學好UG數(shù)控編程應具備的知識：問答

2016-12-04 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

數(shù)控加工基本知識

1、CNC的基本含義

小疑問---什么是CNC?什么是電腦鑼?學CNC主要學什么?

CNC是英文Computer Numberical Control的縮寫,意思是“計算機數(shù)據(jù)控制”,簡單地說就是“數(shù)控加工”,在珠江三角洲地區(qū),人們稱為“電腦鑼”。

數(shù)控加工是當今機械制造中的先進加工技術,是一種具有高效率、高精度與高柔性特點的自動化加工方法。它是將要加工工件的數(shù)控程序輸入給機床,機床在這些數(shù)據(jù)的控制下自動加工出符合人們意愿的工件,以制造出美妙的產(chǎn)品,這樣就可以把藝術家的想象變?yōu)楝F(xiàn)實的商品。數(shù)控加工技術可有效解決像模具這樣復雜、精密、小批多變的加工問題,充分適應了現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。大力發(fā)展數(shù)控加工技術已成為我國加速發(fā)展經(jīng)濟、提高自主創(chuàng)新能力的重要途徑。

目前我國數(shù)控機床使用越來越普遍,能熟練掌握數(shù)控機床編程,是充分發(fā)揮其功能的重要途徑。社會上急需一大批這樣的人才。因此學好這門技術大有用武之地。

2、CNC機床的工作原理

小疑問---數(shù)控加工機床如何工作?CNC如何加工模具?

一般來說,數(shù)控機床由機床本體、數(shù)控系統(tǒng)(CNC系統(tǒng)是數(shù)控機床的核心,是臺專用計算機)、驅動裝置及輔助裝置等部分組成。而數(shù)控系統(tǒng)的基本功能有輸入功能、插補功能及伺服控制等。它的工作過程是:通過輸入功能接收到數(shù)控程序后結合操作員已經(jīng)在面板上設定的對刀參數(shù)、控制參數(shù)和補償參數(shù)等數(shù)據(jù)進行譯碼,并進行邏輯運算,轉化為一系列邏輯電信號,從而發(fā)出相應的指令脈沖來控制機床的驅動裝置,使機床各軸運動,操作機床實現(xiàn)預期的加工功能。

模具設計師根據(jù)客戶產(chǎn)品圖,設計出3D模具(也叫分模)后,就需要對模具圖檔進行數(shù)控編程。確定加工刀具大小、切削走刀方式后,用UG即可編出數(shù)控程序。這個數(shù)控程序是個文本文件,里面是機床能識別的代碼。機床操作員收到程序單及數(shù)控程序后,就要按要求在數(shù)控機床工作臺上裝夾工件,在主軸上裝上刀具,按要求對刀,在機床面板中設定對刀參數(shù),根據(jù)機床的具體情況修改個別指令后就通過網(wǎng)絡DNC把數(shù)控程序傳給機床。機床上的刀具在這些數(shù)控指令的控制下進行切削運動,其他冷卻系統(tǒng)同步工作,這樣一條接著一條的程序都執(zhí)行完,模具就加工出來了。

3、CNC加工工藝的特點

小疑問---CNC數(shù)控加工工藝有何獨特之處?

CNC數(shù)控加工工藝是機械加工的一種,也遵守機械加工切削規(guī)律,與普通機床的加工工藝大體相同。由于它是把計算機控制技術應用于機械加工之中的一種自動化加工,因而具有加工效率高、精度高等特點,加工工藝有其獨特之處,工序較為復雜,工步安排較為詳盡周密。

CNC數(shù)控加工工藝包括刀具的選擇、切削參數(shù)的確定及走刀工藝路線的設計等內容。CNC數(shù)控加工工藝是數(shù)控編程的基礎及核心,只有工藝合理,才能編出高效率和高質量的數(shù)控程序。衡量數(shù)控程序好壞的標準是:最少的加工時間、最小的刀具損耗及加工出最佳效果的工件。

數(shù)控加工工序是工件整體加工工藝的一部分,甚至是一道工序。它要與其他前后工序相互配合,才能最終滿足整體機器或模具的裝配要求,這樣才能加工出合格的零件。

數(shù)控加工工序一般分為粗加工、中粗清角加工、半精加工及精加工等工步。

粗加工要盡量選用較大的刀,在機床功率或刀具能承受的范圍內盡可能用較大切削量快速地切除大量的工件材料。為了防止粗加工時的切削振動使工件松動,在開粗后應該及時校表檢查,必要時重新對刀?？梢栽陂_粗后進行基準面的精加工光刀,為以后校表檢查做好準備。

對于具有復雜型腔的工件,由于開粗用了較大刀具,使得角落處殘存大量的余量,必須用比粗加工時較小的刀具進行二次開粗或清角。加工面積比較大的情況下,為了減少刀具損耗可以進行半精加工。

以上各步為了防止過切都必須留足夠多的余量,最后進行精加工工序。一般情況下,盡量在機床上檢驗,合格后才拆下,再準備下一件加工。

4、CNC刀具的選擇和選購

小疑問---CNC常用刀具有哪些?如何選擇刀具?

1)CNC刀具種類

常用的數(shù)控銑刀具按形狀分為平底刀、圓鼻刀和球刀3種。

(1)平底刀

平底刀也叫平刀或端銑刀,周圍有主切削刃,底部為副切削刃?？梢杂糜陂_粗及清角、精加工側平面及水平面。常用的有ED20、ED19.05(3/4英寸)、ED16、ED15.875(5/8英寸)、ED12、ED10、ED8、ED6、ED4、ED3、ED2、ED1.5、ED1、ED0.8及ED0.5等。E是End Mill的第一個字母;D表示切削刃直徑。

一般情況下,開粗時盡量選較大直徑的刀,裝刀時盡可能短,以保證有足夠的剛度,避免彈刀。在選擇小刀時,要結合被加工區(qū)域,確定最短的刀鋒長及直身部分長,選擇本公司現(xiàn)有的最合適的刀。

如果側面帶斜度叫斜度刀,可以精加工斜面。

(2)圓鼻刀

圓鼻刀也叫平底R刀,可用于開粗、平面光刀和曲面外形光刀。一般角半徑為R0.1~R8。一般有整體式和鑲刀粒式的刀把刀。鑲刀粒的圓鼻刀也叫“飛刀”,主要用于大面積的開粗及水平面光刀。常用的有ED30R5、ED25R5、ED16R0.8、ED12R0.8及ED12R0.4等。飛刀開粗加工盡量選大刀,加工較深區(qū)域時,裝刀長度先裝短加工較淺區(qū)域,再裝長加工較深區(qū)域,以提高效率且不過切。

(3)球刀

球刀也叫R刀,主要用于曲面中光刀及光刀。常用的球刀有BD16R8、BD12R6、BD10R5、BD8R4、BD6R3、BD5R2.5(常用于加工流道)、BD4R2、BD3R1.5、BD2R1、BD1.5R0.75及BD1R0.5。B是Ball Mill的第一個字母。

一般情況下,要通過測量被加工圖形的內圓半徑來確定精加工所用的刀具,盡量選大刀光刀、小刀補刀加工。

2)刀具材料

在金屬切削加工中,刀具材料也就是切削部分,要承受很大的切削力和沖擊,并受到工件及切屑的劇烈摩擦,產(chǎn)生很高的切削溫度。其切削性能必須要有以下方面。

(1)高的硬度:HRC62以上,至少要高于被加工材料的硬度。

(2)高的耐磨性:通常情況下,材料越硬、組織中碳物越多、顆粒越細、分布越均勻,其耐磨性就越高。

(3)足夠的強度與韌性。

(4)高的耐熱性。

(5)良好的導熱性。

(6)良好的工藝性和經(jīng)濟性。

為了滿足以上要求,現(xiàn)在的數(shù)控刀具一般由以下材料制成:

(1)高速鋼,如WMoAl系列。

(2)硬質合金,如YG3等。

(3)新型硬質合金,如YG6A。

(4)涂層刀具,如TiC、TiN、Al2O3。

(5)陶瓷刀具。在高溫下仍能承受較高的切削速度。

(6)超硬刀具材料。

3)刀具的選購

現(xiàn)在刀具大多都商品化及標準化,選購時要索取刀具公司的規(guī)格圖冊,結合本廠的加工條件,選擇耐用度高的刀具,以確保最佳的經(jīng)濟效益。如果本廠產(chǎn)品變化不大,那么刀具種類應盡可能少而精。

數(shù)控編程基礎

1、編數(shù)控程序的作用

小疑問---為什么要編寫數(shù)控程序?

因為數(shù)控機床是一種自動化的機床,加工時,是根據(jù)工件圖樣要求及加工工藝過程,將所用刀具及各部件的移動量、速度和動作先后順序、主軸轉速、主軸旋轉方向、刀頭夾緊、刀頭松開及冷卻等操作,以規(guī)定的數(shù)控代碼形式編成程序單,輸入到機床專用計算機中。然后,數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)輸入的指令進行編譯、運算和邏輯處理后,輸出各種信號和指令,控制各部分根據(jù)規(guī)定的位移和有順序的動作,加工出各種不同形狀的工件。因此,程序的編制對于數(shù)控機床效能的發(fā)揮影響極大。

2、數(shù)控程序標準

小疑問---數(shù)控程序是什么樣子?

數(shù)控機床必須把代表各種不同功能的指令代碼以程序的形式輸入數(shù)控裝置,由數(shù)控裝置進行運算處理,然后發(fā)出脈沖信號來控制數(shù)控機床的各個運動部件的操作,從而完成零件的切削加工。

目前數(shù)控程序有兩個標準:國際標準化組織的ISO和美國電子工業(yè)協(xié)會的EIA。我國采用ISO代碼。

3、加工坐標系與機械坐標系

小疑問---加工坐標系與機械坐標系是一回事嗎?

大部分立式數(shù)控加工中心或數(shù)控機床規(guī)定:假設工作臺不動,操作員站在機床前觀察刀具運動,刀具向右為X軸,向里為Y軸,向上為Z軸,均為右手笛卡兒坐標系。機床各軸回零在某固定點上,此點為機床的機械零點。

編程時在工件較方便找正的位置確定的零點為編程零點。模具廠的工件,因開始加工的坯料大多是長方體,一般零點選在工件的對稱中心,也叫“四邊分中”的位置,為X、Y軸的零點,Z值大多定在最高面處。

4、程序代碼

在眾多機床系統(tǒng)中,目前常用的數(shù)控程序代碼是G代碼。以下為FANUC系統(tǒng)指令中最為常用的且重要的指令。

1)運動指令

(1)G90為絕對值編程,G91為相對值編程。

(2)G00為刀具按機床設定的固定速度快速移動,也可寫成G0。

如刀具從A(3.0,6.0,0.0)走到B(10.0,12.0,0.0),則程序為N01 G90 G00 X10.0 Y12.0 Z0或N01 G91 G00 X7.0 Y6.0 Z0。

要指出的是,此程序不能用于切削,只能用于快速回刀,而且并不是按F值走直線AB,而是走折線ACB,如圖1-1所示。

圖1-1 沿ACB快速運動

要注意:正因為G00并不像計算機里顯示的那樣走直線,所以編程時移刀的安全高度要足夠高,否則實際加工中可能出現(xiàn)過切,而計算機卻查不出來。

(3)G01為按指定速度做直線運動,也可寫成G1。

如刀具從A點(3.0,6.0,0.0)走到B點(10.0,12.0,0.0),則程序為N01 G90 G01 X10.0 Y12.0 Z0 F500或N01 G01 G91 X7.0 Y6.0 Z0 F500。N01表示程序段號,可以省略,F500表示進給速度,每分鐘走500mm。

(4)G02為順時針圓弧,G03為逆時針圓弧,也可寫成G2或G3。

如圖1-2所示,在XY平面內,如刀具從A點(3.0,6.0,0.0)沿圓弧順時針方向走到B點(10.0,12.0,0.0),半徑為6.0,圓心為C2(8.999,6.084,0),則程序為G90 G02 X10.0 Y12.0 R6.0或G90 G02 X10.0 Y12.0 I5.999 J0.084。

如刀具從B點(10.0,12.0,0.0)沿圓弧逆時針方向走到A點(3.0,6.0,0.0),半徑為6.0,圓心為C2(8.999,6.084,0),則程序為G90 G03 X3.0 Y6.0 R6.0或G90 G03 X3.0 Y6.0 I-1.001 J-5.916。R表示圓弧半徑,I、J、K是圓心相對于起點的相對坐標。

這些都是模態(tài)指令,如前一程序段已指定,本條相同則可以省略。

知識拓展:有些機床的R指令可能是非模態(tài),NC程序就不能輕易省略。有些機床的I、J、K要求是圓心絕對坐標值,則以上的NC程序就不能正常運行。剛接觸新機床要注意這些問題。

2、坐標系設置

G54~G59一般為6個,但有些新機床可擴展到G540~G599。

3、補償指令

G41為左補償,G42為右補償。沿著刀具前進方向看,刀具在加工軌跡的左邊,就稱作左補償,否則為右補償。G40為取消補償。G43為刀具長度補償,G49為取消長度補償。

4、輔助功能

qM00為程序暫停,也可寫成M0。

qM01為操作暫停,也可寫成M1。

qM02為程序停,也可寫成M2。

qM03為刀具正轉,也可寫成M3。

qM05為刀具停轉,也可寫成M5。

qM06為換刀,也可寫成M6。在加工中心,刀具要根據(jù)在刀架中的排列位置確定刀號。如T5 M06,表示先選擇T5刀,再用機械手將刀裝上刀主軸中。

qM08為開冷卻油,也可寫成M8。

qM09為關冷卻油,也可寫成M9。

qM30為程序結束,紙帶倒帶或程序返回開始處。

注意:有些機床要求同一條語句只能有一個M指令,最后一個才起作用。為了保險起見,可把要加入的M指令分作不同的NC語句。其他不常用的代碼不再介紹,如果今后工作中要用到,可參考機床說明書。

編程軟件簡介

小疑問---復雜程序怎么編?編程軟件有哪些?究竟哪個好用?

隨著技術的進步,3D的數(shù)控編程一般很少采用手工編程,而使用商品化的CAD/CAM軟件。

CAD/CAM是計算機輔助編程系統(tǒng)的核心,主要功能有數(shù)據(jù)的輸入/輸出、加工軌跡的計算及編輯、工藝參數(shù)設置、加工仿真、數(shù)控程序后處理和數(shù)據(jù)管理等。

目前,在我國深受用戶喜歡的、數(shù)控編程功能強大的軟件有Mastercam、UG、Cimatron、PowerMILL、CAXA等。各軟件對于數(shù)控編程的原理、圖形處理方法及加工方法都大同小異,但各有特點。因每種軟件都不是十全十美,對于用戶來說,不但要學習其長處,也要深入了解它們的短處,這樣才能應用自如。

Mastercam是美國CNC Software,Inc公司開發(fā)的基于PC平臺的CAD/CAM軟件,最新版本為Mastercam X4,優(yōu)點如下:

(1)研發(fā)團隊開發(fā)加工功能的歷史悠久。

(2)該軟件能及時推出各種新的加工功能。

(3)該軟件對系統(tǒng)運行環(huán)境要求較低。

(4)可以實現(xiàn)DNC加工。DNC(直接數(shù)控)是指用一臺計算機直接控制多臺數(shù)控機床,其技術是實現(xiàn)CAD/CAM的關鍵技術之一。

(5)利用Mastercam的Communic功能進行通信,而不必考慮機床的內存不足問題。

經(jīng)大量的實踐表明,用Mastercam軟件編制復雜零件的加工程序較為方便,而且能對加工過程進行實時仿真,真實反映加工過程中的實際情況,是非常優(yōu)秀的CAD/CAM軟件。不足之處是:繪圖功能沒有UG、Pro/E及SolidWorks那樣強大;新功能有時不夠穩(wěn)定。

Cimatron是以色列Cimatron軟件有限公司開發(fā)的世界著名的CAD/CAM軟件,它針對模具制造行業(yè)提供了全面的解決方案。Cimatron軟件產(chǎn)品是一個集成的CAD/CAM產(chǎn)品,在一個統(tǒng)一的系統(tǒng)環(huán)境下,使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,用戶可以完成產(chǎn)品的結構設計、零件設計,輸出設計圖紙,可以根據(jù)零件的三維模型進行手工或自動的模具分模,再對凸、凹模進行自動的NC加工,輸出加工用的NC代碼。優(yōu)點是:基于知識的加工;基于毛坯殘留的加工;實現(xiàn)完整意義上的刀具載荷的分析與速率調整優(yōu)化;功能豐富、完善、安全和高效的高速銑削加工。不足之處是在模具加工中自動化功能有待完善和發(fā)展。

PowerMILL是一款獨立運行的世界領先的CAM系統(tǒng),它是Delcam的核心多軸加工產(chǎn)品。PowerMILL可通過IGES、VDA、STL和多種不同的專用直接接口接收來自任何CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。優(yōu)點是:刀路穩(wěn)定;五軸高速加工功能強大;計算速度較快,同時也為使用者提供了極大的靈活性。不足之處是添加輔助線或輔助面不太方便。

CAXA是Computer Aided X Alliance-Always a step Ahead(X:technology,product,solution and service …)的縮寫,是聯(lián)盟合作的領先一步的計算機輔助技術與服務。它是依托北京航空航天大學的科研實力,由北航海爾開發(fā)出的中國第一款完全自主研發(fā)的CAD產(chǎn)品。它是國人的驕傲,優(yōu)點是按照中國人的思維和界面設計軟件,易學易用。不足之處是普及程度不高。

典型數(shù)控機床控制面板介紹

作為CNC數(shù)控編程員,首先要了解自己所編的程序是如何運行的,所以有必要學會某一種數(shù)控機床的操作,如果有條件,最好是能正確實際操機達到一定程度的水平,再學數(shù)控編程,這樣可以使所編程序切合實際。

常用的典型數(shù)控系統(tǒng)有FANUC(日本)、SIMEMENS(德國)、FAGOR(西班牙)、HEIDENHAIN(德國)、MITSUBISH(日本)等公司的數(shù)控系統(tǒng)及相關產(chǎn)品,它們在數(shù)控行業(yè)中占據(jù)主導地位。我國數(shù)控產(chǎn)品以華中數(shù)控、航天數(shù)控為代表,也將高性能數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化。

其中,各功能鍵的作用如下。

(1)位置功能鍵POS:在CRT上顯示當前位置坐標值。

(2)程序功能鍵PRGRM:在編輯(EDIT)方式下,進行存儲器的編輯、顯示;在手動數(shù)據(jù)輸入(MDI)方式下,可方便用戶手工輸入數(shù)控指令;在自動方式(AOTO)下,進行程序和指令顯示。

(3)刀具補償功能鍵MENU/OF SET:坐標系、補償量及變量的設定與顯示,包括G54、G55等工件坐標系、刀具補償量和R變量的設定等。

(4)參數(shù)設置功能鍵OPR/ALARM:在CRT操作面板上顯示和報警顯示。

(5)圖形功能鍵AUX/GRAPH:結合擴展功能軟鍵可進入動態(tài)刀路顯示、坐標顯示以及刀具路徑模擬等有關功能。

數(shù)控機床操作要領及注意事項

下面介紹典型數(shù)控銑床的機床操作面板的操作要領。

(1)電源接通。要檢查各電表是否正常、氣壓表是否正常、油水儀表是否正常。如無問題可按POWER ON按鈕接通電源,幾秒鐘后機床自檢,CRT顯示坐標。如出現(xiàn)報警信息,先自己分析排除,解決不了的,立即報告上級請專業(yè)人員處理。如正?？蛇M行接下來的操作。

(2)機床回參考零點,手動或自動,以便使機床正常運轉。

(3)分析數(shù)控程序單,對照編程圖形,了解整個走刀情況、對刀方式及裝夾方式;準備刀具、量具及夾具;在機床上按要求裝夾工件。

(4)工件分中找正,將工件坐標系零點的機械值輸入到G54、G55等存儲器。

(5)裝上刀具對刀,將長度補償值輸入到H值。

(6)復制數(shù)控程序,根據(jù)現(xiàn)有的刀號、補償號修改程序的頭部及尾部。

(7)開高壓氣吹風。

(8)在DNC狀態(tài)下通過DNC網(wǎng)絡傳送數(shù)控程序。

(9)一開始要慢慢進刀,等待刀切入工件時,切削平穩(wěn)正常時才將進給倍率開關調到正常速度。調轉速開關,使聲音洪亮,切削平穩(wěn)時為止。根據(jù)要求確定合適的轉速S及進給F,使每刃切削量達到合理高效的要求。

(10)如果加工鋼件,開粗時要密切關注刀粒的磨損程度,發(fā)現(xiàn)有問題要及時調整或更換。

(11)要對自己所使用的機床精度、刀具轉動精度及加工誤差有所了解,要和編程員密切溝通,使光刀時留足夠多的余量。

(12)加工完成要在機床上對照編程圖形進行測量。如不合格,要分析原因。要通過調整編程余量重新編程或調整補償數(shù)再加工,直到合格為止。合格后才拆下。清理機床,準備加工下一件。

數(shù)控技術的發(fā)展趨勢

根據(jù)國內外的有關資料得知,當今數(shù)控技術的發(fā)展方向如下:

1)具有更高精度、更高速度的高速機床不斷地普及、發(fā)展和完善。

2)多功能化并配有自動換刀機構的各類加工中心在多個CPU和分級中斷控制方式下可實現(xiàn)“前臺加工,后臺編輯”,還可實現(xiàn)多臺機床聯(lián)網(wǎng),對多臺機床進行群控。

3)采用人工智能專家診斷系統(tǒng),對機床進行自我控制、自診斷、自修復,以實現(xiàn)無人化作業(yè)。

4)CAD/CAPP/CAM集成技術的運用使編程不再依賴于編程員個人水平的高低而是直接從數(shù)據(jù)庫調用成熟的工藝參數(shù)。

5)通過改進結構,機床的可靠性能大大提高。

6)控制系統(tǒng)的小型化。

但是目前只有少數(shù)發(fā)達國家和地區(qū)部分工廠可達到以上水平。在我國要全面達到上述水平,還需要科技人員經(jīng)過很長時間的努力。

我們的工程技術人員必須立足于各公司目前的現(xiàn)狀,學好數(shù)控技術,才能充分發(fā)揮設備的功效,努力提高生產(chǎn)效率和應用水平。

模房編程師的編程過程

1、CNC團隊的運作流程

首先接收客戶產(chǎn)品設計的3D圖,進行制模及注塑的可行性分析,若無問題就進行模具設計,分模得到模具3D圖及鑲件銅公圖,根據(jù)這些3D圖進行數(shù)控CNC編程,生成數(shù)控CNC程序,傳送給數(shù)控CNC車間,加工模件,

2、數(shù)控程序質量的標準

小疑問---什么樣的NC程序才算最好?

衡量數(shù)控程序好壞的標準是:最少的加工時間、最小的刀具損耗及加工出最佳效果的工件。這3項指標是相互矛盾的,但又相互依存,需要在實踐中找到其平衡點,達到效益最佳化。

3、規(guī)范化及標準化在編程中的作用及意義

在一個車間可以根據(jù)總公司的質量政策來建立一系列標準工作制度,規(guī)定圖形的命名規(guī)則、數(shù)控程序的命名規(guī)則、刀具切削參數(shù)的選取規(guī)范、工件檢查標準及裝夾定位規(guī)范等,大家共同遵守,可以避免很多錯誤。

可以在UG中建立標準模板,建立公共的工藝參數(shù)。使編程質量不再依賴于編程員個人水平的高低而是直接從數(shù)據(jù)庫調用成熟的工藝參數(shù)。發(fā)揮集體的聰明才智,提高效率減少出錯。

塑料模具制造

1、制模流程

首先接收客戶產(chǎn)品圖形,評估報價,接收PO(即訂單)后就確定開模;緊接著就進行模具設計、訂料、數(shù)控編程、數(shù)控加工、EDM電火花放電加工、EDW線切割加工、模件拋光(也叫省模)、組裝模件、試模及交板給客戶等,如圖1-8所示。

2、CNC在制模中的重要性

在整個制造流程中可以清楚地看到,CNC加工是關鍵環(huán)節(jié),一旦出現(xiàn)問題,延誤時間,那么整個制模周期就會拉長,模具就不能按時試模,不能按時向客戶交付,影響很大。CNC加工占整個加工工作量的比例很大,所以CNC在制模中是非常重要的。而CNC程序的好壞直接對CNC的加工效率、加工效果及制模成本影響很大,所以各模廠的老板一般都不惜重金聘請高水平的CNC編程工程師。

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