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洛陽理工學(xué)院 創(chuàng)新設(shè)計(jì)說明書 課 程 名 稱 先進(jìn)制造技術(shù) 設(shè) 計(jì) 課 題 立臂鉆床夾具創(chuàng)新設(shè)計(jì) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 2017年 03月08日 第1章 夾具的發(fā)展概況 機(jī)床夾具實(shí)在金屬切削中用以準(zhǔn)確地確定工件位置，并將其牢固地夾緊，以接受加工的工藝裝備。它的主要作用是：可靠的保證工件的加工質(zhì)量，提高加工效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮和擴(kuò)大機(jī)床的工藝性能。因此，機(jī)床夾具在機(jī)械制造中占有重要的地位。 夾具最早出現(xiàn)在18世紀(jì)后期。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，夾具已從一種輔助工具發(fā)展成為門類齊全的工藝裝備。 1、機(jī)床夾具的現(xiàn)狀 國際生產(chǎn)研究協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)表明，目前中、小批多品種生產(chǎn)的工件品種已占工件種類總數(shù)的85％左右?，F(xiàn)代生產(chǎn)要求企業(yè)所制造的產(chǎn)品品種經(jīng)常更新?lián)Q代，以適應(yīng)市場的需求與競爭。然而，一般企業(yè)都仍習(xí)慣于大量采用傳統(tǒng)的專用夾具，一般在具有中等生產(chǎn)能力的工廠里，約擁有數(shù)千甚至近萬套專用夾具；另一方面，在多品種生產(chǎn)的企業(yè)中，每隔3~4年就要更新50~80％左右專用夾具，而夾具的實(shí)際磨損量僅為10~20％左右。特別是近年來，數(shù)控機(jī)床、加工中心、成組技術(shù)、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等新加工技術(shù)的應(yīng)用，對機(jī)床夾具提出了如下新的要求： (1) 能迅速而方便地裝備新產(chǎn)品的投產(chǎn)，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)成本； (2) 能裝夾一組具有相似性特征的工件； (3) 能適用于精密加工的高精度機(jī)床夾具； (4) 能適用于各種現(xiàn)代化制造技術(shù)的新型機(jī)床夾具； (5) 采用以液壓站等為動(dòng)力源的高效夾緊裝置，以進(jìn)一步減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率； (6) 提高機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化程度。 2、現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向 現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向主要表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)化、精密化、高效化和柔性化等四個(gè)方面。 (1) 標(biāo)準(zhǔn)化 機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化與通用化是相互聯(lián)系的兩個(gè)方面。目前我國已有夾具零件及部件的國家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T2148~T2259－91以及各類通用夾具、組合夾具標(biāo)準(zhǔn)等。機(jī)床夾具的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于夾具的商品化生產(chǎn)，有利于縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低生產(chǎn)總成本。 (2) 精密化 隨著機(jī)械產(chǎn)品精度的日益提高，勢必相應(yīng)提高了對夾具的精度要求。精密化夾具的結(jié)構(gòu)類型很多，例如用于精密分度的多齒盤，其分度精度可達(dá)0.1"；用于精密車削的高精度三爪自定心卡盤，其定心精度為5μm。 (3) 高效化 高效化夾具主要用來減少工件加工的基本時(shí)間和輔助時(shí)間，以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。常見的高效化夾具有自動(dòng)化夾具、高速化夾具和具有夾緊力裝置的夾具等。例如，在銑床上使用電動(dòng)虎鉗裝夾工件，效率可提高5倍左右；在車床上使用高速三爪自定心卡盤，可保證卡爪在試驗(yàn)轉(zhuǎn)速為9000r/min的條件下仍能牢固地夾緊工件，從而使切削速度大幅度提高。目前，除了在生產(chǎn)流水線、自動(dòng)線配置相應(yīng)的高效、自動(dòng)化夾具外，在數(shù)控機(jī)床上，尤其在加工中心上出現(xiàn)了各種自動(dòng)裝夾工件的夾具以及自動(dòng)更換夾具的裝置，充分發(fā)揮了數(shù)控機(jī)床的效率。 (4) 柔性化 機(jī)床夾具的柔性化與機(jī)床的柔性化相似，它是指機(jī)床夾具通過調(diào)整、組合等方式，以適應(yīng)工藝可變因素的能力。工藝的可變因素主要有：工序特征、生產(chǎn)批量、工件的形狀和尺寸等。具有柔性化特征的新型夾具種類主要有：組合夾具、通用可調(diào)夾具、成組夾具、模塊化夾具、數(shù)控夾具等。為適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)多品種、中小批量生產(chǎn)的需要，擴(kuò)大夾具的柔性化程度，改變專用夾具的不可拆結(jié)構(gòu)為可拆結(jié)構(gòu)，發(fā)展可調(diào)夾具結(jié)構(gòu)，將是當(dāng)前夾具發(fā)展的主要方向。 第2章 夾具設(shè)計(jì) 2.1 夾具的功用 機(jī)床夾具是在機(jī)床上用以準(zhǔn)確，迅速地安裝工件或刀具，從而保證工件與刀具間正確相對位置的一種工藝裝備。使用夾具可以有效地保證工件的加工質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度；因此，夾具在機(jī)械制造中占有重要的地位。 2.2 夾具的設(shè)計(jì) 2.2.1. 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作 1、 明確工件的年生產(chǎn)綱領(lǐng) 機(jī)床夾具是在機(jī)床上裝加工件的一種裝置，其作用是使工件相對機(jī)床和刀具有一個(gè)正確的位置，并在加工過程中保持不變。它是夾具總體方案確定的依據(jù)之一，它決定了夾具的復(fù)雜程度和自動(dòng)化程度。本次加工的工件需大批量生產(chǎn)，此時(shí)，一般選擇機(jī)動(dòng)、多工件同時(shí)加工，自動(dòng)化程度高的方案，結(jié)構(gòu)也隨之復(fù)雜，成本也提高較多。 2、 熟悉工件零件圖和工序圖 零件圖給出了工件的尺寸、形狀和位置、表面粗糙度等精度的總體要求，工序圖則給出了夾具所在工序的零件的工序基準(zhǔn)、工序尺寸、已加工表面、待加工表面、以及本工序的定位、夾緊原理方案，這是夾具設(shè)計(jì)的直接依據(jù)。 已知待加工工件如圖2-1所示，加工C向2φ6的通孔（前工序已將各部尺寸加工完成）。 2.2.2. 加工方法 了解工藝規(guī)程中本工序的加工內(nèi)容，機(jī)床、刀具、切削用量、工步安排、工時(shí)定額，同時(shí)加工零件數(shù)。這些是在考慮夾具總體方案、操作、估算夾緊力等方面必不可少的，根據(jù)零件圖可知，本夾具主要用來鉆直徑為φ6的通孔，這個(gè)孔的技術(shù)要求一般，考慮提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本及勞動(dòng)強(qiáng)度，需設(shè)計(jì)專用夾具。而精度則不是本道工序主要考慮的重點(diǎn)問題。 2.3. 總體方案的確定 2.3.1. 定位方案和定位元件的擬定和選擇 工件在機(jī)床上的定位實(shí)際上包括工件在夾具上的定位和夾具在機(jī)床上的定位兩個(gè)方面。工序圖只是給出了原理方案，此時(shí)應(yīng)仔細(xì)分析本工序的工序內(nèi)容 圖2-1 工件視圖 及加工精度要求，按照六點(diǎn)定位原理和本工序的加工精度要求，確定具體的定位方案和定位元件。要擬定幾種具體方案進(jìn)行比較，選擇或組合最佳方案。 根據(jù)工序圖給出的定位元件方案，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正確選擇定位元件或定位的組合。在機(jī)床夾具的使用過程中，工件的批量越大，定位元件的磨損越快，選用標(biāo)準(zhǔn)定位元件增加了夾具零件的互換性，方便機(jī)床夾具的維修和維護(hù)。 常有定位方法有： (1) 工件以平面定位。 (2) 工件以圓柱孔定位。 (3) 工件以外圓表面定位。 (4) 工件以其他表面定位。 根據(jù)加工零件的形狀，工藝要求，加工精度和批量我采用一個(gè)平面、一個(gè)支撐板和一個(gè)菱形銷組合定位，限制工件6個(gè)自由度，同時(shí)保證了加工方向上的剛性，保證零件的加工精度以及便于保證加工部位之間位置要求，如圖2-2所示。 由零件圖可知：直徑為φ6的孔對底面的技術(shù)要求一般，其設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為底面，所以為了使定位基準(zhǔn)為零，應(yīng)選擇以與孔垂直的基準(zhǔn)底面定位。另外，選擇φ8定位螺釘作為定位零件。 圖2-2 定位方案示意圖 2.3.2. 定位精度的分析與計(jì)算 夾具的主要功能是用來保證工件加工表面的位置精度。影響位置精度的主要因素有三個(gè)方面： 　?。?）工件在夾具中的安裝誤差，它包括定位誤差和夾緊誤差。 　　（2）夾具在機(jī)床上對定誤差，指夾具相對于刀具或相對于機(jī)床成形運(yùn)動(dòng)的位置誤差。 　　（3）加工過程中出現(xiàn)的誤差，包括機(jī)床的幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度，機(jī)床、刀具、工件和夾具組成的工藝系統(tǒng)加工時(shí)的受力變形，受熱變形，磨損，調(diào)整、測量中的誤差，以及加工成形原理上的誤差等。 　　第三項(xiàng)一般不易估算，夾具精度驗(yàn)算是指前兩項(xiàng)，其和不大于工件允差的2/3為算合格。 2.3.3. 夾緊方案的設(shè)計(jì)和壓緊元件的選擇 (1) 對工件夾緊裝置的要求 ① 在夾緊過程中應(yīng)保持工件定位時(shí)所獲得的正確位置 。 ② 在切削過程中，切削力不應(yīng)破壞工件的正確位置，并使平衡切削力所需的夾緊力最小。 ③ 在切削過程中，應(yīng)避免工件產(chǎn)生不能允許的振動(dòng)。 ④ 夾緊裝置應(yīng)操作方便、省力、安全。 ⑤ 夾緊裝置的復(fù)雜程度和制動(dòng)化程度應(yīng)與生產(chǎn)批量和生產(chǎn)方式相適應(yīng)。 (2) 夾緊力的方向 夾緊力的方向要有利于工件的定位，并注意工件的剛性方向，不能使工件有脫離定位表面的趨勢，防止工件在夾緊力的作用下產(chǎn)生變形。 (3) 夾緊力的作用點(diǎn) 夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)選擇在定位元件支承點(diǎn)的作用范圍內(nèi)，以及工作剛度高的位置，確保工件定位準(zhǔn)確、不變形。 (4) 選擇夾緊機(jī)構(gòu) 在確定夾緊力的方向、作用點(diǎn)的同時(shí)，要確定相應(yīng)的夾緊機(jī)構(gòu)。確定夾緊機(jī)構(gòu)要注意以下幾方面的問題： ① 安全性。夾緊機(jī)構(gòu)應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和夾緊力，以防止以外傷及夾具操作人員。 ② 手動(dòng)夾具夾緊機(jī)構(gòu)的操作力不應(yīng)過大，以減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 ③ 夾緊機(jī)構(gòu)的行程不宜過長，以提高夾具的工作效率。 　　確定夾緊力的方向、作用點(diǎn)，以及夾緊元件或夾緊機(jī)構(gòu)，估算夾緊力大小，要選擇和設(shè)計(jì)動(dòng)力源。夾緊方案也需反復(fù)分析比較，確定后，正式設(shè)計(jì)時(shí)也可能在具體結(jié)構(gòu)上作一些修改。 　　方案一 使用快速螺旋夾緊機(jī)構(gòu) 　　方案二 使用偏心輪夾緊機(jī)構(gòu) 　　因定位方案選擇的是一面一銷一支撐板定位，偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)更合適于本方案，所以采用方案二。 根據(jù)以上對夾緊機(jī)構(gòu)的要求和鉆床夾具的主要技術(shù)要求，本設(shè)計(jì)采用的夾緊機(jī)構(gòu)比較簡單，如圖2-3所示。 圖2-3 夾緊機(jī)構(gòu) 2.3.4 導(dǎo)正裝置的選擇 刀具的導(dǎo)向是為了保證孔的位置精度，增加鉆頭的支撐以提高其剛度，減少刀具的變形，保證孔加工的位置精度，常用的幾種鉆套如下圖所示。 圖2-4可換鉆套 圖2-5快換鉆套 圖2-6固定鉆套（A、B型） 圖示鉆套均已標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)可以查夾具設(shè)計(jì)手冊。本次設(shè)計(jì)由于加工方式只有鉆一道工序，故選用可換鉆套，如圖2-7所示。 圖2-7可換鉆套 2.3.5. 夾具體的設(shè)計(jì) 用來安裝和固定定位元件，夾緊機(jī)構(gòu)和鉆模板的實(shí)體。具體大小根據(jù)整個(gè)機(jī)構(gòu)的大小而調(diào)整，要保證機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定，水平，所以形位公差會(huì)有較嚴(yán)格的要求。 夾具體是夾具的基礎(chǔ)體，它將夾具上的各種裝置和元件連接成一個(gè)整體，并通過它將夾具安裝到機(jī)床上。它的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大小，取決于加工工件的特點(diǎn)、尺寸大小，各種元件的結(jié)構(gòu)和布局，夾具于機(jī)床的連接方式，切削力、重力等大小的影響。 夾具體應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)計(jì)算要求： 1、應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度； 2、力求結(jié)構(gòu)簡單及裝卸工件方便 ； 3、結(jié)構(gòu)工藝形好； 4、排屑切屑要方便； 5、在機(jī)床上安裝穩(wěn)定可靠； 6、具有適當(dāng)?shù)木群统叽绶€(wěn)定性 根據(jù)要求夾具體選用鑄件，這樣既滿足要求而且工藝性較鍛造好，然后對夾具體毛胚進(jìn)行加工。 2.4. 繪制夾具裝配圖 根據(jù)以上夾具設(shè)計(jì)要求和相應(yīng)分析，本次夾具設(shè)計(jì)選擇制圖比例為1:1，繪圖時(shí)把工件視為透明體，用雙點(diǎn)劃線畫出輪廓，同時(shí)畫出定位面、夾緊面和加工表面，具體裝配圖見圖2-8。 圖2-8 夾具裝配圖 第3章 夾具裝配圖上的尺寸和技術(shù)條件 夾具裝配圖上應(yīng)標(biāo)注必要的尺寸和技術(shù)要求，主要目的是為了檢驗(yàn)本工序零件加工表面的形狀，位置和尺寸精度在夾具中是否可以達(dá)到，為了設(shè)計(jì)夾具零件圖，也為了夾具裝配和裝配精度的檢測。 3.1. 夾具裝配圖上標(biāo)注的尺寸 1、夾具總體外形輪廓尺寸，總長310mm，總寬262mm，總高105mm。 2、夾具與鉆模套導(dǎo)向的配合關(guān)系，如襯套與鉆模套所需的配合為Φ18H7/n6。 3、各定位元件之間，定位元件與工件之間，與夾具體之間裝配后的位置尺寸及公差，如圓柱銷與孔配合為Φ6H7/g6。 上述聯(lián)系尺寸和位置尺寸的公差，一般取工件的相應(yīng)公差的1/3~1/5,最常用的是1/3。 3.2. 夾具裝配圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求 應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求包括：相關(guān)元件表面間的位置精度，主要表面形狀精度，保證裝配精度和檢測的特殊要求，以及調(diào)整、操作等必要的說明。通常有以下幾方面： (1) 定位元件的定位表面間相互位置精度。 (2) 定位元件的定位表面與夾具安裝基面、定向基面間的相互位置精度。 (3) 導(dǎo)向元件工作面與安裝基面間的相互位置精度。 (4) 寫明需要鉗工配作的元件。 對于不同的機(jī)床夾具，對于夾具的具體結(jié)構(gòu)和使用要求，應(yīng)進(jìn)行具體分析，訂出該夾具的具體的技術(shù)要求。設(shè)計(jì)中可以參考機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊以及同類夾具的圖樣資料。 第4章 夾具零件圖上的尺寸和技術(shù)條件 零件圖上應(yīng)標(biāo)注必要的尺寸和技術(shù)要求，標(biāo)注的主要目的是保證夾具體各個(gè)零件之間的尺寸要求和安裝配合后的精度要求，也是為了各夾具零件加工后進(jìn)行安裝配合能滿足制造工件的要求，本設(shè)計(jì)所畫夾具零件圖為夾具體。 4.1 夾具零件圖上標(biāo)注的尺寸 (1) 夾具體底座的外形尺寸，總長為310mm，總寬262mm，總高33mm。 (2) 夾具體底座上各螺紋孔之間的位置尺寸要求，定位銷的配做精度要求。 4.2 夾具零件圖上應(yīng)標(biāo)注的技術(shù)要求 (1) 零件圖中必須用規(guī)定的代號(hào)、數(shù)字和文字簡明地表示出在制造和檢驗(yàn)時(shí)所應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求。 (2) 夾具體零件圖需要標(biāo)注必要的表面粗糙度、形位公差、極限配合等技術(shù)要求，以滿足加工精度。夾具體零件示意圖如圖4 -1所示 圖4-1 夾具體零件示意圖 第5章 設(shè)計(jì)論證 5.1 設(shè)計(jì)方案論證 (1) 根據(jù)所給工件的需要，選擇加工機(jī)床，選用搖臂鉆床加工比較合理。 (2) 然后工件主要定位部分為基準(zhǔn)底面平面、后面和一個(gè)φ10的孔，分析所要加工2φ6的孔必須完全定位，而本次設(shè)計(jì)所選用的定位方案正好滿足六點(diǎn)定位原理且結(jié)構(gòu)簡單。 (3) 最后將定位銷固定在大平面上，以平面、支撐板和菱形銷進(jìn)行定位。把工件定位后，可利用偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)來對工件進(jìn)行夾緊，工件的夾緊力的方向應(yīng)該與工件重心線平行，保證夾緊時(shí)點(diǎn)的穩(wěn)定可靠。 5.2 設(shè)計(jì)方法與結(jié)果 (1) 對工件的加工要進(jìn)行分析，已知工件上待加工2φ6的孔，根據(jù)工件的形狀和加工要求和批量，采用立式搖臂鉆床比較合理。 (2) 根據(jù)六點(diǎn)定位原理，選用一面、一支撐板和一菱形銷定位，由于限制了六個(gè)自由度，所以只需要將工件夾緊就可以進(jìn)行加工了，在工件加工方向上進(jìn)行夾緊，可以用偏心輪夾緊機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗麄兛梢詫ぜ焖賷A緊，且夾緊力的方向要有利于工件的定位。 (3) 最后，對整個(gè)夾緊方案分析得出，定位符合六點(diǎn)定位原理，夾緊工件穩(wěn)定，所以此夾具設(shè)計(jì)可行。 課程設(shè)計(jì)心得 通過這次課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)，使我對機(jī)械裝備課程有了更進(jìn)一步的了解。裝備在現(xiàn)在工業(yè)中有著重要的作用，當(dāng)然，我們現(xiàn)在對機(jī)械設(shè)計(jì)只不過時(shí)一個(gè)初步的了解，這門課程還有更多的知識(shí)等著我們?nèi)W(xué)習(xí)，在這兩周短暫的課程設(shè)計(jì)里，我學(xué)會(huì)了一些機(jī)械設(shè)計(jì)的最基本的理論，同時(shí)也對機(jī)械裝備產(chǎn)生了濃厚的興趣。 在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我發(fā)現(xiàn)自己還有很多不足之處，在設(shè)計(jì)和計(jì)算過程中也出現(xiàn)了各種各樣的錯(cuò)誤，在同學(xué)和張老師的幫助下也都盡量改正了，雖然還存在或多或少的問題，這也是我今后努力的方向，我會(huì)繼續(xù)努力學(xué)習(xí)，來豐富自己的知識(shí)。 在這段時(shí)間的不懈努力下，我了解了在課程設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題： (1) 注意與工藝規(guī)程的銜接，夾具設(shè)計(jì)應(yīng)和工序設(shè)計(jì)統(tǒng)一 所需設(shè)計(jì)的夾具絕大多數(shù)用于零件加工的某一特定工序。在工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，對該工序的設(shè)計(jì)已要求設(shè)計(jì)其定位與夾緊方案，因此夾具設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容應(yīng)與工序設(shè)計(jì)保持一致，不能相互沖突。 (2) 設(shè)計(jì)時(shí)要有整體觀念 夾具設(shè)計(jì)有其自身的特點(diǎn)：定位、夾緊等各種裝置在設(shè)計(jì)前是分開考慮的，設(shè)計(jì)后期通過夾具體的設(shè)計(jì)將各種元件聯(lián)系為一個(gè)整體。 (3) 設(shè)計(jì)中應(yīng)學(xué)習(xí)正確運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范 對于國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要嚴(yán)格要求和執(zhí)行。夾具設(shè)計(jì)過程中選擇各種功能元件時(shí)應(yīng)注意盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)件，減少非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)制造工作量，降低夾具成本。 另外，在寫說明書的過程中學(xué)習(xí)到好多關(guān)于Word應(yīng)用方面的知識(shí)，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書的書寫打下了良好的基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) [1]　 《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》 趙雪松 任小中 于華 編著 華中科技大學(xué)出版社 [2]　 《現(xiàn)代夾具設(shè)計(jì)手冊》 朱耀祥 蒲林祥 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 [3]　 《現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì)》 吳 拓 編著 化學(xué)工業(yè)出版社 [4]　 《機(jī)床制圖》 何銘新 錢可強(qiáng) 徐祖茂 主編 高等教育出版社 [5]　 《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 陳立德 主編 高等教育出版社 [6]　 《機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具》 劉守勇 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 [7]　 《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》 孟憲棟 劉彤安 編著 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