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浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院
目 錄
1. 前言 2
2.?課題簡(jiǎn)介 2
3.?零件的分析 2
3.1?零件的作用 2
3.2 零件的工藝分析 3
4.工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 3
4.1 確定毛坯的制造選擇 4
4.2 基面的選擇 4
4.2.1粗基準(zhǔn)的選擇 4
4.2.2 精基準(zhǔn)的選擇 4
4.3制定工藝路線 5
4.3.1工藝路線方案一： 5
4.3.2工藝路線方案二： 6
4.3.3工藝方案的比較與分析： 6
4.3.4加工余量確定及工序尺寸的計(jì)算 7
4.4?切削用量確定 8
5.專用夾具設(shè)計(jì) 9
5.1 技術(shù)要求 9
5.2設(shè)計(jì)主旨 9
5.3夾具設(shè)計(jì)步驟 10
5.3.1夾具類型的選擇 10
5.3.2定位裝置的設(shè)計(jì) 10
5.3.3夾緊裝置設(shè)計(jì) 10
6.數(shù)控編程 12
7.課題總結(jié) 14
7.1設(shè)計(jì)小結(jié) 15
7.2致謝 15
扇形支架的加工工藝與鉆專用夾具設(shè)計(jì)
摘要：首先本人設(shè)計(jì)的零件是扇形支架，選用HT300鑄件。根據(jù)零件的形狀、尺寸精度、生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益等各方面的詳細(xì)分析其加工工藝，多采用專用機(jī)床加工。通過對(duì)零件的分析，此扇形支架要求精度較高，要求光滑，其中?30H7的孔需要跟軸上配合，精度要求高，3個(gè)?-12的孔位子精度要求高，所以選用工具和尺寸要準(zhǔn)。最后對(duì)零件進(jìn)行校核。以便達(dá)到零件精度的要求。
關(guān)鍵詞：夾具，設(shè)計(jì)，扇形支架
1. 前言
題目所給的零件是“扇形支架”，它位于機(jī)床滑動(dòng)變速主軸上面，主要作用是給控制齒輪的滑移變速，零件的下端有與變速手柄連接的孔，之間用鍵槽連接傳力，可以手動(dòng)控制。上端有三個(gè)小孔起定位的作用，連接圓形外齒。用于與主軸箱以基軸制形式聯(lián)接。
2.?課題簡(jiǎn)介
? 本課題是“扇形支架”的機(jī)械加工工藝規(guī)程的編制及工藝裝備的設(shè)計(jì)，扇形支架在機(jī)床上是個(gè)必不可少的部件，它有著滑動(dòng)變速的作用。因此在加工時(shí)，零件的配合部分需進(jìn)行精加工，保證其配合準(zhǔn)確，提高車床的綜合性能，又因?yàn)楸患庸ち慵慕Y(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工難度大，需進(jìn)行專用夾具的設(shè)計(jì)與裝配。
生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批及大批量生產(chǎn)。
3.?零件的分析
? 3.1?零件的作用
題目所給的零件是“扇形支架”，它位于機(jī)床滑動(dòng)變速主軸上面，主要作用是給控制齒輪的滑移變速，零件的下端有與變速手柄連接的孔，之間用鍵槽連接傳力，上端有三個(gè)小孔起定位的作用。
見示意圖3-1.
圖3-1 扇形支架三維圖
3.2 零件的工藝分析
由機(jī)床“扇形支架”的加工表面有：
1）.零件的兩端面（由圖紙所示）（用于精基準(zhǔn)加工其他表面）
2）.Φ30H7和鍵槽X33.3（用于聯(lián)接主軸箱起固定作用）
3）.扇形兩側(cè)面
4）.扇形上外圓面Φ75
5）.孔Φ12
各表面的相互精度要求有：
1）.外圓柱面Φ30為基軸制聯(lián)接，尺寸精度為IT6
2）.其他表面除保證其表面粗糙度外，尺寸精度為IT14
4.工藝規(guī)程設(shè)計(jì)
4.1 確定毛坯的制造選擇
零件材料為灰口鑄鐵，零件形狀為非圓柱體，且屬中批及大批生產(chǎn)，已達(dá)到大批生產(chǎn)的水平，而且零件的輪廓尺寸不大，因此選用金屬鑄造成型，再進(jìn)行時(shí)效處理（消除應(yīng)力）。這樣，毛坯形狀與成品相似，這對(duì)于提高生產(chǎn)率、保證加工質(zhì)量也是有利的。而且投資較少，成本較低，生產(chǎn)周期短。
圖4-1 扇形支架示意圖
4.2 基面的選擇
基面選擇是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的重要工作之一，基面選擇的正確與合理，可以使加工質(zhì)量得到保證，生產(chǎn)率得以提高，不盲目的選擇基面。否則，加工工藝過程中會(huì)問題百出，更有甚者，還會(huì)造成零件的大批報(bào)廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
4.2.1粗基準(zhǔn)的選擇
對(duì)于這個(gè)零件而言，若以一般軸類零件一樣選擇外圓表面作為粗基準(zhǔn)，則可能造成這一組內(nèi)外圓柱表面與零件左端部分加工發(fā)生偏心，而且加緊復(fù)雜。按照有關(guān)粗基準(zhǔn)的選擇原則，現(xiàn)選取零件右端大平面作為粗基準(zhǔn)。
4.2.2 精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)的選擇主要應(yīng)該考慮基準(zhǔn)重合的問題。當(dāng)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與工序基準(zhǔn)不重合時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行尺寸換算。本零件主要工作面是Φ150外圓表面和Φ30H7孔，要求有一定的同心度，所以加工Φ150外圓表面一定要以Φ30H7孔為精基準(zhǔn)。
4.3制定工藝路線
查參考文獻(xiàn)[1]表1-19~~表1-21，根據(jù)各表面加工要求和各種加工方法所能達(dá)到的經(jīng)濟(jì)精度，選擇零件主要表面的加工方法如下：
左右端面：需進(jìn)行粗銑(X51)----半精銑（X51）---精銑（X51）
左右側(cè)面：需進(jìn)行粗銑(X51)----半精銑（X51）---精銑（X51）
Φ150外圓表面：需進(jìn)行粗銑(X51)----半精銑（X51）---精銑（X51）
Φ30H7孔和X33.3鍵槽：粗拉----半精拉-----精拉
3-Φ12內(nèi)孔：鉆（IT12）----鉸（IT10）
制定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀，尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證，在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為成批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用夾具，并盡量使用工序集中來提高生產(chǎn)效率，除此之外，應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
4.3.1工藝路線方案一：
工序I 金屬型鑄造毛坯
工序II 清理表面殘余沙粒
工序III 人工時(shí)效溫度（500°～550°）消除應(yīng)力
工序IV 夾緊右端面和Φ50外圓面，銑左端面
工序V 夾緊左端面和Φ50外圓面，銑右端面
工序VI 以右端大平面和?50下半圓?。ㄓ肰形塊）組合定位，拉內(nèi)孔?30H7（?。┖玩I槽（8±0.018）X33.3準(zhǔn)
工序VII 以右端面大平面和孔?30H7定位，銑60°±10'兩側(cè)表面粗糙度6.3平面
工序VIII 以右端大平面和孔?30H7組合定位，用立銑刀銑出60°±10'角的粗糙度3.2圓弧面至R75準(zhǔn)
工序IX 以右端大平面和孔?30H7組合定位，再加上60°±10'右側(cè)面定位，鉆?12孔
工序X ?30H7兩端孔倒角1X45°；用邊去毛刺、倒棱修光
工序XI 熱處理
工序XII 檢驗(yàn) 入庫
4.3.2工藝路線方案二：
工序I 金屬型鑄造毛坯
工序II 清理表面殘余沙粒
工序III 人工時(shí)效溫度（500°～550°）消除應(yīng)力
工序IV 以右端面大平面和孔?30H7定位，銑60°±10'兩側(cè)表面粗糙度6.3平面
工序V 夾緊右端面和Φ50外圓面，銑左端面
工序VI 夾緊左端面和Φ50外圓面，銑右端面
工序VII 以右端大平面和?50下半圓?。ㄓ肰形塊）組合定位，拉內(nèi)孔?30H7（?。┖玩I槽（8±0.018）X33.3準(zhǔn)
工序VIII 以右端大平面和孔?30H7組合定位，用立銑刀銑出60°±10'角的粗糙度3.2圓弧面至R75準(zhǔn)
工序IX 以右端大平面和孔?30H7組合定位，再加上60°±10'右側(cè)面定位，鉆?12孔
工序X ?30H7兩端孔倒角1X45°；用邊去毛刺、倒棱修光
工序XI 熱處理
工序XII 檢驗(yàn) 入庫
4.3.3工藝方案的比較與分析：
上述兩個(gè)工藝方案的特點(diǎn)在于：方案一使用了工序集中的原則，減少了裝夾的次數(shù)，而且使多步的裝夾基準(zhǔn)重合，減少了誤差，提高了生產(chǎn)效率。方案二將工序分散，增加工人在鉆床上裝卸工件的次數(shù)，不僅影響加工精度而且還浪費(fèi)時(shí)間。因此選用第一個(gè)方案，具體如下：
工序I 金屬型鑄造毛坯
工序II 清理表面殘余沙粒
工序III 人工時(shí)效溫度（500°～550°）消除應(yīng)力
工序IV 夾緊右端面和Φ50外圓面，銑左端面
工序V 夾緊左端面和Φ50外圓面，銑右端面
工序VI 以右端大平面和?50下半圓弧（用V形塊）組合定位，拉內(nèi)孔?30H7（ ）和鍵槽（8±0.018）X33.3準(zhǔn)
工序VII 以右端面大平面和孔?30H7定位，銑60°±10'兩側(cè)表面粗糙度6.3平面
工序VIII 以右端大平面和孔?30H7組合定位，用立銑刀銑出60°±10'角的粗糙度3.2圓弧面至R75準(zhǔn)
工序IX 以右端大平面和孔?30H7組合定位，再加上60°±10'右側(cè)面定位，鉆?12孔
工序X ?30H7兩端孔倒角1X45°；用邊去毛刺、倒棱修光
工序XI 熱處理
工序XII 檢驗(yàn) 入庫
4.3.4加工余量確定及工序尺寸的計(jì)算
“扇形支架”零件材料為灰口鑄鐵，硬度HB207～233，生產(chǎn)類型為中批或大批，采用機(jī)械砂型鑄造毛坯。
根據(jù)各原始資料及制定的零件加工工藝路線，采用計(jì)算與查表相結(jié)合的方法確定各工序加工余量，中間工序公差按經(jīng)濟(jì)精度選定，上下偏差按入體原則標(biāo)注，確定各加工表面的機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
4.3.4.1 Φ30內(nèi)圓精度要求高，需進(jìn)行毛胚——粗拉——精拉
Φ30內(nèi)圓：粗拉（IT12）----精拉（IT10）
Φ12由于無特殊加工精度等，在滿足其表面粗糙度的條件下直接鉆孔后可用擴(kuò)孔來完成表面粗糙度要求。
?
由上述所知，Φ30H7精度要求較高，與鑄造時(shí)毛坯尺寸有關(guān)，其他表面都使用鑄造一次成型，Φ30H7的內(nèi)圓柱面的加工余量表如下，即毛坯的尺寸確定：
工序名稱
工序余量
工序公差
工序基本尺寸
工序尺寸及公差
精拉
0.5
IT7(0-0.021)
Φ30
Φ30（0-0.021）
粗拉
2
IT11（0-0.016）
Φ29
Φ29（0-0.16）
毛坯
?
-2-1
Φ28
Φ28
?
?由表可知，內(nèi)圓柱面毛坯尺寸為Φ28㎜
4.4?切削用量確定
?工序IV：精銑工件左右端面及Φ75外圓面。
（1）．加工條件
工件材料：HT300時(shí)效處理，金屬鑄造。
加工要求：精銑工件左右端面及R75外圓面，表面粗糙度值Ra=3.2
機(jī)床：數(shù)控銑床。
刀具：刀片材料為YT15，刀桿尺寸為16mm×25mm，Kr=90° r0=15 α0=12° rε=0.5㎜（根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]表1-40、1-41）
（2）．切削用量選擇
進(jìn)給量f=0.3~0.4mm/r, 切削速度Vc=110m/min
主軸轉(zhuǎn)速： =1000×110/38 =950r/min
實(shí)際切削速度v=120r/min
工序V：Φ30及切槽3×0.5
（1）.加工條件
工件材料：灰口鑄鐵 HT150
加工要求：拉Φ30外面Ra=1.6，及槽8
粗拉外圓Φ28 Ra=12.5 精拉外圓Φ30 Ra=1.6
機(jī)床：拉床
刀具：內(nèi)孔拉刀：刀片材料YT15 90°左偏刀 刀桿尺寸為16mm×25mm
Kr=90° r0=15° α0=12° rε=0.5㎜
切斷刀：YG8 平直刃 b=3㎜
（2）.進(jìn)給量f=0.15~0.25mm/r, 切削速度Vc=110m/min
主軸轉(zhuǎn)速：n= 950r/min
實(shí)際切削速度:v=120r/min
（3）.切削工時(shí)
工序VI：鉆孔Φ12，選用設(shè)備；搖臂鉆床。
１鉆孔Φ30mm
f=0.3~0.4mm/r, 切削速度V=14m/min
鉆床轉(zhuǎn)速： n=400r/min
實(shí)際切削速度v=20m/min
鉆削工時(shí)：t=3min
5.專用夾具設(shè)計(jì)
為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，通常需要設(shè)計(jì)專用夾具。經(jīng)過與指導(dǎo)教師協(xié)商，決定設(shè)計(jì)工序IX——鉆3-Φ12（用于聯(lián)接齒輪與扇形支架定位作用）的鉆床夾具。本夾具將用于Z3040搖臂鉆床，刀具為兩把麻花鉆，對(duì)工件的三孔進(jìn)行加工。
5.1 技術(shù)要求
1.該夾具用于搖臂鉆床，鉆銷3-?12均布地徑向孔
2.工件內(nèi)控?30H7和右端面及左端面定位，限制來工件六個(gè)自由度
3.夾具用螺旋機(jī)構(gòu)（螺母）夾具固定，開口墊地作用是快速裝卸工件
4.加工時(shí)用分度盤上三個(gè)均布孔（20°±10')對(duì)應(yīng)定位，即用于旋轉(zhuǎn)分度使插銷分別插入孔后，即可定位和一次加工。
5.2設(shè)計(jì)主旨
本夾具主要用來鉆Φ12的三孔，這三個(gè)孔在工件中的位置要求較嚴(yán)格，而其表面粗糙度要求不是很嚴(yán)格；因此，在本道工序加工時(shí)，主要應(yīng)考慮如何提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，而加工表面粗糙度不是主要問題。
5.3夾具設(shè)計(jì)步驟
5.3.1夾具類型的選擇
根據(jù)本濾油器加工要求及其工藝性，在鉆孔時(shí)所用夾具為專用夾具，由于該工件生產(chǎn)為中、大批量生產(chǎn)，且工件外形輪廓小，重量輕，加工要求不高，在保證質(zhì)量和提高生產(chǎn)率的前提下，盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，做到經(jīng)濟(jì)合理，根據(jù)加工分布情況，擬定選用螺旋夾緊方式。
5.3.2定位裝置的設(shè)計(jì)
5.3.2.1定位方案的確定
方案：工件以φ30內(nèi)圓表面、左右端面與回轉(zhuǎn)盤夾緊機(jī)構(gòu)定位，限制X，Y，Y，Z，Z五個(gè)自由度。該方法保證軸向尺寸精度及徑向尺寸精度，能保證加工精度；另外，再由于夾緊力方向與切削力方向一致，且夾緊力在主要定位支承面內(nèi)，定位夾緊可靠。
5.3.2.2定位誤差分析
選用塊定位，不計(jì)其制造誤差，工件定位為內(nèi)圓Φ30H7孔與軸Φ30h6外圓表面定位，應(yīng)該保證工件的位置公差，這主要由工件內(nèi)孔與夾具體的配合間隙保證。
已知工件孔尺寸為Φ30H7，夾具的工件配合部分尺寸為Φ30h6，因此當(dāng)零件安裝在夾具中時(shí)，孔與軸的最大間隙為
△ bmax=0.048-(-0.065)=0.113
因此而引起的零件最大轉(zhuǎn)角a為
Arctana = arctan(0.113/15)= 0.08度
考慮到夾具定位基準(zhǔn)面制造時(shí)的尺寸公差等隨機(jī)誤差等綜合因素的影響，以及工件本身要求的尺寸精度故采用此定位方案精度足夠。
5.3.3夾緊裝置設(shè)計(jì)
5.3.3.1夾緊機(jī)構(gòu)
根據(jù)該產(chǎn)品是中、大批量生產(chǎn)，因此夾具的夾緊機(jī)構(gòu)也同樣不宜太復(fù)雜，自動(dòng)化程度也不能太高，采用定位塊限制轉(zhuǎn)動(dòng)方向，采用M12螺釘作為夾具夾緊螺釘。
。
5.3.3.3襯套及夾具體設(shè)計(jì)
工藝孔的加工需鉆、擴(kuò)兩次切削才能滿足加工要求。故選用快換鉆套（其結(jié)構(gòu)如下圖所示）以減少更換鉆套的輔助時(shí)間。根據(jù)工藝要求：工藝孔12mm分鉆、擴(kuò)兩個(gè)工步完成加工。即先用的麻花鉆鉆孔，根據(jù)GB1141—84的規(guī)定鉆頭上偏差為零，故鉆套孔徑為即。再用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)孔鉆擴(kuò)孔，根據(jù)GB1141—84的規(guī)定擴(kuò)孔鉆的尺寸為。
襯套選用固定襯套其結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖4-3 固定襯套圖
其結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表：
表4-3 固定襯套結(jié)構(gòu)參數(shù)
d
H
D
C
公稱尺寸
允差
公稱尺寸
允差
11
+0.034
+0.016
30
12
+0.023
+0.012
0.5
2
夾具體的設(shè)計(jì)主要考慮零件的形狀及將上述各主要元件聯(lián)成一個(gè)整體。這些主要元件設(shè)計(jì)好后即可畫出夾具的設(shè)計(jì)裝配草圖。整個(gè)夾具的結(jié)構(gòu)見夾具裝配圖2所示。
6.數(shù)控編程
數(shù)控銑床是目前使用廣泛的數(shù)控機(jī)床之一，選用數(shù)控銑床加工減輕了勞動(dòng)者工作強(qiáng)度，提高了加工精度和生產(chǎn)效率；數(shù)銑車床在數(shù)控編程過程中應(yīng)嚴(yán)格按照機(jī)床規(guī)定格式進(jìn)行編程，編程過程中還應(yīng)確定工件加工尺寸、工藝過程、程序校驗(yàn)等。本工件編輯程序如下：
盤銑刀銑右端面：
O0013；
G54G90G40G00X0Y0;
Z100;
M03S500;
G01X40Y75;
G01Z-2F100;
G41G01X40Y-25D1;
G01X-40Y-25;
G01X-40Y75;
G00Z100;
G01X0Y0;
M30;
銑右側(cè)面程序：
O0113;
G54G90G40G00X0Y0;
Z100;
M03S500;
G01X70Y60F400;
G01Z0;
G01X57Y49 ;
M98P0213L13;
G01Z10;
G00Z100;
X0Y0;
M30;
O0213;
G91G01Z-2;
G90G41G01X21.6Y-12.5D1;
G91G01Z-2;
G90G41G01X57Y49D1;
M99;
銑Φ75外圓面；
O0313;
G54G90G40G00X0Y0;
Z100;
M03S500;
G01X70Y60F400;
G01Z0;
G01X57Y49;
M98P0413L13;
G01Z10;
G00Z100;
X0Y0;
M30;
O0413;
G91G01Z-2;
G90G42G03X-57Y49D1;
G9IG01Z-2;
G90G41G02X57Y49D1;
M99
7.課題總結(jié)
本課題采用Pro/E和AutoCAD軟件進(jìn)行扇形支架的設(shè)計(jì)與制造，比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造方法有著極大的優(yōu)越性，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和精度。用數(shù)控機(jī)床加工大大提高了零件的精度和效率。通過本課題的訓(xùn)練過程，初步學(xué)會(huì)了先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，制造和加工技術(shù)。
7.1設(shè)計(jì)小結(jié)
三年的大學(xué)學(xué)習(xí)，讓我對(duì)數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用方面的知識(shí)有了一個(gè)系統(tǒng)而又全新的的認(rèn)識(shí)，也對(duì)計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)有了深入的了解。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們學(xué)習(xí)中最后一個(gè)重要的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)任務(wù)，它為我們以后從事技術(shù)工作打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ)，對(duì)我們掌握所學(xué)知識(shí)情況進(jìn)行了全面而又直觀的檢測(cè)。為了能夠較好的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我投入了萬分的精力做了充分的準(zhǔn)備工作。
首先，我先針對(duì)畢業(yè)課題來考慮，在指導(dǎo)老師的指點(diǎn)和幫助下，對(duì)所需的資料進(jìn)行搜集和整理，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，再對(duì)資料做一個(gè)簡(jiǎn)單的歸類。
其次，依據(jù)指導(dǎo)老師給出的設(shè)計(jì)任務(wù)要求，先制定設(shè)計(jì)的總體方案，按照指導(dǎo)老師要求的設(shè)計(jì)進(jìn)度，一步步的完成此次的設(shè)計(jì)任務(wù)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)雖已結(jié)束，但想想我在其中所學(xué)到的知識(shí)，所遇到的困難，仍記憶猶新。它讓我明白了無論是設(shè)計(jì)新產(chǎn)品，還是改造原先的老產(chǎn)品，都是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)過程，容不得半點(diǎn)含糊。設(shè)計(jì)人員應(yīng)先明白設(shè)計(jì)的目的，了解產(chǎn)品的價(jià)值和實(shí)用性，其次要對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行構(gòu)思，確定總體方案，查閱資料，最后編寫產(chǎn)品的設(shè)計(jì)說明書，進(jìn)行繪圖。
這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我獨(dú)立設(shè)計(jì)思考和分析解決問題的能力，拓寬了我的知識(shí)面，是一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)！
7.2致謝
在這本設(shè)計(jì)即將完成之際,我要感謝一直幫助我的繆飛軍指導(dǎo)老師，他在我的設(shè)計(jì)中給了我很多的指導(dǎo)，在一些對(duì)我來說比較艱深，比較把握不了方向的地方，給予了我指明，幫我除去了許多不必要的麻煩；在此我還要感謝我們公司技術(shù)科的同仁，是他們不遺余力的幫助，才使我有充足的時(shí)間來完成本設(shè)計(jì)。謝謝你們，因?yàn)橛心銈儾庞斜驹O(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。
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