JP6710902B2 - Cutting device, cutting method and annular tool - Google Patents
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Description
本発明は、切削装置、切削方法及び環状工具に関する。 The present invention relates to a cutting device, a cutting method and an annular tool.
切削装置では、エンドミル、バイト等の切削工具でチタン合金やインコネル等の難切削材でなる工作物を切削加工すると、切削工具の切れ刃は工作物と大きな切削抵抗力で長時間接触することになるので、切れ刃の接触部分に高温の切削熱が発生し易く、工具寿命が低下するおそれがある。 In cutting equipment, when a workpiece made of difficult-to-cut material such as titanium alloy or Inconel is cut with a cutting tool such as an end mill or a bite, the cutting edge of the cutting tool may contact the workpiece for a long time with a large cutting resistance force. Therefore, high-temperature cutting heat is likely to be generated at the contact portion of the cutting edge, which may shorten the tool life.
そこで、例えば、特許文献1には、回転可能な丸駒形状の切削工具の回転軸線を切削送り方向と平行に配置し、切削工具を回転させながら工具端面をすくい面として工作物を切削加工するロータリー切削方法が提案されている。このロータリー切削方法では、切削工具が回転しているので、切れ刃に発生する切削熱は全周に分散されることになり、工具寿命を向上できる。
Therefore, for example, in
上述のロータリー切削方法では、繋がった切屑が連続的に流出するため、この切屑が主軸や工作物に絡まった場合、切削装置の故障等の問題が発生する。チップブレーカ等を設けた切削工具では、上記問題を解消可能であるが、工具形状が特殊形状となるため工具コストが高くなる傾向にある。また、切削加工中に切屑を切断することが可能な装置が提案されている(特開平5−50301号公報、特開2009−208162号公報参照)が、切削工具としてバイトを用いた切削装置であり、難切削材でなる工作物を切削加工したときは工具寿命が低下するおそれがある。 In the above-described rotary cutting method, the connected chips continuously flow out, so that when the chips are entangled with the spindle or the work, a problem such as a failure of the cutting device occurs. A cutting tool provided with a chip breaker or the like can solve the above problem, but since the tool shape is a special shape, the tool cost tends to increase. Further, a device capable of cutting chips during cutting has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-50301 and 2009-208162), but it is a cutting device using a cutting tool as a cutting tool. Therefore, when a workpiece made of a difficult-to-cut material is cut, the tool life may be shortened.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、切削加工中に発生する切屑を分断でき、且つ工具寿命の向上を図ることができる切削装置及び切削方法並びに切削装置及び切削方法に使用される環状工具を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a cutting device, a cutting method, a cutting device, and a cutting method capable of dividing the chips generated during cutting and improving the tool life. The object is to provide an annular tool for use.
(切削装置)
本発明の切削装置は、工具軸線を中心とした連続した円形状の切れ刃を有する環状工具と、前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、工作物を保持する工作物保持台と、を備え、前記環状工具は、当該環状工具の軸線に直角な方向から見た前記軸線と前記環状工具の外周面との成す角が前記環状工具の回転方向に連続的に変化するように形成され、前記工具主軸及び前記工作物保持台を、加工の際に前記工作物に対して、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置し、前記すくい面の成すすくい角を前記環状工具の回転方向に変化させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う。
(Cutting device)
The cutting device of the present invention includes an annular tool having a continuous circular cutting edge centered on the tool axis, a tool spindle attached with the annular tool, and rotating the annular tool around the axis of the annular tool, and a machining tool. A workpiece holder for holding an object, wherein the annular tool has an angle between the axis of the annular tool and the outer peripheral surface of the annular tool viewed from a direction perpendicular to the axis of the annular tool, and the rotation direction of the annular tool. Is formed so as to continuously change, the tool spindle and the workpiece holder, with respect to the workpiece during machining, the outer peripheral surface of the annular tool is a rake surface, and the end surface of the annular tool is The workpieces are machined by the annular tool while arranging them in a relative positional relationship as a flank and changing the rake angle formed by the rake surface in the rotation direction of the annular tool.
切削加工においては、環状工具のすくい角は、環状工具の回転方向に変化するため、切屑の流出形状、流出方向、流出角度、流出速度は、環状工具の回転中に大きく変化する。よって、切屑は、すくい角の変化のタイミングで分断されて流出し易い。そのため、従来のように繋がった切屑の連続的な流出とはならないので、切屑が工具主軸や工作物に絡まることはない。 In the cutting process, the rake angle of the annular tool changes in the rotation direction of the annular tool, so that the chip outflow shape, the outflow direction, the outflow angle, and the outflow speed greatly change during the rotation of the annular tool. Therefore, the chips are likely to be divided and flow out at the timing of the change of the rake angle. Therefore, since the connected chips do not continuously flow out as in the conventional case, the chips are not entangled with the tool spindle or the workpiece.
(切削方法)
本発明の切削方法は、工具軸線を中心とした連続した円形状の切れ刃を有する環状工具と、前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、工作物を保持する工作物保持台と、を備え、前記環状工具は、当該環状工具の軸線に直角な方向から見た前記軸線と前記環状工具の外周面との成す角が前記環状工具の回転方向に連続的に変化するように形成される切削装置の切削方法であって、前記工具主軸及び前記工作物保持台を、加工の際に前記工作物に対して、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置する配置工程と、前記すくい面の成すすくい角を前記環状工具の回転方向に変化させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う加工工程と、を備える。本発明の切削方法によれば、上述した切削装置における効果と同様の効果を奏する。
(Cutting method)
The cutting method of the present invention includes an annular tool having a continuous circular cutting edge centered on the tool axis, a tool spindle attached with the annular tool, and rotating the annular tool around the axis of the annular tool, and a machining tool. A workpiece holder for holding an object , wherein the annular tool has an angle between the axis of the annular tool and the outer peripheral surface of the annular tool viewed from a direction perpendicular to the axis of the annular tool, and the rotation direction of the annular tool. to a method of cutting the formed Ru cutting machine as continuously changes, the holding table said tool spindle and said workpiece with respect to the workpiece during processing, the outer peripheral surface of the annular tool rake Surface, and the arranging step of arranging in a relative positional relationship in which the end face of the annular tool is a flank, and machining the workpiece with the annular tool while changing the rake angle formed by the rake face in the rotation direction of the annular tool. And a processing step of performing. According to the cutting method of the present invention, the same effects as the effects of the above-described cutting device can be obtained.
(環状工具)
本発明の環状工具は、工具軸線を中心とした連続した円形状の切れ刃を有し、加工の際に工作物に対して、外周面がすくい面となり端面が逃げ面となる相対位置関係に配置される回転可能な環状工具であって、前記環状工具は、当該環状工具の軸線に直角な方向から見た前記軸線と前記環状工具の外周面との成す角が前記環状工具の回転方向に連続的に変化するように形成され、前記すくい面の成すすくい角を前記環状工具の回転方向に変化させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う。この環状工具による切削加工においては、環状工具のすくい角は、環状工具の回転方向に連続的に変化するため、切屑の流出形状、流出方向、流出角度、流出速度は、環状工具の回転中に大きく変化する。よって、切屑は、すくい角が変化するタイミングで分断されて流出し易くなる。
(Ring tool)
The annular tool of the present invention has a continuous circular cutting edge centered on the tool axis, relative to the workpiece during machining, in a relative positional relationship where the outer peripheral surface is the rake surface and the end surface is the flank surface. A rotatable annular tool to be arranged, the annular tool, the angle between the axis of the annular tool and the outer peripheral surface of the annular tool viewed from a direction perpendicular to the axis of the annular tool is in the rotation direction of the annular tool. The annular tool is formed so as to be continuously changed, and the workpiece is machined by the annular tool while changing the rake angle formed by the rake surface in the rotation direction of the annular tool . In cutting with this annular tool, the rake angle of the annular tool changes continuously in the rotation direction of the annular tool, so the chip outflow shape, outflow direction, outflow angle, and outflow speed are It changes a lot. Therefore, the chips are easily separated and discharged at the timing when the rake angle changes.
(1.切削装置の機械構成)
図1に示すように、切削装置1は、工作物保持台10と、ベッド20と、心押し台30と、往復台40と、送り台50と、チルト台60と、刃物台70と、制御装置80等とを備える。なお、以下の説明では、工作物保持台10に設けられている回転主軸11の回転主軸線Rw方向をZ軸線方向、回転主軸11の回転主軸線Rw方向と水平面内で直交する方向をX軸線方向、Z軸線方向及びX軸線方向と直交する方向をY軸線方向と称する。
(1. Mechanical configuration of cutting device)
As shown in FIG. 1, the
工作物保持台10は、直方体状に形成され、ベッド20上に設置される。工作物保持台10には、回転主軸11が回転主軸線Rw回りに回転可能に設けられる。回転主軸11には、一端側に工作物Wの一端側の周面を把持可能な爪12aを備えたチャック12が取り付けられる。回転主軸11は、工作物保持台10内に収容された主軸モータ13により回転駆動される。
The work holding table 10 is formed in a rectangular parallelepiped shape and is installed on the
ベッド20は、直方体状に形成され、回転主軸11の下方において工作物保持台10からZ軸線方向に延びるように床上に設置される。ベッド20の上面には、心押し台30及び往復台40が摺動可能な一対のZ軸ガイドレール21a,21bが、Z軸線方向に延びるように、且つ、相互に平行に設けられる。さらに、ベッド20には、一対のZ軸ガイドレール21a,21bの間に、往復台40をZ軸線方向に駆動するための、図略のZ軸ボールねじが配置され、このZ軸ボールねじを回転駆動するZ軸モータ22が配置される。
The
心押し台30は、ベッド20に対してZ軸線方向に移動可能なように、一対のZ軸ガイドレール21a,21b上に設けられる。心押し台30には、チャック12に把持された工作物Wの自由端面を支持可能なセンタ31が設けられる。すなわち、センタ31は、センタ31の軸線が回転主軸11の回転主軸線Rwと一致するように心押し台30に設けられる。
The
往復台40は、矩形板状に形成され、ベッド20に対してZ軸線方向に移動可能なように、一対のZ軸ガイドレール21a,21b上の工作物保持台10と心押し台30との間に設けられる。往復台40の上面には、送り台50が摺動可能な一対のX軸ガイドレール41a,41bが、X軸線方向に延びるように、且つ、相互に平行に設けられる。さらに、往復台40には、一対のX軸ガイドレール41a,41bの間に、送り台50をX軸線方向に駆動するための、図略のX軸ボールねじが配置され、このX軸ボールねじを回転駆動するX軸モータ42が配置される。
The
送り台50は、矩形板状に形成され、往復台40に対してX軸線方向に移動可能なように、一対のX軸ガイドレール41a,41b上に設けられる。送り台50の上面には、チルト台60を支持する一対のチルト台支持部61がZ軸線方向に所定間隔をあけて配置される。
The feed table 50 is formed in a rectangular plate shape, and is provided on the pair of
チルト台60は、クレードル状に形成され、送り台50に対してチルト軸線Rc回りに回転(揺動)可能なように、一対のチルト台支持部61に支持される。チルト台60の上面には、刃物台70が配置される。一方のチルト台支持部61には、チルト台60をチルト軸線Rc回りに回転(揺動)駆動するチルトモータ62が配置される。
The tilt table 60 is formed in a cradle shape, and is supported by a pair of tilt
刃物台70には、工具主軸71が工具軸線Rt回りに回転可能に設けられる。そして、刃物台70には、工具主軸71を工具軸線Rt回りに回転駆動する工具用モータ72が配置される。工具主軸71には、後述する環状工具90A,90B又は90Cがチャッキングされる。また、刃物台70には、環状工具90A,90B又は90Cを冷却するための切削油を供給する図略の切削油供給装置と繋がる供給ノズル73が備えられる。
A
制御装置80は、主軸回転制御部81と、往復台移動制御部82と、送り台移動制御部83と、チルト制御部84と、工具回転制御部85とを備える。ここで、各部81〜85は、それぞれ個別のハードウエアによる構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。
The
主軸回転制御部81は、主軸モータ13を制御して回転主軸11を所定の回転数で回転駆動させる。
往復台移動制御部82は、Z軸モータ22を制御して往復台40を一対のZ軸ガイドレール21a,21bに沿って往復移動させる。
The spindle
The carriage
送り台移動制御部83は、X軸モータ42を制御して送り台50を一対のX軸ガイドレール41a,41bに沿って往復移動させる。
チルト制御部84は、チルトモータ62を制御してチルト台60を回転(揺動)駆動させる。
工具回転制御部85は、工具用モータ72を制御して環状工具90A,90B又は90Cを工具主軸71とともに回転駆動させる。
The feed base
The
The tool
制御装置80は、チルトモータ62を制御して環状工具90A,90B又は90Cを所定角度に傾斜させ、主軸モータ13及び工具用モータ72を制御して、工作物Wを回転させるとともに環状工具90A,90B又は90Cを回転させ、X軸モータ42及びZ軸モータ22を制御して、工作物Wと環状工具90A,90B又は90CとをX軸方向及びZ軸方向に相対移動することにより、環状工具90A,90B又は90Cの外周面を工作物Wに切り込ませて工作物Wの切削加工を行う。
The
(2.第一形態の環状工具の形状)
図2A及び図2Bに示すように、第一形態の環状工具90Aは、斜円錐台状の工具本体91Aと、工具本体91Aの根元側の小径端面91Aaから延び且つ工具軸線Rtを中心軸線とする円柱状の工具軸92Aとで構成される。工具本体91Aの外周面は、斜円錐面状のすくい面91Abとして形成され、工具本体91Aの大径端面は、平坦な逃げ面91Acとして形成される。そして、工具本体91Aのすくい面91Abと逃げ面91Acとの成す稜線は、連続した円形状、すなわち途中で分断されていない円形状の切れ刃91Arとして形成される。
(2. Shape of the annular tool of the first embodiment)
As shown in FIGS. 2A and 2B, an
すくい面91Abは、斜円錐面状に形成されているため、工具軸線Rtに対し直角な方向から見たときの工具軸線Rtとすくい面91Abとの成す角βは、逃げ面91Acの円周方向に変化する。換言すると、本例の環状工具90Aでは、工具軸線Rtに対し直角な方向から見たときのすくい面91Abと逃げ面91Acとの成す刃先角αは、逃げ面91Acの円周方向に変化する。具体的には、図2Aに示す工具軸線Rtと小径端面91Aaの中心軸線Raとに直角な直線Hに対し直角な方向から見た図2Bに示すように、最小の刃先角はαs、最大の刃先角はαbとなり、刃先角αは逃げ面91Acの円周方向にαsからαbの間で変化する。最小の刃先角αsは、切れ刃91Arの強度を保持するため、45度以上、好ましくは70度から80度で形成され、最大の刃先角αbは、90度で形成されている。
Since the rake face 91Ab is formed in the shape of an inclined conical surface, the angle β formed between the tool axis Rt and the rake face 91Ab when viewed from the direction perpendicular to the tool axis Rt is the circumferential direction of the flank 91Ac. Changes to. In other words, in the
(3.第一形態の環状工具を用いた切削加工方法)
次に、第一形態の環状工具90Aを用いた切削方法を、図3のフローチャート、図4A,Bの切削加工開始状態図及び図5A,B−7A,Bの切削加工状態図を参照して円筒状の工作物Wの外周面Wsを周方向に切削加工する場合、すなわちプランジ方向送りで切削加工する場合について説明する。なお、初期状態においては、環状工具90Aの工具軸線RtとX軸線とが平行になるように、チルト台60を位置決めしているとする。
(3. Cutting method using the annular tool of the first embodiment)
Next, the cutting method using the
先ず、制御装置80は、チルト台60をチルト軸線Rc回りで回転(揺動)させ、環状工具90Aの工具軸線Rtを傾斜させる(図3のステップS1)。具体的には、チルト制御部84は、チルトモータ62を制御してチルト台60をチルト軸線Rc回りで回転(揺動)駆動させ、環状工具90Aの工具軸線Rtを以下の状態になるまで傾斜させる。すなわち、図4A,Bに示すように、工作物Wの回転主軸線Rwと直角であって工作物Wの外周面Wsの切削点Ptを通る直線Ltを、工作物Wの回転主軸線Rwを中心に切削方向Gに所定角度θ傾斜させ、得られる直線Lcと平行になるように、環状工具90Aの工具軸線Rtを傾斜させる。
First, the
次に、制御装置80は、環状工具90Aを工具軸線Rt回りで回転方向rtに回転させるとともに、工作物Wを回転主軸線Rw回りで回転方向rwに回転させる(図3のステップS2)。具体的には、工具回転制御部85は、工具用モータ72を制御して環状工具90Aを工具主軸71とともに回転駆動させ、主軸回転制御部81は、主軸モータ13を制御して回転主軸11を回転駆動させる。
Next, the
そして、制御装置80は、工作物Wの外周面Wsの切削点Ptに環状工具90Aの切れ刃91Arを位置決めする(図3のステップS3)。具体的には、往復台移動制御部82は、Z軸モータ22を制御して往復台40を一対のZ軸ガイドレール21a,21bに沿って移動させ、送り台移動制御部83は、X軸モータ42を制御して送り台50を一対のX軸ガイドレール41a,41bに沿って移動させることで、工作物Wの外周面Wsの切削点Ptに環状工具90Aの切れ刃91Arを位置決めする。
Then, the
そして、制御装置80は、環状工具90Aを工作物Wに対しX軸線方向に移動させて工作物Wの外周面Wsを周方向に切削加工する(図3のステップS4)。具体的には、送り台移動制御部83は、X軸モータ42を制御して送り台50を一対のX軸ガイドレール41a,41bに沿って移動させることで、環状工具90Aで工作物Wの外周面Wsを周方向に切削加工する。
Then, the
上述の切削加工においては、環状工具90Aの逃げ面91Acの成す逃げ角δは、環状工具90Aの回転方向rtに一定に保たれ、環状工具90Aのすくい面91Abの成すすくい角φは、環状工具90Aの回転方向rtに連続的に変化する。すなわち、環状工具90Aの一回転の間にすくい角φの正負が入れ替わる。このため、切屑の流出形状、流出方向、流出角度、流出速度は、環状工具90Aの一回転の間で大きく変化する。よって、切屑は、すくい角φの正負が入れ替わるタイミングで分断されて流出し易く、従来のように繋がった切屑の連続的な流出とはならないので、切屑が工具主軸71や工作物Wに絡まることはない。
In the above cutting process, the clearance angle δ formed by the flank surface 91Ac of the
具体的には、図5A,Bは、正のすくい角φpのときの切屑K1の流出状態を示し、図6A,Bは、正のすくい角φpから負のすくい角φmになったときの切屑K2の流出状態及び分断された切屑K1の放出状態を示し、図7A,Bは、負のすくい角φmから正のすくい角φpになったときの切屑K3の流出状態及び分断された切屑K2の放出状態を示す。 Specifically, FIGS. 5A and 5B show an outflow state of the chip K1 at a positive rake angle φp, and FIGS. 6A and B show chips at a positive rake angle φp to a negative rake angle φm. 7A and 7B show the outflow state of K2 and the released state of the separated chips K1, and FIGS. 7A and 7B show the outflow state of the chips K3 and the divided chips K2 when the negative rake angle φm changes to the positive rake angle φp. The release state is shown.
図5A,B−図7A,Bから明らかなように、切屑K1,K2,K3の流出形状は、正のすくい角φpのときの切屑K1,K3の流出形状は、負のすくい角φmのときの切屑K2の流出形状と比較して、切れ刃91Arの工作物Wに対する切込み量が大きいため幅広となる。正のすくい角φpのときの切屑K1,K3の流出方向及び流出角度は、負のすくい角φmのときの切屑K2の流出方向及び流出角度と比較してすくい面91Abの傾斜が緩いため、負のすくい角φmのときはX軸線に略平行な方向に流出していたのに対し、正のすくい角φpのときはX軸線に対しすくい面側に傾斜した方向に流出する。正のすくい角φpのときの切屑K1,K3の流出速度は、負のすくい角φmのときの切屑K2の流出速度と比較して、すくい面91Abに接触する部分が多いため高速となる。よって、切屑K1,K2,K3は、正負のすくい角φp、φmが入れ替わるタイミングで分断される。 As is clear from FIGS. 5A, B-FIGS. 7A, B, the outflow shape of the chips K1, K2, K3 is a positive rake angle φp, and the outflow shape of the chips K1, K3 is a negative rake angle φm. Compared with the outflow shape of the chip K2, the cutting amount of the cutting edge 91Ar with respect to the workpiece W is large, and thus the width is wide. The outflow direction and outflow angle of the chips K1 and K3 at a positive rake angle φp are negative because the rake face 91Ab is more inclined than the outflow direction and outflow angle of the chip K2 at a negative rake angle φm. When the rake angle was φm, it flowed out in a direction substantially parallel to the X-axis line, whereas when it was a positive rake angle φp, it flowed out in a direction inclined to the rake face side with respect to the X-axis line. The outflow speed of the chips K1 and K3 at the positive rake angle φp is higher than the outflow speed of the chip K2 at the negative rake angle φm because there are many portions in contact with the rake face 91Ab. Therefore, the chips K1, K2, K3 are divided at the timing when the positive and negative rake angles φp, φm are exchanged.
そして、制御装置80は、切削加工が完了したか否かを判断し(図3のステップS5)、切削加工が完了していないと判断したときは切削加工を継続する。一方、切削加工が完了したと判断したときは次工作物Wの有無を判断し(図3のステップS6)、次工作物Wが有ると判断したときは現工作物Wを次工作物Wと交換し(図3のステップS7)、ステップS1に戻って上述の処理を繰り返す。一方、次工作物Wが無いと判断したときは環状工具の回転を停止し(図3のステップS8)、全ての処理を終了する。
Then, the
(4.第一形態の環状工具の別例の形状)
第一形態の環状工具90Aは、工具本体91Aの外周面を斜円錐面状のすくい面91Abとして形成したが、以下のような形状の環状工具90Cであってもよい。すなわち、図8A,Bに示すように、環状工具90Cは、工具本体91Cの小径端面91Caの輪郭形状cvを複数の波形凹凸状(花弁形状)に形成し、逃げ面91Ccの輪郭形状(切れ刃91Cr)を円形状に形成し、小径端面91Caの輪郭形状cvと逃げ面91Ccの輪郭形状(切れ刃91Cr)とを滑らかな面で繋いだ凹凸曲面状のすくい面91Cbを有する。
(4. Shape of another example of the annular tool of the first embodiment)
In the
つまり、小径端面91Caの輪郭形状cvは、逃げ面91Ccの輪郭形状(切れ刃91Cr)と、この輪郭形状(切れ刃91Cr)より小径の二点鎖線で示す円形状の輪郭形状ccvとに沿って正弦波状の波形を形成した形状、すなわち最大径が輪郭形状(切れ刃91Cr)の径Dvの6つの円弧状部分911cvと、最小径が輪郭形状ccvの径dvの6つの円弧状部分912cvとが交互に出現する複数の花弁状に形成される。 That is, the contour shape cv of the small-diameter end surface 91Ca follows the contour shape (cutting edge 91Cr) of the flank surface 91Cc and the circular contour shape ccv indicated by a two-dot chain line with a diameter smaller than this contour shape (cutting edge 91Cr). A shape in which a sinusoidal waveform is formed, that is, six arc-shaped portions 911cv whose maximum diameter is the diameter Dv of the contour shape (cutting edge 91Cr) and six arc-shaped portions 912cv whose diameter is the minimum diameter of the contour shape ccv are formed. It is formed into a plurality of petals that appear alternately.
このような形状の環状工具91Cでも、環状工具91Aと同様に刃先角が逃げ面91Ccの円周方向に変化するので、環状工具90Cの一回転の間にすくい角の正負を入れ替えることができ、切屑の流出形状、流出方向、流出角度、流出速度は、環状工具90Cの一回転の間で大きく変化する。よって、切屑は、すくい角の正負が入れ替わるタイミングで分断されて流出し易く、従来のように繋がった切屑の連続的な流出とはならないので、切屑が工具主軸71や工作物Wに絡まることはない。
Even in the
(5.第二形態の環状工具の形状)
図9A及び図9Bに示すように、第二形態の環状工具90Bは、直円錐台状の工具本体91Bと、工具本体91Bの根元側の小径端面91Baから延びる円柱状の工具軸92Bとで構成される。工具本体91Bの外周面は、直円錐面状のすくい面91Bbとして形成され、工具本体91Bの大径端面は、平坦な逃げ面91Bcとして形成される。そして、工具本体91Bのすくい面91Bbと逃げ面91Bcとの成す稜線は、連続した円形状、すなわち途中で分断されていない円形状の切れ刃91Brとして形成される。工具軸線Rtに対し直角な方向から見たときの環状工具90Bのすくい面91Bbと逃げ面91Bcとの成す環状工具90Bの刃先角αは、切れ刃91Brの強度を保持するため、45度以上、好ましくは70度から80度で形成される。
(5. Shape of the second embodiment annular tool)
As shown in FIGS. 9A and 9B, an
(6.第二形態の環状工具を用いた切削加工方法)
次に、第二形態の環状工具90Bを用いた切削方法を、図10のフローチャート及び図11A,B−図13A,Bの切削加工状態図を参照して円筒状の工作物Wの外周面Wsを周方向に切削加工する場合、すなわちプランジ方向送りで切削加工する場合について説明する。なお、図10におけるステップS1,S2,S3,S5,S6,S7,S8の動作は、図3のステップS1,S2,S3,S5,S6,S7,S8の動作と同一であるので、同一番号を付して詳細な説明は省略する。また、図12A,Bに示すように、制御装置100は、工作物Wの外周面Wsの第1切削点Pt1に対し工作物Wの回転方向rwに外周面Wsに沿って角度εだけ回転した工作物Wの外周面Wsの位置を第2切削点Pt2として予め設定しておく。
(6. Cutting method using the annular tool of the second embodiment)
Next, the cutting method using the
先ず、制御装置80は、チルト台60をチルト軸線Rc回りで回転(揺動)させ、環状工具90Bの工具軸線Rtを傾斜させ(図3のステップS1)、環状工具90Bを工具軸線Rt回りで回転方向rtに回転させるとともに、工作物Wを回転主軸線Rw回りで回転方向rwに回転させ(図3のステップS2)、工作物Wの外周面Wsの第1切削点Pt1に環状工具90Bの切れ刃91Brを位置決めする(図3のステップS3)。
First, the
次に、制御装置100は、環状工具90Bを工作物Wに対しX軸線方向及びY軸線方向に相対移動させて工作物Wの外周面Wsを周方向に切削加工する。すなわち、この場合は環状工具90Bを工作物Wの回転主軸線Rw回りに角度εの円弧を描くように時計回り及び反時計回りに旋回させ、工作物Wの外周面Wsを周方向に切削加工する(図3のステップS14)。
Next, the control device 100 relatively moves the
具体的には、送り台移動制御部83は、X軸モータ42を制御して送り台50を一対のX軸ガイドレール41a,41bに沿って移動させるとともに、チルト制御部84は、チルトモータ62を制御してチルト台60をチルト軸線Rc回りで回転(揺動)駆動させることで、以下の切削動作を行う。すなわち、送り台移動制御部83及びチルト制御部84は、環状工具90Bが工具軸線Rt回りに1回転する毎に、環状工具90Bの切れ刃91Brを、第1切削点Pt1と第2切削点Pt2との間で工作物Wの外周面Wsに沿って往復するように移動させて工作物Wを切削加工する。
Specifically, the feed base
上述の切削加工においては、環状工具90Bの工具軸線Rtを傾動させているため、環状工具90Bのすくい面91Bbの成すすくい角φp、φm(図11B,12B,13B参照)及び逃げ面91Bcの成す逃げ角δs、δb(図11B,12B,13B参照)は、環状工具90Bの回転方向rtに連続的に変化する。すなわち、環状工具90Bの一回転の間にすくい角φp、φmの正負が入れ替わる。このため、切屑の流出形状、流出方向、流出角度、流出速度は、環状工具90Bの一回転の間で大きく変化する。よって、切屑は、すくい角φp、φmの正負が入れ替わるタイミングで分断されて流出し易く、従来のように繋がった切屑の連続的な流出とはならないので、切屑が工具主軸71や工作物Wに絡まることはない。
In the above-described cutting process, since the tool axis Rt of the
具体的には、図11A,Bは、正のすくい角φpのときの切屑K1の流出状態を示し、図12A,Bは、正のすくい角φpから負のすくい角φmになったときの切屑K2の流出状態及び分断された切屑K1の放出状態を示し、図13A,Bは、負のすくい角φmから正のすくい角φpになったときの切屑K3の流出状態及び分断された切屑K2の放出状態を示す。 Specifically, FIGS. 11A and 11B show an outflow state of the chip K1 at a positive rake angle φp, and FIGS. 12A and 12B show chips at a negative rake angle φm from the positive rake angle φp. FIG. 13A and FIG. 13B show the outflow state of K2 and the released state of the separated chip K1, and FIGS. 13A and 13B show the outflow state of the chip K3 and the divided chip K2 when the negative rake angle φm changes to the positive rake angle φp. The release state is shown.
図11A,B−図13A,Bから明らかなように、切屑K1,K2,K3の流出形状は、正のすくい角φpのときの切屑K1,K3の流出形状は、負のすくい角φmのときの切屑K2の流出形状と比較して、切れ刃91Arの工作物Wに対する切込み量が大きいため幅広となる。正のすくい角φpのときの切屑K1,K3の流出方向及び流出角度は、負のすくい角φmのときの切屑K2の流出方向及び流出角度と比較してすくい面91Abの傾斜が緩いため、負のすくい角φmのときはX軸線に略平行な方向に流出していたのに対し、正のすくい角φpのときはX軸線に対しすくい面側に傾斜した方向に流出する。正のすくい角φpのときの切屑K1,K3の流出速度は、負のすくい角φmのときの切屑K2の流出速度と比較して、すくい面91Abに接触する部分が多いため高速となる。よって、切屑K1,K2,K3は、正負のすくい角φp、φmが入れ替わるタイミングで分断される。 As is clear from FIGS. 11A, B-FIGS. 13A, B, the outflow shape of the chips K1, K2, K3 is a positive rake angle φp, and the outflow shape of the chips K1, K3 is a negative rake angle φm. Compared with the outflow shape of the chip K2, the cutting amount of the cutting edge 91Ar with respect to the workpiece W is large, and thus the width is wide. The outflow direction and outflow angle of the chips K1 and K3 at a positive rake angle φp are negative because the rake face 91Ab is more inclined than the outflow direction and outflow angle of the chip K2 at a negative rake angle φm. When the rake angle was φm, it flowed out in a direction substantially parallel to the X-axis line, whereas when it was a positive rake angle φp, it flowed out in a direction inclined to the rake face side with respect to the X-axis line. The outflow speed of the chips K1 and K3 at the positive rake angle φp is higher than the outflow speed of the chip K2 at the negative rake angle φm because there are many portions in contact with the rake face 91Ab. Therefore, the chips K1, K2, K3 are divided at the timing when the positive and negative rake angles φp, φm are exchanged.
そして、制御装置80は、切削加工が完了したか否かを判断し(図10のステップS5)、切削加工が完了していないと判断したときは切削加工を継続する。一方、切削加工が完了したと判断したときは次工作物Wの有無を判断し(図10のステップS6)、次工作物Wが有ると判断したときは現工作物Wを次工作物Wと交換し(図10のステップS7)、ステップS1に戻って上述の処理を繰り返す。一方、次工作物Wが無いと判断したときは環状工具の回転を停止し(図10のステップS8)、全ての処理を終了する。
Then, the
なお、第一形態及び第二形態の環状工具90A,90B,90Cでは、工具本体91A,91B,91Cの工具外周面をすくい面91Ab,91Bb,91Cbが回転しながら工作物Wの外周面Wsに対し切り込んでいく引き切り作用を示す。このため、引き切り作用により切削抵抗力を低減して切れ刃91Ar,91Br,91Crの温度を低減できるので、環状工具90A,90B,90Cの工具寿命の向上を図れる。よって、環状工具90A,90B,90Cを用いた切削加工では、切れ刃91Ar,91Br,91Crの温度が問題となるチタン合金やインコネル等の難切削材の切削において、より高能率な切削が可能となる。
In the
(7.その他)
上述の実施形態では、斜円錐面状のすくい面91Abを有する環状工具90A及び花弁状のすくい面91Cbを有する環状工具90Cを例に挙げたが、刃先角が切れ刃の円周方向に変化する形状であれば上記環状工具90A,90Cの形状に限定されるものではない。
また、上述の実施形態では、環状工具90A,90B,90Cは、すくい面91Ab,91Bb,91Cbの外周全周に亘って連続的に変化し続ける形態を開示したが、その他の変形例として、連続的変化は上記外周全周ではなく、全周のうち一部の領域のみ(部分的に)連続的に変化し、その他の部分は変化しない形状であってもよい。また、連続的に変化している途中に不連続的に変化する領域、例えば溝が形成されている領域を含んでいてもよい。
(7. Others)
In the above-described embodiment, the
Further, in the above-described embodiment, the
また、上述の実施形態では、円筒状の工作物Wの外周面Wsを周方向に切削する場合、すなわちX(プランジ)方向送りでの加工について説明したが、Z(トラバース)方向送りでの加工も同様である。すなわち、図14A及び図14Bに示すように、環状工具90Aの工具軸線Rtが、切削点Ptの法線に平行な状態から切削送り方向Gtに所定角度θ傾斜した状態になるようにセットする。そして、環状工具90Aのすくい面91Abを工具軸線Rt回りで回転方向rtに回転させるとともに、工作物Wを回転軸線Rw回りで回転方向rwに回転させ、環状工具90Aを工作物Wの回転軸線Rwに平行な方向に送ることにより、もしくは環状工具90Aの送りはせずに工作物Wを回転軸線Rwに平行な方向に送ることにより、工作物Wの外周面Wsを切削加工する。なお、環状工具90Cを用いても同様に切削加工可能である。また、環状工具90Bを用いる場合は、工具軸線Rtを傾動させながら環状工具90Bを工作物Wに対し相対送りすることで切削加工可能である。
Further, in the above-described embodiment, the case where the outer peripheral surface Ws of the cylindrical work W is cut in the circumferential direction, that is, the processing in the X (plunge) direction feed is described, but the processing in the Z (traverse) direction feed is described. Is also the same. That is, as shown in FIGS. 14A and 14B, the tool axis Rt of the
また、上述の実施形態では、円筒研削を例に説明したが、平面研削においても環状工具90Aの適用は可能である。すなわち、図15A及び図15Bに示すように、環状工具90Aの工具軸線Rtが、工作物WWの上平面WWsに対し直角な状態から切削送り方向GGに所定角度θ傾斜した状態になるようにセットする。そして、環状工具90Aのすくい面91Abを工具軸線Rt回りで回転方向rtに回転させるとともに、環状工具90Aを工作物WWの上平面WWsに沿って移動させることにより、もしくは環状工具90Aの移動はせずに工作物WWを上平面WWsに平行な方向に移動させることにより、工作物WWの上平面WWsを切削加工する。なお、環状工具90Cを用いても同様に切削加工可能である。また、環状工具90Bを用いる場合は、工具軸線Rtを傾動させながら環状工具90Bを工作物Wに対し相対移動させることで切削加工可能である。
Further, in the above-described embodiment, the cylindrical grinding has been described as an example, but the
(8.効果)
本実施形態の切削装置1は、環状の切れ刃91Ar,91Br,91Crを有する環状工具90A,90B,90Cと、環状工具90A,90B,90Cを取り付け、環状工具90A,90B,90Cを当該環状工具90A,90B,90Cの工具軸線Rt回りに回転させる工具主軸71と、工作物Wを保持する回転主軸11(工作物保持台)と、を備える。
(8. Effect)
The
そして、工具主軸71及び回転主軸11(工作物保持台)を、加工の際に工作物Wに対して、環状工具90A,90B,90Cの外周面がすくい面91Ab,91Bb,91Cbとなり、環状工具90A,90B,90Cの端面が逃げ面91Ac,91Bc,91Ccとなる相対位置関係に配置し、すくい面91Ab,91Bb,91Cbの成すすくい角φを環状工具90A,90B,90Cの回転方向に変化させながら環状工具90A,90B,90Cで工作物Wの加工を行う。
The outer peripheral surfaces of the
切削加工においては、環状工具90A,90B,90Cのすくい角φは、環状工具90A,90B,90Cの回転方向rtに変化するため、切屑K1,K2,K3の流出形状、流出方向、流出角度、流出速度は、環状工具90A,90B,90Cの回転中に大きく変化する。よって、切屑K1,K2,K3は、すくい角φの変化のタイミングで分断されて流出し易く、従来のように繋がった切屑の連続的な流出とはならないので、切屑K1,K2,K3が工具主軸71や工作物Wに絡まることはない。
In cutting, since the rake angle φ of the
また、切削装置1は、すくい面の成すすくい角を環状工具90A,90B,90Cの回転方向に連続的に変化させながら環状工具90A,90B,90Cで工作物Wの加工を行うので、切屑K1,K2,K3を確実に分断できる。
また、環状工具90A,90Bは、当該環状工具90A,90Bの工具軸線Rtに直角な方向から見た工具軸線Rtと環状工具90A,90Bの外周面(すくい面91Ab,91Bb)との成す角βが環状工具90A,90Bの回転方向rtに連続的に変化するように形成される。すなわち、環状工具90A,90Bは、刃先角αが環状工具90A,90Bの回転方向に連続的に変化するように形成され、切削装置1は、逃げ面91Ac,91Bc,91Ccの成す逃げ角δを一定に保ちつつ、すくい角φを連続的に変化させながら工作物Wの加工を行う。これにより、切削加工中は、環状工具90A,90Bの工具軸線Rtを一定に保てるので、切削加工制御を容易に行うことができる。
Further, since the
Further, the
また、環状工具90Cの工具軸線Rtを傾動させることにより、すくい角φを環状工具90Cの回転方向rtに連続的に変化させる。すなわち、環状工具90Cは、刃先角αが一定となるように形成され、切削装置1は、すくい角φを連続的に変化させつつ、逃げ面91Ccの成す逃げ角δを連続的に変化させながら、工作物Wの加工を行う。これにより、環状工具90Cは単純形状となり、低コストで環状工具90Cの製作が可能となる。
また、切削装置1は、環状工具90A,90B,90Cの一回転の間にすくい角φp、φmの正負が入れ替わるようにして工作物Wの加工を行うので、切屑K1、K2,K3は、すくい角φp、φmの正負が入れ替わるタイミングで分断されて流出し易くなる。
Further, by tilting the tool axis Rt of the
Further, since the
本実施形態の切削方法は、環状の切れ刃91Ar,91Br,91Crを有する環状工具90A,90B,90Cと、環状工具90A,90B,90Cを取り付け、環状工具90A,90B,90Cを当該環状工具90A,90B,90Cの工具軸線Rt回りに回転させる工具主軸71と、工作物Wを保持する回転主軸11(工作物保持台)と、を備える切削装置1の切削方法であって、工具主軸71及び回転主軸11(工作物保持台)を、加工の際に工作物Wに対して、環状工具90A,90B,90Cの外周面がすくい面91Ab,91Bb,91Cbとなり、環状工具90A,90B,90Cの端面が逃げ面91Ac,91Bc,91Ccとなる相対位置関係に配置する配置工程と、すくい面91Ab,91Bb,91Cbの成すすくい角φを環状工具90A,90B,90Cの回転方向rtに変化させながら環状工具90A,90B,90Cで工作物Wの加工を行う加工工程と、を備える。本実施形態の切削方法によれば、上述した切削装置1における効果と同様の効果を奏する。
In the cutting method of the present embodiment, the
本実施形態の環状工具90A,90B,90Cは、環状の切れ刃91Ar,91Br,91Crを有し、加工の際に工作物Wに対して、外周面がすくい面91Ab,91Bb,91Cbとなり端面が逃げ面91Ac,91Bc,91Ccとなる相対位置関係に配置される回転可能な環状工具90A,90B,90Cであって、環状工具90A,90B,90Cは、工具軸線Rtに直角な方向から見た工具軸線Rtと環状工具90A,90B,90Cの外周面との成す角βが環状工具90A,90B,90Cの回転方向rtに連続的に変化するように形成される。この環状工具90A,90B,90Cによる切削加工においては、環状工具90A,90B,90Cのすくい角φは、環状工具90A,90B,90Cの回転方向rtに変化するため、切屑K1,K2,K3の流出形状、流出方向、流出角度、流出速度は、環状工具90A,90B,90Cの回転中に大きく変化する。よって、切屑K1,K2,K3は、すくい角φが変化するタイミングで分断されて流出し易くなる。
The
1:切削装置、 7:回転主軸、 71:工具主軸、 80:制御装置、 90A,90B,90C:環状工具、 91Ab,91Bb,91Cb:すくい面、 91Ac,91Bc,91Cc:逃げ面、 91Ar,91Br,91Cr:切れ刃、 W:工作物、φ:すくい角、 δ:逃げ角 1: Cutting device, 7: Spindle spindle, 71: Tool spindle, 80: Control device, 90A, 90B, 90C: Ring tool, 91Ab, 91Bb, 91Cb: Rake face, 91Ac, 91Bc, 91Cc: Flank face, 91Ar, 91Br. , 91Cr: cutting edge, W: workpiece, φ: rake angle, δ: clearance angle
Claims (11)
前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、
工作物を保持する工作物保持台と、
を備え、
前記環状工具は、当該環状工具の軸線に直角な方向から見た前記軸線と前記環状工具の外周面との成す角が前記環状工具の回転方向に連続的に変化するように形成され、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、加工の際に前記工作物に対して、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置し、
前記すくい面の成すすくい角を前記環状工具の回転方向に変化させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う、切削装置。 An annular tool having a continuous circular cutting edge around the tool axis,
Attaching the annular tool, a tool spindle for rotating the annular tool around the axis of the annular tool,
A work holding table for holding a work,
Equipped with
The annular tool is formed so that the angle formed by the axis of the annular tool and the outer peripheral surface of the annular tool viewed from a direction perpendicular to the axis of the annular tool continuously changes in the rotation direction of the annular tool,
The tool spindle and the workpiece holder, with respect to the workpiece during machining, the outer peripheral surface of the annular tool is a rake surface, the end surface of the annular tool is arranged in a relative positional relationship of a flank,
A cutting device for machining the workpiece with the annular tool while changing the rake angle of the rake face in the rotation direction of the annular tool.
前記切削装置は、前記逃げ面の成す逃げ角を一定に保ちつつ、前記すくい角を連続的に変化させながら前記工作物の加工を行う、請求項1に記載の切削装置。 The annular tool is formed so that the cutting edge angle continuously changes in the rotation direction of the annular tool,
The cutting device according to claim 1 , wherein the cutting device performs machining of the workpiece while continuously changing the rake angle while keeping the clearance angle formed by the flank face constant.
前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、 Attaching the annular tool, a tool spindle for rotating the annular tool around the axis of the annular tool,
工作物を保持する工作物保持台と、 A work holding table for holding a work,
を備え、 Equipped with
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、加工の際に前記工作物に対して、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置し、 The tool spindle and the workpiece holder, with respect to the workpiece during machining, the outer peripheral surface of the annular tool is a rake surface, the end surface of the annular tool is arranged in a relative positional relationship of a flank,
前記環状工具の一回転の間に前記すくい面の成すすくい角の正負が入れ替わるようにして前記環状工具で前記工作物の加工を行う、切削装置。 A cutting device for machining the workpiece with the annular tool such that the positive and negative of the rake angle formed by the rake surface are switched during one rotation of the annular tool.
前記切削装置は、前記すくい角を連続的に変化させつつ、前記逃げ面の成す逃げ角を連続的に変化させながら、前記工作物の加工を行う、請求項6に記載の切削装置。 The annular tool is formed so that the cutting edge angle is constant,
The cutting device according to claim 6 , wherein the cutting device performs machining of the workpiece while continuously changing the rake angle and continuously changing the clearance angle formed by the flank.
前記環状工具を取り付け、前記環状工具を当該環状工具の軸線回りに回転させる工具主軸と、
工作物を保持する工作物保持台と、
を備え、
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、加工の際に前記工作物に対して、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置し、
前記すくい面の成すすくい角を前記環状工具の回転方向に変化させるとともに、前記環状工具の一回転の間に前記すくい角の正負が入れ替わるようにして前記環状工具で前記工作物の加工を行う、切削装置。 An annular tool having an annular cutting edge,
Attaching the annular tool, a tool spindle for rotating the annular tool around the axis of the annular tool,
A work holding table for holding a work,
Equipped with
The tool spindle and the workpiece holder, with respect to the workpiece during machining, the outer peripheral surface of the annular tool is a rake surface, the end surface of the annular tool is arranged in a relative positional relationship of a flank,
While changing the rake angle formed by the rake face in the rotation direction of the annular tool, the workpiece is machined by the annular tool such that the positive and negative of the rake angle are exchanged during one rotation of the annular tool. Cutting equipment.
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、加工の際に前記工作物に対して、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置する配置工程と、
前記すくい面の成すすくい角を前記環状工具の回転方向に変化させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う加工工程と、
を備える切削方法。 An annular tool having a continuous circular cutting edge around the tool axis, a tool spindle that attaches the annular tool and rotates the annular tool around the axis of the annular tool, and a workpiece holder that holds a workpiece. A table, and the annular tool is such that the angle formed by the axis of the annular tool and the outer peripheral surface of the annular tool viewed from a direction perpendicular to the axis of the annular tool continuously changes in the rotation direction of the annular tool. a cutting method of the formed Ru cutting device,
An arrangement in which the tool spindle and the workpiece holder are arranged in a relative positional relationship with respect to the workpiece during machining, in which the outer peripheral surface of the annular tool serves as a rake surface and the end surface of the annular tool serves as a flank surface. Process,
A machining step of machining the workpiece with the annular tool while changing the rake angle formed by the rake face in the rotation direction of the annular tool;
A cutting method including.
前記工具主軸及び前記工作物保持台を、加工の際に前記工作物に対して、前記環状工具の外周面がすくい面となり、前記環状工具の端面が逃げ面となる相対位置関係に配置する配置工程と、
前記すくい面の成すすくい角を前記環状工具の回転方向に変化させるとともに、前記環状工具の一回転の間に前記すくい角の正負が入れ替わるようにして前記環状工具で前記工作物の加工を行う加工工程と、
を備える切削方法。 Cutting of a cutting device including an annular tool having an annular cutting edge, a tool spindle that attaches the annular tool, rotates the annular tool around an axis of the annular tool, and a workpiece holding table that holds a workpiece. Method,
An arrangement in which the tool spindle and the workpiece holder are arranged in a relative positional relationship with respect to the workpiece during machining, in which the outer peripheral surface of the annular tool serves as a rake surface and the end surface of the annular tool serves as a flank surface. Process,
Processing for changing the rake angle of the rake face in the rotation direction of the annular tool and machining the workpiece with the annular tool such that the positive and negative of the rake angle are switched during one rotation of the annular tool. Process,
A cutting method including.
前記環状工具は、当該環状工具の軸線に直角な方向から見た前記軸線と前記環状工具の外周面との成す角が前記環状工具の回転方向に連続的に変化するように形成され、
前記すくい面の成すすくい角を前記環状工具の回転方向に変化させながら前記環状工具で前記工作物の加工を行う、環状工具。 It has a continuous circular cutting edge centered around the tool axis, and is a rotatable annular ring that is arranged in a relative positional relationship with respect to the workpiece during machining such that the outer peripheral surface is the rake surface and the end surface is the flank surface. A tool,
The annular tool is formed so that the angle formed by the axis of the annular tool and the outer peripheral surface of the annular tool viewed from a direction perpendicular to the axis of the annular tool continuously changes in the rotation direction of the annular tool ,
An annular tool for machining the workpiece with the annular tool while changing a rake angle of the rake face in a rotation direction of the annular tool.
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