2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、<p><b>  課程設(shè)計(jì)</b></p><p>  課程名稱(chēng): 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>  學(xué) 院: 機(jī)械工程 專(zhuān) 業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p><b>  課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</b></p><p

2、> 學(xué)生信息學(xué)號(hào)學(xué)院機(jī)械學(xué)院班級(jí)</p><p> 姓名專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化機(jī)自113</p><p> 教師信息姓名職稱(chēng)</p><p> 教師信息姓名職稱(chēng)</p><p> 任務(wù)書(shū)發(fā)出時(shí)間2012年12月20日論文(設(shè)計(jì))題目XY數(shù)控工作臺(tái)3設(shè)計(jì)</p><p> 論文(設(shè)計(jì))起止時(shí)間2014年12月1

3、日——2014年12月30日共需周數(shù)4</p><p> 主要內(nèi)容:結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)的要求擬定總體機(jī)械和電氣控制設(shè)計(jì)方案。根據(jù)擬定的機(jī)械設(shè)計(jì)方案進(jìn)行二坐標(biāo)數(shù)控工作臺(tái)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和元件的選用。根據(jù)擬定的電氣設(shè)計(jì)方案進(jìn)行數(shù)控系統(tǒng)控制電路的框圖設(shè)計(jì)及驅(qū)動(dòng)控制電路的計(jì)算和元件選用。根據(jù)指定要求進(jìn)行有關(guān)軟件的流程圖設(shè)計(jì)。對(duì)指定的軟件程序進(jìn)行編寫(xiě)。進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的工程圖和電氣原理圖的繪制。</p><p&

4、gt; 主要要求:方案擬定正確。設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)來(lái)源可靠,計(jì)算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤。元?dú)饧x用正確規(guī)范符合國(guó)家頒布標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械結(jié)構(gòu)圖紙繪制視圖完整、符合最新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),圖面整潔、質(zhì)量高。電氣部份圖紙要求符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),圖面布局合理、整潔、質(zhì)量高。機(jī)械和電氣部份圖紙總量為 1.5 張“0”號(hào)圖量,其中含機(jī)械裝配圖1~2張、電氣控制原理框圖及計(jì)算機(jī)I/O接口和驅(qū)動(dòng)控制電路等電氣原理圖1~2張。課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)闡述整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容:如課題來(lái)源現(xiàn)實(shí)意義、總體方案確定

5、、系統(tǒng)框圖分析、電氣執(zhí)行元件的選用說(shuō)明、機(jī)械傳動(dòng)和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)計(jì)算以及機(jī)械和電氣的其它部分。說(shuō)明書(shū)要突出重點(diǎn)和特色,圖文并茂、文字通暢、計(jì)算正確、字跡清晰、內(nèi)容完整。說(shuō)明書(shū)頁(yè)數(shù)不少于 20 頁(yè)</p><p> 預(yù)期目標(biāo):設(shè)計(jì)出合理的XY機(jī)床工作臺(tái)部分、電氣控制原理框圖、驅(qū)動(dòng)控制電路及指定軟件設(shè)計(jì),撰寫(xiě)不低于2000字左右設(shè)計(jì)論文,并附錄相關(guān)資料及設(shè)計(jì)圖紙。</p><p> 計(jì)劃進(jìn)程:

6、</p><p> 主要參考文獻(xiàn):[1] 成大先. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(單行本· 機(jī)械傳動(dòng))[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.1[2] 沈愛(ài)琴. 數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)[Z]. 貴陽(yáng):貴州工業(yè)大學(xué)機(jī)電教研室,1998.9[3] 張毅剛. 單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京:高等教育出版社,2004.1[4] 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì). 機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.9[5]

7、陸昆,奚大順,李之權(quán)等. 電子設(shè)計(jì)技術(shù)[M]. 北京:電子科技大學(xué)出版社,1998.10</p><p>  XY 數(shù)控工作臺(tái)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)說(shuō)明</p><p><b>  加工參數(shù)</b></p><p><b>  目 錄</b></p><p><b>  摘 要IV<

8、/b></p><p>  第一章 前 言5</p><p>  1.1控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床概述5</p><p>  第二章 總體方案的擬定與論證6</p><p>  2.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)6</p><p>  2.2總體方案的擬定6</p><p>  2.2.1機(jī)械傳動(dòng)部件

9、的選擇6</p><p>  2.2.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7</p><p>  第三章 工作臺(tái)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算8</p><p>  3.1導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算8</p><p>  3.2銑削力的計(jì)算8</p><p>  3.3導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)及計(jì)算10</p><p>  3.3

10、.1滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取10</p><p>  3.3.2距離額定壽命和時(shí)間額定壽命的計(jì)算12</p><p>  3.4滾珠絲杠副設(shè)計(jì)計(jì)算及其型號(hào)與直徑的選擇13</p><p>  3.4.1滾珠絲杠螺母副的計(jì)算13</p><p>  3.4.2初選型號(hào)14</p><p>  3.

11、5滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算15</p><p>  3.5.1滾珠絲杠剛度校核15</p><p>  3.5.2滾珠絲杠螺母副承載能力的校核16</p><p>  3.6絲杠的支承方式及軸承的選擇18</p><p>  3.6.1絲杠支承方式的選擇18</p><p>  3.6.2軸承的選擇18<

12、/p><p>  3.7滾珠絲杠副的預(yù)緊力的確定18</p><p>  3.8滾珠絲杠軸預(yù)緊拉伸力的確定19</p><p>  3.9機(jī)械傳動(dòng)剛度的計(jì)算和校核19</p><p>  3.9.1絲杠軸支承剛度的確定19</p><p>  3.9.2滾珠絲杠拉壓剛度的確定20</p><p

13、>  3.9.3滾珠與滾道的接觸剛度20</p><p>  3.9.4機(jī)械傳動(dòng)綜合抗壓剛度 ,的計(jì)算21</p><p>  3.9.5機(jī)械傳動(dòng)剛度變化引起的定位誤差的校驗(yàn)21</p><p>  3.9.6進(jìn)給系統(tǒng)的死區(qū)誤差的校驗(yàn)21</p><p>  3.10計(jì)算電機(jī)軸上的慣量和轉(zhuǎn)矩,選取步進(jìn)電機(jī)22</p>

14、;<p>  3.10.2計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量22</p><p>  3.10.3計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩22</p><p>  3.10.4步進(jìn)電機(jī)的選擇23</p><p>  第四章 工作臺(tái)電氣控制部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算25</p><p>  4.1工作臺(tái)電氣控制部分總體設(shè)計(jì)25</p>

15、;<p>  4.2 控制器的選擇25</p><p>  4.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇26</p><p>  4.4其他輔助電路設(shè)計(jì)28</p><p>  4.4.18051的時(shí)鐘電路28</p><p>  4.4.2復(fù)位電路28</p><p>  4.4.3限位電路29</p&

16、gt;<p>  4.5零件加工程序設(shè)計(jì)30</p><p><b>  第五章 總結(jié)32</b></p><p>  參 考 文 獻(xiàn)33</p><p>  XY250數(shù)控工作臺(tái)</p><p><b>  摘 要</b></p><p>  當(dāng)今

17、世界科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速,微處理器、微型計(jì)算機(jī)在各技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,對(duì)各領(lǐng)域技術(shù)的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用。</p><p>  本次設(shè)計(jì)的XY數(shù)控十字工作臺(tái)主要應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床,精度不高。機(jī)械部分采用滾珠絲杠副,滑動(dòng)導(dǎo)軌和步進(jìn)電機(jī)。用步進(jìn)電機(jī)直接連接滾珠絲杠,驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)給,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便。控制部分主要采用8051單片機(jī)。采用開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)對(duì)X、Y方向進(jìn)行控制。</p><p>

18、  關(guān)鍵詞:精度,滾珠絲杠,步進(jìn)電機(jī),控制。</p><p><b>  前 言</b></p><p>  1.1控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床概述</p><p>  從數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來(lái),數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。它具有普通機(jī)床無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn):加工柔性好,加工精度高,生產(chǎn)率高,自動(dòng)化程度高,勞動(dòng)力要求低,有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效

19、益的提高。數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品,適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件。一個(gè)國(guó)家工業(yè)化發(fā)展的程度,很大程度在于數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用上。我國(guó)是制造業(yè)大國(guó),在世界物質(zhì)生產(chǎn)中占有很大比例,但是作為“世界工廠”數(shù)控機(jī)床的普及率確遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家,傳統(tǒng)落后的普通機(jī)床加工已經(jīng)落后于時(shí)代,大力發(fā)展數(shù)控機(jī)床技術(shù)勢(shì)在必行。和發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用主要存在以下問(wèn)題:① 低端產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化,但競(jìng)爭(zhēng)激烈,互相靠壓價(jià)促銷(xiāo);② 高

20、技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要依靠進(jìn)口;③ 配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要依靠進(jìn)口;④ 應(yīng)用技術(shù)水平較低,聯(lián)網(wǎng)技術(shù)沒(méi)有完全推廣使用;⑤ 自行開(kāi)發(fā)能力較差,較高技術(shù)水平的產(chǎn)品主要靠引進(jìn)圖紙、合資生產(chǎn)或進(jìn)口件組裝。[1]</p><p>  十字工作臺(tái)是許多機(jī)床上必不可少的部件,而數(shù)控十字工作臺(tái)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種數(shù)控機(jī)床上,它在提高機(jī)床加工精度,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率上發(fā)揮了很大作用。</p>

21、<p>  總體方案的擬定與論證</p><p><b>  2.1主要設(shè)計(jì)參數(shù)</b></p><p><b>  型號(hào):XY250</b></p><p><b>  加速時(shí)間:0.3S</b></p><p>  臺(tái)面以上最大重量:50Kg</p>

22、;<p>  工作臺(tái)尺寸:250*250</p><p>  X坐標(biāo)行程:300mm</p><p>  Y坐標(biāo)行程:120mm</p><p>  脈沖當(dāng)量:0.01mm/pluse</p><p>  定位精度:0.04mm</p><p>  重復(fù)定位精度:0.02mm</p><

23、;p>  工作臺(tái)空載最快移動(dòng)速度:1500 mm/min</p><p>  工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度:400 mm/min</p><p>  立銑刀最大直徑:D=15mm</p><p><b>  立銑刀齒數(shù):Z=3</b></p><p><b>  最大銑削寬度:</b></p&

24、gt;<p><b>  最大背吃刀量:</b></p><p>  加工材料:碳素鋼或有色金屬</p><p>  2.2總體方案的擬定</p><p>  2.2.1機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇</p><p><b>  1.導(dǎo)軌副的選用</b></p><p> 

25、 本次設(shè)計(jì)的十字工作臺(tái)所配合的是數(shù)控銑床,脈沖當(dāng)量較小,要求定位精度較高而負(fù)責(zé)較小,因此考慮選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。與滑動(dòng)導(dǎo)軌相比,它具有靈敏度高,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),低速移動(dòng)時(shí)不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象,定位精度高,摩擦阻力小,移動(dòng)輕便,磨損小、精度保持性好的優(yōu)點(diǎn),但滾動(dòng)導(dǎo)軌的抗震性較差,對(duì)防護(hù)要求較高。</p><p>  2.絲杠螺母機(jī)構(gòu)的選用</p><p>  本次設(shè)計(jì)給出條件脈沖當(dāng)量為0.01mm/pl

26、use,定位精度為0.04mm,要求較高。且相對(duì)于滑動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu),滾動(dòng)摩擦機(jī)構(gòu)具有傳動(dòng)效率高(達(dá)92%—98%),靈敏度高(無(wú)顫動(dòng)、無(wú)爬行,同步性好),定位精度高(可以實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙傳動(dòng),剛度強(qiáng),溫升小),使用壽命長(zhǎng)(是普通滑動(dòng)絲杠的4倍以上,磨損小,精度保持期長(zhǎng))等優(yōu)點(diǎn)。雖然相對(duì)于滑動(dòng)絲杠價(jià)位偏高,但是性?xún)r(jià)比較高,也更加符合設(shè)計(jì)所需滿(mǎn)足條件,因此還是選用滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)。</p><p><b>  3.伺

27、服電機(jī)的選用</b></p><p>  任務(wù)書(shū)規(guī)定的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)可以滿(mǎn)足,因此本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī),如交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)等。采用開(kāi)環(huán)控制也能滿(mǎn)足精度要求,以降低成本,提高性?xún)r(jià)比。</p><p><b>  4.減速裝置的選用</b></p><p>  根據(jù)所選用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠機(jī)構(gòu),計(jì)算

28、傳動(dòng)比來(lái)確定是否需要安裝減速裝置。</p><p>  2.2.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>  本次設(shè)計(jì)的XY數(shù)控工作臺(tái)用于數(shù)控銑床,其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有輪廓控制、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能,所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的開(kāi)環(huán)控制,選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89S52作為控制系統(tǒng)的CPU,能夠滿(mǎn)足任務(wù)書(shū)給定的相關(guān)指標(biāo)。設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng),在選擇

29、CPU之后,還需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤(pán)與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等。最后,還要選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源,與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。</p><p>  工作臺(tái)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>  3.1導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算</p><p>  工作臺(tái)面材料選擇鑄鋼,密度為。</p><p>  工作臺(tái)面的

30、體積估算為:</p><p><b>  工作臺(tái)重量估算為:</b></p><p>  上導(dǎo)軌(含電機(jī),絲杠)的重量估計(jì)為:300N</p><p>  臺(tái)面以上重量帶夾具估計(jì)為:550N</p><p>  所以運(yùn)動(dòng)部件的總重量為:</p><p>  所以估算下導(dǎo)軌中絲杠承受重量G為:130

31、0N</p><p><b>  3.2銑削力的計(jì)算</b></p><p>  零件采用的加工方式為立式銑削,采用硬質(zhì)合金立銑刀,工件的材料為碳鋼。查下表3-1可得立銑時(shí)的銑削力計(jì)算公式為:</p><p>  表3-1硬質(zhì)合金銑刀銑削力的計(jì)算公式(單位N)</p><p>  查《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》P13、14

32、頁(yè),取銑刀每齒進(jìn)給量=0.1;銑刀轉(zhuǎn)速=300r/min,其他參數(shù)設(shè)計(jì)已經(jīng)給出,數(shù)值如下:</p><p>  立銑刀最大直徑:D=15mm</p><p><b>  立銑刀齒數(shù):Z=3</b></p><p><b>  最大銑削寬度:</b></p><p><b>  最大背吃刀量

33、:</b></p><p><b>  所以最大銑削力:</b></p><p>  采用立銑刀進(jìn)行圓柱逆銑時(shí),各銑削力之間的比值查《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》P13頁(yè)可得出:</p><p>  =(1.0~1.2) </p><p>  /=(0.2~0.3) </p><

34、p>  /=(0.35~0.4) </p><p>  分別計(jì)算出三個(gè)方向銑削力為:</p><p>  由于是立銑,則工作臺(tái)受到垂直方向的銑削力,受到水平方向的銑削力分別為Ff和Ffn。將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向(絲杠軸線方向),則縱向銑削力,徑向銑削力。</p><p>  3.3導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)及計(jì)算</p><p> 

35、 3.3.1滑塊承受工作載荷的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取</p><p>  本設(shè)計(jì)中的XY工作臺(tái)為水平布置,采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況,即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān),查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第二卷》P9—127頁(yè)得則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為, 其中,G工作臺(tái)移動(dòng)部件重量。根據(jù)計(jì)算出的工作載荷初選符合要求的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第二卷》P9—132頁(yè)到133頁(yè),根據(jù)選

36、取原則,選擇南京工藝裝備制造廠的GGB20BA四方向等載荷窄型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。</p><p>  其額定動(dòng)載荷,額定靜載荷。工作臺(tái)尺寸為250mm250mm,加工范圍為300mm120mm,因此初選導(dǎo)軌長(zhǎng)度為800mm。</p><p>  3.3.2距離額定壽命和時(shí)間額定壽命的計(jì)算</p><p>  1.距離額定壽命的計(jì)算</p><p&g

37、t;  上述選取的GGB20BA 型導(dǎo)軌每根導(dǎo)軌上配有兩個(gè)滑塊,精度為4 級(jí),工作速度較低,載荷不大,一般把直線.軌的距離.定壽命定為50km,查《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》P34頁(yè),則有公式</p><p>  其中為導(dǎo)軌額定動(dòng)載荷;為硬度系數(shù),取=1.0;為計(jì)算載荷;查《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》P35頁(yè)各表可得為溫度系數(shù),=1,為接觸系數(shù),取=0.66,為精度系數(shù),取=0.9,為載荷系數(shù),取=1.5,則<

38、/p><p>  遠(yuǎn)大于期望值50km,設(shè)計(jì)符合要求。</p><p><b>  時(shí)間額定壽命的計(jì)算</b></p><p>  預(yù)計(jì)導(dǎo)軌的工作五年,每天工作八小時(shí),取導(dǎo)軌副的使用壽命為T(mén)=15000h,時(shí)間額定壽命可按下式進(jìn)行計(jì)算</p><p>  其中為行程長(zhǎng)度,XY工作臺(tái)行程為300mm120mm,取350mm計(jì)算

39、;為每分鐘移動(dòng)部件往返次數(shù)取5次,則</p><p><b>  滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。</b></p><p><b>  滾動(dòng)導(dǎo)軌副</b></p><p>  3.4滾珠絲杠副設(shè)計(jì)計(jì)算及其型號(hào)與直徑的選擇</p><p>  3.4.1滾珠絲杠螺母副的計(jì)算</p><p>  

40、1.最大工作載荷的計(jì)算 </p><p>  如前面所述,在立銑時(shí),工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷,受到橫向的載荷,受到垂直方向的載荷。</p><p>  已知移動(dòng)部件總重量G=1300,按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算,查《實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》顛覆力影響系數(shù)K=1.1,滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷為:</p><p><b>  參考公式</b

41、></p><p>  2.最大動(dòng)載荷的計(jì)算 </p><p>  本次設(shè)計(jì)工作臺(tái)最快進(jìn)給速度,初選絲杠導(dǎo)程,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速。</p><p>  取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代入</p><p><b>  得絲杠壽命系數(shù)()</b></p><p>  查表,取載荷系數(shù),軌

42、道硬度為60HRC時(shí),取硬度系數(shù),代入得</p><p><b>  載荷系數(shù)</b></p><p><b>  3.4.2初選型號(hào)</b></p><p>  根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程,查《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》P219頁(yè)選FFZD3205-3型滾珠絲杠副,其公稱(chēng)直徑為32mm,外徑為31.5mm,底徑

43、為28.9mm,導(dǎo)程為5mm,滾珠直徑為3.5mm,螺母的安裝尺寸L=85mm,精度等級(jí)取5級(jí),基本額定動(dòng)載荷為11.7KN,大于計(jì)算的絲杠最大動(dòng)載荷,選擇適合。</p><p>  確定滾珠絲杠副的螺紋長(zhǎng)度:</p><p>  上式中,為有效行程,=行程+螺母長(zhǎng)度=300+85=385mm;為安全行程,=5=25mm;為余程,=2=10mm。則計(jì)算得:</p><p

44、>  3.5滾珠絲杠副剛度的驗(yàn)算</p><p>  3.5.1滾珠絲杠剛度校核</p><p>  滾珠絲杠在軸向力的作用下,將產(chǎn)生伸長(zhǎng)或壓縮,在切向力的作用下將產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)和彎曲會(huì)使絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化,影響到傳動(dòng)及定位精度,工作臺(tái)滾珠絲杠副安裝采用“兩端固定”的方式。這種安裝適合于高精度,高剛度的絲杠。查表3-4可知滾珠直徑,絲杠底徑。</p><p>  絲杠

45、的拉伸或壓縮在總變形量中的比重較大,可按下式計(jì)算</p><p>  式中為絲杠的最大工作載荷;為鋼的彈性模量,為2.1MPa;為絲杠的最小截面積,即絲杠底徑截面積;為絲杠兩端支承間的距離=行程+安全行程+2余程+螺母長(zhǎng)度+支承長(zhǎng)度≈1.4行程+30=1.4300+305=570mm,則</p><p>  滾珠絲杠滾道間的接觸變形量在有預(yù)緊時(shí)的計(jì)算公式如下:</p><

46、;p>  FFZD3205-3型滾珠絲杠螺母副單圈滾珠數(shù),;為滾珠總數(shù),。絲桿預(yù)緊時(shí),取軸向預(yù)緊力。</p><p><b>  因此,</b></p><p>  總變形量,當(dāng)有效行程315mm到400mm時(shí),5級(jí)精度的允許行程變量為0.021mm,總變形量滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。</p><p>  3.5.2滾珠絲杠螺母副承載能力的校核<

47、;/p><p>  滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)</p><p>  查《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》P61頁(yè),按下列公式計(jì)算</p><p>  上式中,為絲桿螺母副的螺紋底徑;為絲桿螺母副最大受壓長(zhǎng)度為435mm,為安全系數(shù),絲杠垂直安裝時(shí)=1/2,絲桿水品安裝取=1/3 。為安全系數(shù),與支承方式有關(guān)。滾珠絲杠副支承方式選擇雙推-雙推式,這種方式適合于高剛度、高轉(zhuǎn)速、

48、高精度的絲杠傳動(dòng),與本次設(shè)計(jì)符合,則=4。</p><p>  遠(yuǎn)大于,因此絲杠穩(wěn)定性滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。</p><p>  與支承方式有關(guān)的系數(shù)</p><p>  滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)</p><p>  滾珠絲杠螺母副轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生共振的最高轉(zhuǎn)速稱(chēng)為臨界轉(zhuǎn)速。其計(jì)算公式《參考數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》P61頁(yè):</p>&l

49、t;p>  上式中,為臨界轉(zhuǎn)速的計(jì)算長(zhǎng)度,取=435mm;為彈性模量,?。粸榻z杠密度,取,;為滾珠絲杠最小慣性矩;為滾珠絲杠的最小截面積,取;為安全系數(shù),取=0.8;</p><p>  為與支承方式有關(guān)的系數(shù),可見(jiàn)上表,取=4.73。則帶入?yún)?shù)后上式計(jì)算得:</p><p>  滾珠絲杠螺母副額定壽命的校驗(yàn)</p><p>  滾珠絲杠螺母副的壽命,主要是指

50、疲勞壽命。參照《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》P62頁(yè),滾珠絲杠螺母副的疲勞壽命和時(shí)間壽命按一下公式計(jì)算:</p><p>  式中為額定動(dòng)載荷,查表得11700N;為軸向載荷,前面計(jì)算為1609N;為滾珠絲杠螺母副的轉(zhuǎn)速;為運(yùn)轉(zhuǎn)條件系數(shù),無(wú)沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)取1.0—1.2.一般運(yùn)轉(zhuǎn)取1.2—1.5,有沖擊運(yùn)轉(zhuǎn)取1.5—3.0。則經(jīng)計(jì)算得</p><p>  大于20000h,因此絲杠螺母副的壽命滿(mǎn)足要求

51、。</p><p>  3.6絲杠的支承方式及軸承的選擇</p><p>  3.6.1絲杠支承方式的選擇</p><p>  由于本次設(shè)計(jì)的是數(shù)控銑床工作臺(tái),設(shè)計(jì)精度較高,為了提高滾珠絲杠的拉壓剛度,因此選用兩端固定的“雙推-雙推式”支承,雖然其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,工藝?yán)щy,但絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍,剛度和精度都很高,特別適用于數(shù)控機(jī)床。</p>&l

52、t;p><b>  兩端固定支承</b></p><p>  3.6.2軸承的選擇</p><p>  實(shí)踐證明,絲杠的軸承組合及軸承座以及其他零件的連接剛性不足,將嚴(yán)重影響滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度和剛度,因此在設(shè)計(jì)安裝時(shí)應(yīng)認(rèn)真考慮。為了提高軸向剛度,因此本次設(shè)計(jì)采用以角接觸球軸承組合來(lái)支承絲杠。</p><p>  因?yàn)闈L珠絲杠螺母副擬采用

53、預(yù)拉伸措施,所以選用60°角接觸球軸承組背對(duì)背安裝,以組成滾珠絲杠兩端固定的支承形式。由于絲杠底徑=28.9mm,查《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》P211頁(yè),選用760205TNI型接觸角推力角接觸球軸承作為安裝軸承,其具體參數(shù)如下:</p><p><b>  軸承參數(shù)</b></p><p>  3.7滾珠絲杠副的預(yù)緊力的確定</p><p

54、>  為了消除軸向間隙,增加絲杠副的剛性和定位精度,在絲杠螺母間加以預(yù)緊力。過(guò)大的值將引起滾珠絲杠壽命下降及磨擦力矩增大,而偏小,會(huì)產(chǎn)生軸向載荷作用下出現(xiàn)間隙影響定位精度。因此,一般情況下取:</p><p>  上式中,為最大軸向工作載荷。</p><p>  3.8滾珠絲杠軸預(yù)緊拉伸力的確定</p><p>  為減小或消除絲杠自重而產(chǎn)生的彎曲變形,補(bǔ)償因

55、工作溫度和六螺角母溫度升高而引起的絲杠伸長(zhǎng),保證滋珠絲杠在正常使用時(shí)的定位精度和提高滾珠絲杠的系統(tǒng)剛性,對(duì)有快速驅(qū)動(dòng)并有定位精度要求的滾珠絲杠副其絲杠副軸、需要進(jìn)行預(yù)拉伸力,決定拉伸力時(shí)還應(yīng)考慮到絲杠兩端支承軸承允許的預(yù)緊力的大小。根據(jù)《數(shù)控設(shè)計(jì)指導(dǎo)》P54頁(yè)得的計(jì)算公式:</p><p>  上式中,為滾珠絲杠的溫度變化值,一般情況下為2-3℃,取=3;為絲杠底徑。所以經(jīng)計(jì)算得:</p><

56、p>  3.9機(jī)械傳動(dòng)剛度的計(jì)算和校核</p><p>  3.9.1絲杠軸支承剛度的確定</p><p>  滾珠絲杠支承剛度分兩步計(jì)算,首先由于本設(shè)計(jì)的軸承有預(yù)緊,因此查《數(shù)控指導(dǎo)》可知角接觸球軸承有預(yù)緊時(shí)的組合剛度公式。然后由于是兩端固定,因此查表可得。</p><p>  上式中為滾動(dòng)體直徑,已知=3.5mm;為軸承接觸角,軸承為60°角接觸

57、球軸承,所以=60°;為滾動(dòng)體個(gè)數(shù),前面已算出=25;最大軸向工作載荷=1779N。計(jì)算得:</p><p>  3.9.2滾珠絲杠拉壓剛度的確定</p><p>  當(dāng)絲杠支承方式為兩端固定時(shí),查《數(shù)控指導(dǎo)》得公式:</p><p>  其中為絲杠固定端之間的距離,即軸承間的距離=570mm;為滾珠絲杠的螺母中心到固定端支承中心的距離。</p>

58、;<p>  當(dāng)絲杠螺母中心位于滾珠絲杠支承中心時(shí),拉壓剛度最?。?lt;/p><p>  當(dāng)絲杠螺母中心距其中一個(gè)固定端最近時(shí),拉壓剛度最大:</p><p>  其中為螺母中心到最近的固定端的距離,=135mm。</p><p>  3.9.3滾珠與滾道的接觸剛度</p><p>  在滾珠絲杠有預(yù)緊時(shí),有公式:</p&g

59、t;<p>  上式中為滾珠絲杠剛度值,查前面數(shù)據(jù)得=826;為滾珠絲杠軸向工作載荷,=11700N。計(jì)算得:</p><p>  3.9.4機(jī)械傳動(dòng)綜合抗壓剛度 ,的計(jì)算</p><p>  3.9.5機(jī)械傳動(dòng)剛度變化引起的定位誤差的校驗(yàn)</p><p>  查《數(shù)控指導(dǎo)》P68頁(yè),最大定位誤差計(jì)算公式如下:</p><p>

60、  上式中為由機(jī)床執(zhí)行部件重量引起的靜摩擦力,;,分別為進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)在行程范圍內(nèi)的最大、最小綜合拉壓剛度。</p><p>  應(yīng)在定位誤差的1/5~1/4范圍內(nèi),即0.01mm之內(nèi),以上計(jì)算值滿(mǎn)足條件。</p><p>  3.9.6進(jìn)給系統(tǒng)的死區(qū)誤差的校驗(yàn)</p><p>  機(jī)床執(zhí)行部件反向時(shí)的最大反向死區(qū)誤差可按下式計(jì)算:</p><p&

61、gt;<b>  =2= </b></p><p>  上式中為由機(jī)床執(zhí)行部件重量引起的靜摩擦力。</p><p><b>  =2= </b></p><p>  已知脈沖當(dāng)量為0.01mm,因此滿(mǎn)足條件。</p><p>  3.10計(jì)算電機(jī)軸上的慣量和轉(zhuǎn)矩,選取步進(jìn)電機(jī)</p>

62、<p>  3.10.1傳動(dòng)比及步矩角的確定 </p><p>  本次設(shè)計(jì)擬采用步進(jìn)電機(jī)直接連接絲杠的方式,因此傳動(dòng)比為=1;脈沖當(dāng)量為0.01mm/pluse;絲杠導(dǎo)程=5。則步矩角為:</p><p><b>  0.72°</b></p><p>  3.10.2計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量</p&

63、gt;<p><b>  滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p>  上式中為絲杠公稱(chēng)直徑,=32mm; 為絲杠長(zhǎng)度=有效行程+螺母長(zhǎng)度+設(shè)計(jì)余量+兩端支撐長(zhǎng)度(軸承寬度+鎖緊螺母寬度+裕量)+動(dòng)力輸入連接長(zhǎng)度(如果使用聯(lián)軸器則大致是聯(lián)軸器長(zhǎng)度的一半+裕量)=710mm。則計(jì)算得:</p><p>  滾珠絲杠上一級(jí)移動(dòng)部件等折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣

64、量</p><p>  沿直線軸移動(dòng)物體的慣量為:</p><p>  = (3-18)</p><p>  上式中為絲杠導(dǎo)程;M為移動(dòng)部件總質(zhì)量。數(shù)據(jù)都為已知,則計(jì)算得</p><p><b>  =</b></p><p><b>  總轉(zhuǎn)動(dòng)慣

65、量</b></p><p><b>  =+</b></p><p>  3.10.3計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩</p><p>  1.計(jì)算切削負(fù)載力矩</p><p>  上式中為絲杠導(dǎo)程=0.005m,進(jìn)給系統(tǒng)的總效率=0.90,=1779N。計(jì)算得:</p><p><

66、;b>  計(jì)算摩擦負(fù)載力矩</b></p><p>  上式中為空載時(shí)導(dǎo)軌摩擦力,=5.2N,其它數(shù)據(jù)與上面相同。則計(jì)算得:</p><p>  計(jì)算由滾珠絲杠副的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩</p><p>  上式中為滾珠絲杠副的預(yù)緊力=593N;為絲杠基本導(dǎo)程=0.005m;為滾珠絲杠副效率=0.94。則計(jì)算得:</p><p

67、>  各坐標(biāo)軸折算到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩的計(jì)算</p><p><b>  空載時(shí):</b></p><p><b>  切削時(shí):</b></p><p>  3.10.4步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>  根據(jù)以上計(jì)算,查步進(jìn)電機(jī)數(shù)據(jù),選擇北京和利時(shí)機(jī)電技術(shù)有限公司的110BYG550B-03

68、0混合式步進(jìn)電機(jī),其步距角為0.72??蛰d啟動(dòng)頻率為2200步/s,最大靜轉(zhuǎn)矩為8N.m。具體參數(shù)如下:</p><p>  110BYG550B-030混合式步進(jìn)電機(jī)參數(shù)</p><p>  該電動(dòng)機(jī)的額定力矩為8Nm,大于空載及切削時(shí)電動(dòng)機(jī)軸的負(fù)載力矩,因此本電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)足驅(qū)動(dòng)要求。</p><p>  為了使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配,系統(tǒng)的負(fù)載總慣量與步

69、進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比一般應(yīng)滿(mǎn)足:</p><p>  上面已經(jīng)計(jì)算出=,因此,滿(mǎn)足匹配要求。</p><p>  工作臺(tái)電氣控制部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>  4.1工作臺(tái)電氣控制部分總體設(shè)計(jì)</p><p><b>  控制系統(tǒng)框圖</b></p><p>  4.2 控制器的選擇<

70、;/p><p>  MCS-51系列單片機(jī)中的基本型產(chǎn)品是8051,8031和8751,這三個(gè)產(chǎn)品只是片內(nèi)程序存儲(chǔ)器制造工藝不同。8051的片內(nèi)程序存儲(chǔ)器ROM為掩膜型的在制造芯片時(shí)已將應(yīng)用程序固化進(jìn)去,使它具有了某種專(zhuān)用功能;8031無(wú)ROM,使用時(shí)需外接ROM;8751的片內(nèi)ROM是EPROM型的,固化的應(yīng)用程序可以方便改寫(xiě)。MCS-51系列單片機(jī)具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單靈活,成本低且不需要特殊的開(kāi)發(fā)手段等

71、優(yōu)點(diǎn),在機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。本次設(shè)計(jì)選用MCS-51系列單片機(jī)中的8051。</p><p>  8051單片機(jī)引腳圖</p><p>  4.3步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選擇</p><p>  由于本次設(shè)計(jì)所選用的是北京和利時(shí)機(jī)電技術(shù)有限公司的五相十拍110BYG550B-030混合式步進(jìn)電機(jī),因此步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器同樣選用該公司生產(chǎn)的與其相配套的SH-50806B

72、型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,其特點(diǎn)有:1.數(shù)字化升頻升壓結(jié)合恒流控制技術(shù);2.運(yùn)行平穩(wěn)、低噪音、低振動(dòng)3.最大輸出驅(qū)動(dòng)電流 6.0A/相;4.輸入信號(hào) TTL 兼容;5.輸入輸出信號(hào)光電隔離;6.過(guò)壓保護(hù)及過(guò)流保護(hù)功能;7.脫機(jī)保持功能;8.撥碼選擇適配多種型號(hào)電機(jī);9.單/雙脈沖方式可選;10.整/半步運(yùn)行模式可選;11.提供零位信號(hào)輸出;12.提供故障信號(hào)輸出;13.斷電記憶功能;14.自動(dòng)半電流可選。</p><p>

73、;<b>  其主要性能指標(biāo)有:</b></p><p>  其驅(qū)動(dòng)器控制接線圖如下:</p><p><b>  驅(qū)動(dòng)器接線圖</b></p><p>  4.4其他輔助電路設(shè)計(jì)</p><p>  4.4.18051的時(shí)鐘電路</p><p>  單片機(jī)的時(shí)鐘可以由兩種方

74、式產(chǎn)生:內(nèi)部方式和外部方式。</p><p>  內(nèi)部方式利用芯片的內(nèi)部振蕩電路,在XTAL1和XTAL2引腳上外接定時(shí)元件,如下圖所示。晶體可以在1.2~12之間任意選擇,耦合電容在5~30pF之間,對(duì)時(shí)鐘有微調(diào)作用。采用外部時(shí)鐘方式時(shí),可將XTAL1直接接地,XTAL2接外部時(shí)鐘源。</p><p><b>  4.4.2復(fù)位電路</b></p>&

75、lt;p>  單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)。在時(shí)鐘工作后,只要在RESET引腳上出現(xiàn)10ms以上的高電平,單片機(jī)就實(shí)現(xiàn)狀態(tài)復(fù)位,之后CPU便從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。在實(shí)際運(yùn)用中,若系統(tǒng)中有芯片需要其復(fù)位電平與8051復(fù)位要求一致時(shí),可以直接相連。。實(shí)用復(fù)位電路圖如下所示:</p><p><b>  復(fù)位電路</b></p><p><b> 

76、 4.4.3限位電路</b></p><p>  為了防止工作臺(tái)越界,可分別在極限位置安裝限位開(kāi)關(guān)。利用光電耦合電路,將行程開(kāi)關(guān)接至發(fā)光二極管的陰極,光敏三極管的輸出接至8051的I/O口P1.0。當(dāng)任何一個(gè)行程開(kāi)關(guān)被壓下的時(shí)候,發(fā)光二極管就發(fā)光,使光敏三極管導(dǎo)通,由低電平變成高電平。8051可利用軟件設(shè)計(jì)成查詢(xún)的方法隨時(shí)檢查有無(wú)越界信號(hào)。也可接成從光敏三極管的集電極輸出接至8051的外部中斷引腳(I

77、NT0或INT1),采用中斷方式檢查越界信號(hào)。越界報(bào)警電路如下圖所示:</p><p>  4.5零件加工程序設(shè)計(jì)</p><p>  如圖所示工件,加工外輪廓。 </p><p>  立銑刀直徑Φ20mm,程序如下: </p><p>  O0001; 程序代號(hào); </p><

78、;p>  N01 G00 G90 X120.0 Y60 Z50; 絕對(duì)值輸入,快速進(jìn)給到X120 Y60 Z50; </p><p>  N02 X100 Y40 M13 S500; 快速進(jìn)給到X100 Y40切削液開(kāi),主軸正轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)速 </p><p>  500r/min; </p><p>  N03 Z-11;

79、 快速向下進(jìn)給到Z-11; </p><p>  N04 G01 G41 X70 Y10 H012 F100; 直線插補(bǔ)到X70 Y10,刀具半徑左補(bǔ)償H012=10mm</p><p>  進(jìn)給速度100mm/s; </p><p>  N05 Y-10; 直線插補(bǔ)到X70 Y-10 </p>

80、<p>  N06 G02 X40 Y-40 R30; 順圓插補(bǔ)到X40 Y-40,半徑為30mm; </p><p>  N07 G01 X-70; 直線插補(bǔ)到X-70 Y-40; </p><p>  N08 Y40; 直線插補(bǔ)到X-70 Y40; </p>&l

81、t;p>  N09 X40; 直線插補(bǔ)到X40 Y40; </p><p>  N10 G03 X70 Y10 R30; 逆圓插補(bǔ)到X70 Y10,半徑為30mm; </p><p>  N11 G01 X85; 直線插補(bǔ)到X85 Y10; </p><p> 

82、 N12 G00 G40 X100 Y40; 快速進(jìn)給到X100 Y40,取消刀具半徑補(bǔ)償; </p><p>  N13 X120 Y60 Z50; 快速進(jìn)給到X120 Y60 Z50; </p><p>  N14 M30; 程序結(jié)束,系統(tǒng)復(fù)位;</p><p><b&g

83、t;  總結(jié)</b></p><p>  本次設(shè)計(jì)雖然采用的是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng),但控制精度并不算低,在設(shè)計(jì)時(shí),需要對(duì)導(dǎo)軌、絲杠、步進(jìn)電機(jī)的選擇進(jìn)行充分考慮。因此,對(duì)工作臺(tái)上各部分的受力分析進(jìn)行了大量的計(jì)算和校核,以保證工作臺(tái)各部件在負(fù)載下能夠正常工作。在各個(gè)機(jī)械部件的選擇上,盡量以高標(biāo)準(zhǔn)選取,而控制系統(tǒng)設(shè)計(jì),則盡量選用成熟且性?xún)r(jià)比較高的產(chǎn)品。在本次設(shè)計(jì)中,我翻閱了大量的書(shū)籍,經(jīng)過(guò)三周的日夜奮戰(zhàn),終于在滿(mǎn)足

84、各項(xiàng)規(guī)定的設(shè)計(jì)參數(shù)的情況下完成了任務(wù)。</p><p>  本次設(shè)計(jì)的XY數(shù)控十字工作臺(tái)主要應(yīng)用于銑床上,采用GGB20BA四方向等載荷窄型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副、FFZD3205-3型滾珠絲杠螺母副、110BYG550B-030混合式步進(jìn)電機(jī)、SH-50806B型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等設(shè)備,在普通機(jī)床的數(shù)控化改造上,具有一定意義。</p><p>  本次設(shè)計(jì)對(duì)我們這幾年來(lái)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次回顧,不

85、管是機(jī)械還是電氣部分都有涉及,還有以前學(xué)過(guò)的畫(huà)圖軟件及電路仿真軟件也都得到了很好的復(fù)習(xí),這為我們下學(xué)期開(kāi)展的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了很好的基礎(chǔ)。</p><p><b>  參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>  [1]范超毅,趙天嬋等.數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)[M].華中科技大學(xué)出版社, 2007.5</p><p>  [2]王文斌.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].

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