课改数控大纲下.docx
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课改数控大纲下
《数控技术》课程教学大纲
课程编号:
(580103)
适用专业:
数控技术专业
总学时数:
80;其中:
理论教学50学时;实验教学30学时
考核方式:
考试,闭卷
一、课程简介
《机床数控技术》是机械类专业的一门必修课程。
随着数控加工技术在机制行业中的普及,数控技术的重要性已十分显著。
为了适应机制态势高速发展,作为机类的学生,必须掌握数控技术的基本知识和技能,以适应工作岗位及现代机制技术发展的需要。
课程内容主要包括:
数控概论、加工编程、控制原理、检测装置、机械结构、伺服驱动、电气控制、故障分析等。
通过本课程的学习,培养学生在数控原理、数控编程、数控工艺、数控机床机械结构及数控新技术的发展等方面专业知识,在理论与实践相结合的基础上,使学生具备一定的数控加工实际操作能力,同时具有较为全面的专业知识和必要的理论知识,为今后参加实际工作打下了坚实基础。
二、课程设计思路
本专业毕业生的主要就业方向是机械制造业的生产和管理第一线,相当比例主要工作领域是运用数控加工技术和相关工程技术,并通常是以计算机和CAD/CAM软件为主要的信息工具,从事数控加工工艺设计、程序编制、数控加工和以零件加工项目为主的生产组织与管理工作,可归纳为加工操作、工艺设计及编程、设备的维护维修、CAD/CAM应用四类方向:
课程设计基本理念:
面向制造业,培养德智体美全面发展,具有与本专业领域相适应的文化水平与技术素质,良好的职业道德与创新精神,掌握本专业领域方向的必须的基础知识和专业技术知识,熟练掌握数控加工工艺和数控加工程序编制,可熟练的进行数控机床和一般企业通用的数控设备的操作和正常技术维护,可承担胜任现代制造业的生产和管理工作,可以熟练使用CAD/CAM软件进行工艺和数控加工的计算机辅助设计工作,同时可达到胜任项目生产管理与组织的专科学历层次的技能型人才。
知识着重点以数控加工原理、数控机床组成原理及数控加工技术教学为主,理论方面结合多媒体教学、上机仿真操作练习及上机操作加工进行教学.课程总体分为数控加工原理和数控机床组成原理两个主模块,课程着重提高学生对数控加工原理、数控机床组成、工作原理的掌握和实际操作数控机床进行零件车削加工和铣削加工能力,重点掌握数控系统的基本控制原理、中等复杂零件的工艺规划、编程与实际加工。
三、课程性质
课改后数控技术的课程性质与作用主要内容是:
通过本课程必须的理论教学和充分的实践教学,使学生理解数控加工的基本概念,熟悉数控机床各组成部分的结构及其控制原理,掌握常见数控加工方法的加工工艺、编程与数控机床操作,具有应用数控加工技术的实际技能。
课程遵循理论联系实际,体现实用性、应用性、综合性和先进性,积极探索、激发、创新的教学原则,紧紧围绕数控加工技术应用人才的技术市场需求,培养出适应现代制造技术需求的,熟悉数控加工工艺,熟练掌握数控加工技术的现代化技能型人才,为学生毕业后从事数控技术应用方面奠定实践技能,为现代数控加工技术市场输送高质量的应用性技术人才。
四、教学目标
结合本校的教学资源和教学特点本课程教学在知识、能力和素质结构方面应达到的目标是:
(1)了解数控机床的产生与发展、基本分类、典型数控系统、数控加工技术的发展趋势和自动编程系统;
(2)理解数控加工技术中的基本概念、计算机数控系统的硬件与软件结构和基本控制原理、数控机床各组成部分的结构及其工作原理,数控车床、铣床、加工中心、数控电火花线切割加工机床和数控电火花成形机床的主要功能、分类与结构特点、主要加工对象;
(3)掌握常见数控加工方法(数控车削、数控铣削、加工中心加工、数控电火花线切割、数控电火花成形加工)的加工工艺与工装、应可熟练完成程序编制和加工操作;
(4)具备应用CAM技术编制中等复杂零件的数控程序的能力;
(5)具备常用数控机床和其它数控设备的操作能力,日常维护保养能力,常见故障的分析处理能力;
(6)正确选用和调试工艺装备的能力;
(7)选用、安装、调试、检测、精度检测、维护保养与管理数控机床的能力;
(8)具备现代企业数控加工技术岗位所需的的综合工程素质。
五、教学内容与基本要求
本课程课改后教学内容具体表现形式可归纳为以下8个模块:
1.数控技术概论模块;
2.计算机数控系统模块;
3.数控机床的位置检测传感器件模块;
4.数控机床的电气驱动执行部件模块;
5.数控机床进给伺服系统控制原理模块;
6.数控机床机械系统模块;
7.数控加工程序的编制模块;
8.数控系统及机床的故障分析诊断;
每个模块包含相应的教学方法改革、教学资源配置、实验实训设备配置等课改内容。
教学内容应充分考虑到本专业毕业生的主要就业方向。
本课程的前期课程要求是学生已掌握制图与识图、机械制造、刀具和材料、单片机、电气控制与PLC等专业基本知识,具备一定CAD建模和制图知识和技能。
在培养学生的职业素质方面要求达到:
培养学生勤奋、好学的能力;踏实、认真的良好品德;良好的职业道德。
在培养学生的社会能力方面要求达到:
培养学生的沟通能力及团队协作精神;分析问题、解决问题的能力;勇于创新、敬业乐业的职业素质;质量意识、安全意识。
在培养学生的专业能力目标方面要求达到:
(1)掌握数控机床的主要组成、数控机床的构成和应用特点特点、数控机床的分类和应用选择、数控机床机械系统和电气控制系统的组成和基本工作原理,一般数控机床的维护与故障分析维修能力、数控系统的基本组成和控制原理;
(2)掌握常见回转类零件的数控加工方法,达到根据零件图,正确制定数控加工工艺,使用数控车床加工中等复杂回转类零件,并熟练掌握正确使用常用工量夹具的技能;
(3)掌握方形零件(包括箱体类工件)的数控铣削加工方法,达到根据零件图,正确制定数控加工工艺,使用数控车床加工中等复杂回转类零件,并熟练掌握正确使用常用工量夹具的技能;
(4)熟练掌握手工编程和使用常用的数控编程加工仿真软件编程,可正确的手动方式或通过数控传输,使用仿真软件,模拟仿真加工,校验零件加工工艺和数控程序。
具体教学内容基本要求见下表:
第一部分数控技术概论模块(10℅总课时)
数控技术概论知识点模块
教学内容、教学目的和教学要求
了解数控技术的产生和技术特点,了解数控机床的基本组成和各组成部分的作用,理解数字控制系统的组成和分类,开环和闭环控制系统的概念,掌握数控机床按照轨迹控制功能和伺服功能的分类,理解多功能CNC系统与经济型数控系统的概念和技术经济意义。
了解适应控制系统、直接数控系统、FMC、FMS、CIMS的概念和应用意义及发展现状。
理解数控技术在金属切削机床中的应用、在电加工机床和其他特种加工设备中的应用、了解数控技术在工业机器人及CNC三坐标测量机中的应用及发展、数控技术的发展现状和发展趋势与机械加工自动化的现状及先进制造技术理念。
难点:
开环和闭环控制系统的概念。
要点:
数控机床按照轨迹控制功能和伺服功能的分类。
教学方法及教学资源、实验实训设备
(1)课堂教学;
(2)PPT课件辅助教学;
(3)播放视频资料,增加感性认识,为今后的实训奠定基础;
(4)数控实训中心参观、现场教学,可完成的教学内容:
①数控机床分类、组成、基本功能;
②现场加工过程、加工工艺、刀具处理、程序编辑输入演示;
③数控车床和数控铣床现场加工演示;
④现场组织学生讨论、分析数控加工的技术特点和应用意义。
第二部分计算机数控系统模块(15℅总课时)
计算机数控系统知识点模块
教学内容、教学目的和教学要求
掌握CNC系统的组成和计算机的功用,理解数字控制的理论体系、CNC系统中的计算机各功能部件模块的作用功能和基本构成原理,基本掌握CNC系统中的可编程逻辑控制器的作用功能和构成方式,掌握机床控制I/O部件的实现方式,了解数控系统的模块化设计结构的技术意义,了解CNC系统总线标准和总线功能模块。
理解CNC系统中的插补运算的意义,掌握脉冲增量插补法的插补原理、基本内容、12种基本线型偏差算法的结论,完成轨迹插补的计算机控制软件的基本流程,了解数据采样法插补的基本原理和主要处理步骤。
理解CNC系统的控制软件的组成结构和主要软件模块的功能及关键流程原理。
难点:
①CNC系统计算机各功能部件模块的作用功能和基本构成原理;
②CNC系统总线标准和总线功能模块;
③CNC系统的控制软件的组成结构和主要软件模块的功能及关键流程原理。
要点:
①脉冲增量插补法的插补原理、基本内容;
②12种基本线型偏差算法的结论;
③系统中的可编程逻辑控制器的作用功能和构成方式。
教学方法及教学资源、实验实训设备
(1)课堂理论教学;
(2)PPT课件辅助教学;
(3)播放flash动画片段资料,增强对插补过程的理解认识;
(4)数控系统原理综合实训设备演示;
①教学设备:
步进开环数控工作台(2坐标或3坐标);
②现场编程演示伺服电机正转、反转、加减速、直线轨迹、圆弧轨迹;
③展示开环数控系统的基本部件,各部分的功能作用,硬件系统的基本组成;
(5)数控系统组成仿真软件仿真实训;
(6)所用设备:
数控系统原理综合实训设备;
步进开环数控工作台(2坐标或3坐标);
数控系统组成仿真软件仿真软件及实训机房、设备。
第三部分位置检测传感器件模块(5℅总课时)
数控机床的位置检测传感器件知识点模块
教学内容、教学目的和教学要求
掌握数控机床的位置传感器件的技术意义,功能作用和基本分类;掌握光栅位移检测装置的组成结构和工作原理,光栅传感器的信号处理技术,光栅位移检测装置的安装及维护要点。
掌握增量式光电脉冲编码盘的组成结构和工作原理,传感信号处理技术,编码盘的应用特点,编码盘检测装置的安装及维护要点。
了解直线感应同步器的结构、分类和选用,应同步器的工作原理和信号处理方式,了解采用感应同步器数字位置测量系统构成机床坐标控制系统(数显技术)的应用技术意义。
了解旋转变压器、磁栅等其他位置检测元件的基本工作原理、组成结构和应用特点。
难点:
①光栅传感器的信号处理技术;
②应同步器的工作原理和信号处理方式;
要点:
①光栅位移检测装置的组成结构和工作原理;
②增量式光电脉冲编码盘的组成结构和工作原理;
③光栅传感器的信号处理技术。
教学方法及教学资源、实验实训设备
(1)课堂理论教学;
(2)PPT课件辅助教学;
(3)播放flash动画片段资料,增强对插补过程的理解认识;
(4)数控系统位置传感器演示,参观、现场教学,可完成的教学内容:
①数控机床位置传感器主要分类、器件模式组成、基本功能;
②现场直线位移传感器(直线光栅尺和数显装置,直线感应同步器和相应数显装置)和角位移传感器(光电编码盘和试验数显装置,圆光栅及数显装置)结构、组成原理、工作特点、输出信号处理结果及显示演示;
(5)所用设备:
直线光栅尺和数显装置;
直线感应同步器和相应数显装置;
光电编码盘和试验数显装置;
圆光栅及数显装置等。
第四部分电气驱动执行部件模块(5℅总课时)
数控机床的电气驱动执行部件知识点模块
教学内容、教学目的和教学要求
理解数控机床执行机构动力源的类型,一般掌握主轴驱动动力源的技术要求、组成要点,理解对数控机床主轴电动机的一般技术要求,掌握数控机床主轴驱动的特殊问题,了解直流主轴电动机及其控制单元和交流主轴电动机及其控制单元,理解相对传统加工机床主轴系统所具有的特殊工艺要求及工艺特点和技术意义与性价比。
理解进给驱动动力源的基本类型,了解数控机床功率步进电动机的基本分类,掌握步进电动机的工作原理,理解步进电动机的运行性能和主要技术参数,掌握步进电动机的驱动电源的基本类型,掌握步进电机单电压驱动、高低压驱动、恒流斩波驱动的电路组成和工作原理,理解步进电动机的选用一般方法,掌握步进电机软件/硬件环形分配器的基本工作原理。
了解直流伺服电动机的特点与工作原理、直流伺服电动机的伺服控制电路及直流伺服电动机的选用,交流伺服电动机的特点与工作原理,交流伺服电动机的伺服控制电路及交流伺服电动机的选用,了解进给伺服电动机的负载计算主要内容及方法。
掌握数控机床开关量电气控制和机床电气控制部件的结构方式、组成、工作原理。
难点:
①直流伺服电机的特点与工作原理、直流伺服电动机的伺服控制电路;
②交流伺服电机的特点与工作原理,交流伺服电动机的伺服控制电路;
③步进电机恒流斩波驱动的电路组成和工作原理;
要点:
①数控机床主轴驱动的特殊问题,主轴系统所具有的特殊工艺要求及
工艺特点;
②步进电动机的工作原理步进电机单电压驱动、高低压驱动、恒流斩
波驱动的电路组成和工作原理;
③步进电机软件/硬件环形分配器的基本工作原理;
④机床开关量电气控制和机床电气控制部件的结构方式、组成、工作原理。
教学方法及教学资源、实验实训设备
(1)课堂理论教学;
(2)PPT课件辅助教学;
(3)播放flash动画片段资料,增强对数控伺服电机等执行机构理解认
识(功率步进电机运行动画演示等);
(4)数控系统伺服电机等执行机构的演示,参观、现场教学,可完成的教学内容:
①数控机床功率步进电机实物,驱动电源及经济型数控系统结构、原理及运行状态演示;
②数控机床交流伺服电机、直流伺服电机实物,驱动电源及半闭环数控系统结构、原理及运行状态演示;
③交流主轴电机变频调速工作运行演示;
(5)数控系统组成仿真软件仿真实训;
(6)所用设备:
数控机床功率步进电机实物,驱动电源及经济型数控系统;
直流伺服电机实物及驱动电源;
交流伺服电机实物及驱动电源;
交流主轴电机变频调速控制系统教学演示装置;
数控系统组成仿真软件及仿真实训场所、设备;
PLC实验装置。
第五部分数控机床进给伺服系统模块(10℅总课时)
数控机床进给伺服系统控制原理知识点模块
教学内容、教学目的和教学要求
掌握数控机床进给运动伺服系统的分类和特点,全闭环和半闭环控制系统的区别,了解进给伺服系统中的位置指令信号的函数规律和指令值的修正。
掌握开环伺服系统的结构、系统工作原理和提高步进系统精度的措施,理解闭环(半闭环)伺服系统的结构与工作原理。
了解闭环伺服系统数学模型和进给伺服系统的动、静态性能分析一般概念,了解开环增益、位置精度、调速范围、速度误差系数、伺服系统的可靠性等数控伺服系统技术指标概念,机床进给伺服系统特性对加工精度的影响。
难点:
①数控机床进给运动伺服系统的分类和特点;
②闭环(半闭环)伺服系统的结构与工作原理;
要点:
开环伺服系统的结构、系统工作原理。
教学方法及教学资源、实验实训设备
(1)课堂理论教学
(2)PPT课件辅助教学
(3)播放数控机床伺服系统视频片段资料,增强对数控机床开环伺服系统、半闭环伺服系统、全闭环伺服系统的理解认识;
(4)数控系统位置伺服系统演示,参观、现场教学,可完成的教学内容:
①数控机床开环步进伺服系统教学演示装置的组成、工作原理及系统特点的演示;
②数控机床全闭环伺服系统、半闭环伺服系统教学演示装置的组成、工作原理及系统特点的演示;
(5)数控系统组成仿真软件仿真实训;
(6)所用设备:
数控系统综合实验装置
(1)可以模拟整台数控机床控制过程,可进行编程、模拟各项动作;
(2)对数控系统可进行安装、调试、维护、维修(设置故障点);
数控系统配置及主要要求:
①CNC数控装置;
②X/Z轴可采用步进或交流伺服的驱动器方式;
③可采用开环控制或半闭环控制或闭环控制;
④主轴电机变频控制或采用主轴交流伺服驱动;
数控系统组成仿真软件及仿真实训场所、设备。
第六部分数控机床机械系统模块(15℅总课时)
数控机床机械系统知识点模块
教学内容、教学目的和教学要求
掌握常见数控机床的主要组成部分和数控机床各组成部分的作用,数控机床机械结构的主要特点,数控机床的主要工艺特点,数控机床的主要布局方式和相应的技术特点,对数控机床机械结构提出的要求。
掌握主传动系统及主轴部件的常见结构方式,应用技术特点和应用适应性,数控机床主传动系统的特殊工艺要求和与之适应的特殊结构,理解主轴调速系统的方式分类和基本实现技术方案。
了解主轴的C轴功能的技术意义和实现方案及不同方案的技术特点,掌握机床C轴功能的技术意义,掌握数控机床主轴准停的技术意义和实现类型,重点掌握机电液一体化的主轴准停方案的组成结构和工作原理。
了解数控机床自动换刀机构的类型、应用特点和发展趋势,常见基本换刀机构的结构组成,理解常见换刀机械手的类型、基本原理和基本结构;
掌握数控机床导轨的结构类型和技术特点及选择原则,对数控机床导轨的基本要求,掌握常见滑动导轨的消隙结构和调整方法,了解常见滚动导轨的类型,工作原理和应用特点。
掌握对数控机床进给系统的机械传动机构的技术要求,掌握数控机床进给传动机构的结构特点,掌握传动系统中常见机械装置、结构部件的组成及运行原理和常见消隙措施结构和调整方法,理解一般的保养维护内容;
理解数控机床传动机构中滚珠丝杠螺母副的组成结构和工作原理,常见的结构类型和应用技术特点,掌握数控机床传动机构中滚珠丝杠螺母副的四种常见的丝杆支撑方式结构和技术特点,掌握滚珠丝杠螺母副的三种常见的预紧消隙方案的机械结构和调整方法。
理解数控机床几何精度的基本概念,掌握数控机床精度的主要检测项目、检测方法、检测数据的技术处理和评价。
理解数控机床的定位精度概念,掌握定位精度的检测和数控机床定位精度的评定,理解数控机床定位精度的分析和提高数控机床定位精度的措施,理解开环系统的定位精度分析,理解失动量的来源和消除措施,理解提高定位精度的措施和定位误差补偿的概念,理解数控机床的工作精度概念和数控机床的工作精度试验基本内容。
难点:
①主传动系统及主轴部件常见结构方式,应用技术特点和应用适应性;
②数控机床的定位精度概念,定位精度检测和定位精度的评定;
③理解提高定位精度的措施和定位误差补偿的概念;
要点:
①主轴部件的常见结构方式;
②数控机床主轴准停的技术意义和实现类型,机电液一体化的主轴准
停方案的组成结构和工作原理;
③常见滑动导轨的消隙结构和调整方法;
④滚珠丝杠螺母副丝杆支撑方式结构和技术特点,滚珠丝杠螺母副的
常见的预紧消隙方案的机械结构和调整方法;
⑤数控机床的工作精度概念和数控机床的工作精度试验基本内容。
教学方法及教学资源、实验实训设备
(1)课堂理论教学;
(2)PPT课件辅助教学;
(3)播放flash动画片段资料,增强对数控机床机械系统组成的理解;
认识;播放数控机床视频片段资料,增强对数控机床机械系统运行方式及
特点的理解认识;
(4)数控机床机械系统主要部件的参观、演示、现场教学,可完成的教学内容:
①机床的布局及基本部件结构、原理及运行状态演示;
②数控机床和传统机床结构的异同点意义,现场讲授及互动讨论;
③机床主轴基本支撑现场讲解演示;
④机床导轨基本类型、结构特点、补偿调节机构的结构方式、应用特点的现场演示讲授;
⑤机床丝杆螺母传动副的结构、支撑、消隙调整方式的现场讲授演示及讨论;
⑥机床液压系统的基本组成和工作原理及工作特点及应用意义的现场讲授演示及互动讨论;
⑦滚珠丝杆螺母副不同结构类型实物的演示及讲授;
⑧机床机械系统常见加工精度下降及工作运行故障的现场分析及维修、排除现场观摩、演示、分析、讲授及互动讨论;
⑨机床吊装、搬运、安装、调试及精度检验、机床精度检验装置及测量仪器和相关量具应用及操作基本方法现场讲授及互动讨论;
⑩机床精度检测:
包括车床导轨直线度、平行度、车端面的平面度、主轴回转精度等18项。
普通机床主要几何精度检验主要标准如下:
1溜板移动在垂直面不直度0.02mm/m只许凸;
2溜板移动时的倾斜度0.03mm/m;
3溜板移动在水平面内的不直度0.015mm/m;
4主轴锥孔中心线的径向跳动近主轴端0.01mm,在300mm处0.02mm;
5溜板移动对主轴中心线的不平度上母线0.03mm,只许上;侧母线0.015mm只许向操作者;
6主轴锥孔中心线和尾架套筒中心线对移动溜板移动的不等高度0.06mm只许尾架高;
7溜板移动对尾座套筒锥孔中心线的不平行度上母线0.03mm,侧母线0.03mm;
8主轴轴肩支撑面的径向跳动0.02mm;
9主轴定心轴承颈的径向跳动0.01mm;
(5)数控系统组成仿真软件仿真实训;
(6)所用设备:
数控车床、数控铣床生产现场;
普通车、铣、镗、磨、钻、拉、插等机床及生产现场;
外循环及内循环滚珠丝杆螺母副;
机床导轨、滑动轴承恢复精度的刮研修复工艺装备(研磨平板、工型平尺、桥型平尺、燕尾导轨研磨平尺、平面刮刀、研磨油石、显示剂等)
机床精度检验装置及测量仪器和相关量具应用及操作基本方法(合象水平仪、框式水平仪、千分表、磁力表座、检验角尺及检验棒等);
数控系统组成仿真软件及仿真实训机房设备。
第七部分数控加工程序编制模块(30℅总课时)
数控加工程序的编制知识点模块
教学内容、教学目的和教学要求
掌握数控加工程序的编制的概念,程序编制的目的、方法、编程内容与步骤;
掌握加工程序的构成、加工程序段的格式与代码,数控机床的坐标系与数控机床的坐标轴概念、定义与操作判定技能,掌握机床坐标系与工件坐标系和编程坐标系的定义、区别和联系;
掌握常用准备功能指令、辅助功能指令的编程(与位置有关的指令、与插补有关的指令、暂停(延迟)指令、刀具补偿指令、标准固定循环指令、与坐标系有关的指令、和操作及工艺有关的指令等);
掌握数控铣床与加工中心的编程,掌握数控铣床的编程特点与数控铣床编程中的特殊功能指令应用,掌握方形零件的数控铣削加工方法,根据零件图,制定数控加工工艺,使用数控铣床加工中等复杂方形类零件,并正确使用工量夹具;一般掌握数控加工中心的编程特点与加工中心换刀程序的编制;
掌握数控车床加工程序的编制特点与数控车床编程中的特殊功能指令及特殊固定循环指令的编程应用,掌握回转类零件的数控加工方法,根据零件图,制定数控加工工艺,使用数控车床加工中等复杂回转类零件,并正确使用工量夹具;
理解数控加工计算机辅助程序编制概念和意义,了解数控加工自动编程的发展史,理解现代CAM技术的概况及发展趋势;掌握机械零件的计算机三维造型方法;具有熟练应用数控加工仿真软件对零件进行数控编程和模拟加工的能力;具有利用CAD/CAM软件,完成零件数控加工程序生成及零件的加工能力;
熟悉工程图纸的创建与打印掌握常用自动编程系统软件的使用方法,掌握CAM环境下的三造型建模、编辑、工艺处理、仿真加工、软件的后置处理、加工程序的生成和文件管理、掌握由三维实体模型生成的加工程序和数控仿真软件的数据文件传输,并掌握数控仿真环境下机床设置、刀具设置、工艺条件设置及完成三维实体模拟仿真加工,校验零件加工工艺和数控程序及仿真加工结果的正确性。
难点:
①数控机床的坐标系、坐标轴概念、定义与操作判定技能,机床坐标
系与工件坐标系和编程坐标系的定义、区别和联系;
②机械零件的计算机三维造型方法;
③由三维实体模型生成的加工程序和数控仿真软件的数据文件传输;
要点:
①常用准备功能指令、辅助功能指令的编程;
②数控铣床与加工中心的编程,数控车床的编程;
③利用CAD/CAM软件,完成零件数控加工程序生成及零件的加工仿真;
④数控仿真环境下机床设置、刀具设置、工艺条件设置及完成三维实
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