1501)固定在后轴承(5)内，且上定杆(1501)的内部中空，所述上定杆(1501)的内侧面和其下端的芯轴(7)内侧面均匀设置有若干个滑动锁紧槽(151)，所述锁紧杆(1502)的上下端外侧面固定有与滑动锁紧槽(151)相匹配的锁紧滑块(1503)，所述锁紧杆(1502)的上下两端分别套在锁紧杆(1502)和芯轴(7)内，所述锁紧滑块(1503)分别卡在锁紧杆(1502)和芯轴(7)的滑动锁紧槽(151)内，且滑动锁紧槽(151)的高度大于锁紧滑块(1503)的高度，所述上定杆(1501)的上端面设置有挤压弹簧(1504)，所述挤压弹簧(1504)的上端抵在上定杆(1501)内端面上。

4.根据权利要求1所述的一种加工中心电主轴，其特征在于：所述锁紧机构(10)由滑道(1001)、锁紧环(1002)、扭力臂(1003)、金属环(1004)、复位弹簧(1005)和锁紧台(1006)构成，所述锁紧台(1006)的上下端分别与芯轴(7)的下端和拉刀机构(12)上端连接，所述锁紧台(1006)上端的芯轴上套有锁紧环(1002)，所述锁紧环(1002)的四周固定有扭力臂(1003)，所述外壳(1)下端内侧壁设置有滑道(1001)，所述扭力臂(1003)另一端卡在滑道内(1001)，所述滑道(1001)内设置有复位弹簧(1005)，所述复位弹簧(1005)的上下端分别抵在扭力臂(1003)下侧面和密封座(14)上端面，所述电磁铁(11)上方的扭力臂(1003)下端固定有金属环(1004)，所述锁紧台(1006)为六棱柱形状，所述锁紧环(1002)的设置有与锁紧台(1006)形状相匹配的六边形锁孔。

5.根据权利要求4所述的一种加工中心电主轴，其特征在于：所述拉刀机构(12)由刀柄(1201)、HSK夹持柄(1202)和锁紧螺母(1203)构成，所述刀柄(1201)上端固定在锁紧台(1006)下端，且穿过下密封座(14)，所述刀柄(1201)下端内部中空，且安装有HSK夹持柄(1202)，所述锁紧螺母(1203)通过螺纹的方式安装在刀柄(1201)下端,用于挤压HSK夹持柄(1202)使其夹持住刀具。

6.根据权利要求1所述的一种加工中心电主轴，其特征在于：所述散热孔(71)外围的芯轴(7)侧面固定有一圈加强板(72)，且加强板(72)上也设置有散热孔(71)，所述芯轴(7)和加强板(72)上的散热孔相对应。

7.根据权利要求1所述的一种加工中心电主轴，其特征在于：所述散热套(17)为片状的散热板叠加构成，且相邻的散热板之间具有一定的缝隙。

8.一种加工中心，其特征在于：所述加工中心用于实现车削、铣削转换功能，所述加工中心采用权利要求1-7任一项所述的电主轴。

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