传动轴的工艺设计及加工综述

学号115303125
苏州市职业大学
毕业设计
题目传动轴的工艺设计及加工
学生姓名：陶建阳
专业班级：11数控1班
学院(部)：机电工程学院
校内指导教师：陈雪芳
校外指导教师：陈粉娣、吴泰来
完成日期：2014年5月
摘要：
传动轴是核电站高压电器元件枢纽零部件，有着重量大，外形特殊，精度高，加工难度大，价格昂贵的特点。

材料为特种合金钢。

由于加工难度和加工精度的问题。

国内能够普遍采用的加工方法为数控车床加工法。

因此，怎样使用数控车床更便捷有效的加工是一个值得研究的课题。

本设计根据传动轴的图纸，对传动轴这一零件进行加工工艺的设计，加工程序的编程和通过车床进行加工方法的设计。

得出一套切实可行的零件加工方法，来提高企业的生产效率。

关键词：传动轴工艺编程加工
Abstract
Drive shaft is plant parts of high voltage electrical components hub，It has a big weight, special appearance, high precision, processing is difficult and expensive。

Its material is special alloy steel. Due to the processing difficulty and the machining accuracy problem，Can be widely used domestic processing method for the numerical control lathe processing method. Therefore, how to use the numerical control lathe is more convenient and effective processing is a subject worth studying.
This design according to the transmission shaft of the drawings, the design of the drive shaft parts processing technology, processing program by programming and the design of lathe machining method. Obtain a set of practical parts processing methods, to improve the production efficiency of enterprises.
Keywords The shaft process programming processing
目次
1 引言 (1)
2 传动轴的加工工艺设计 (2)
2.1传动轴的图纸分析 (2)
2.2传动轴加工方法的选择 (2)
2.3加工工艺路线的制定 (3)
3 传动轴加工工序设计 (3)
3.1 P1加工工序设计 (7)
3.2 P2加工工序设计 (9)
3.3 P3加工工序设计 (11)
3.4 P4加工工序设计 (13)
3.5 P5加工工序设计 (15)
3.6 P6加工工序设计 (17)
3.7 P7加工工序设计 (19)
4 传动轴的加工程序编制 (20)
4.1 工序P1的程序 (20)
4.2 工序P2的程序 (22)
4.3 工序P3的程序 (23)
4.4 工序P4的程序 (24)
4.5 工序P5的程序 (25)
4.6 工序P6的程序 (26)
结论 (28)
致谢 (29)
参考文献 (30)
附录一 (31)
1引言
本论文所研究的课题是传动轴的工艺设计及加工。

主要是根据传动轴的图纸来设计一种切实可行的加工方法。

由于传动轴的作用和工作环境，所以对加工材料要求比较高，加工精度要求也比较高。

本论文的设计重点是传动轴的加工工艺，然后通过工艺和加工方法以及程序最后加工出成品。

通过研究传动轴的图纸，加工材料选用特种合金钢，由于零件的部分尺寸的公差只有两丝，粗糙度是0.8，加工精度要求高。

根据材料的硬度和加工难度，所以选用数控机床进行加工。

2传动轴的加工工艺设计
2.1传动轴的图纸分析
传动轴的图纸（如图2-1）
图2-1
该零件由圆柱，倒角，平面，螺纹组成。

尺寸标注完整。

选用毛坯为棒料，材质为特种合金钢，尺寸为￠42*162±0.7，无热处理和硬度要求。

2.2 传动轴加工方法的选择
加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。

由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。

图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时不取平均值，而取其基本尺寸。

在图纸的轮廓线上，可以看出有好几个倒角，在编程时要注意其坐标。

因为
其中有平面，所以要用铣床加工。

局部粗糙度较高的地方要经过多次加工才能达到要求。

通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削和铣削，考虑该零件为大批量加工，故加工设备采用数控车床和数控铣床。

2.3加工工艺路线的制定
零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。

对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。

毛坯先夹持左端，车右端轮廓98mm处，右端加工Φ26.5mm、30度的锥度、Φ30mm、15度的锥度、Φ34mm、30度的锥度、Φ34.96mm、15度的锥度、Φ39mm、Φ40mm、然后打M10螺纹底孔32mm，车90度倒角。

调头装夹已加工Φ39mm外圆，车左端轮廓64mm处，左端加工15度锥度、Φ21mm、30度锥度、Φ30mm。

再用加工中心铣平面，使用工装进行装夹，一共铣四周8个平面。

最后攻丝机工螺纹。

该传动轴加工顺序为：
预备加工---车端面---粗车右端轮廓---精车右端轮廓---打孔--工件调头---车端面---粗车左端轮廓---精车左端轮廓---铣床铣A面---铣B面---铣C 面---铣D面---攻螺纹。

加工工艺表见附录一。

3传动轴加工工序设计
1）走刀路线和工步顺序的确定
①先粗后精先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。

②先主后次先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。

由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有位置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。

③先面后孔对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。

这样可使工件定位夹紧稳定可靠，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。

④基面先行用作精基准的表面，要首先加工出来。

所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。

例如，轴类零件顶尖孔的加工。

2）工件定位和夹紧方案的选择
定位基准的选择
在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。

定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。

合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。

定位基准选择的原则
1）基准重合原则。

为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。

2）便于装夹的原则。

所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。

3）便于对刀的原则。

批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。

3）装夹方式的选择
为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。

合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。

数控车床常用的装夹方式
1）在三爪自定心卡盘上装夹。

三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。

该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。

2）在两顶尖之间装夹。

对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。

该装夹方式适用于多序加工或精加工。

3）用卡盘和顶尖装夹。

当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。

这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用较广泛。

4）用心轴装夹。

当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。

这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确。

4）夹具和刀具的选择
夹具的选择
因为零件是轴类，所以夹具采用三爪卡盘进行装夹。

刀具的选择
数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。

应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。

刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。

在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。

刀具的选择是数控加工工艺设计中的重要内容之一。

刀具选择合理与否不仅影响机床的加工效率、而且还影响加工质量。

选择刀具通常考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等。

与传统的车削方法相比，数控车削对刀具的要求较高。

不仅要求精度高、钢
度好、耐用度高、而且要求尺寸稳定、安装调整方便。

这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。

5）切削用量的确定
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。

切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。

对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。

切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。

1）、主轴转速的确定
主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。

根据P1工序中零件的加工要求，考虑工件材料为合金钢，刀具材料为硬质合金钢，粗加工选择转速600r/min,精加工选择1000r/min车削外圆，而内孔由于刚性较差，采用粗车500 r/min进行打孔，比较容易达到加工要求。

2）、进给速度（进给量）F(mm/r，mm/min)的选择
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工进度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。

最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。

一般粗车选用较高的进给速度，以便较快去除毛坯余量，精车以考虑表面粗糙和零件精度为原则。

粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。

精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。

进给速度Vf可以按公式Vf =f×n计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.3～0.8mm/r；精车时常取0.1～0.3mm/r；切断时常取0.05～0.2mm/r。

所以P1工序中粗车的进给速度为0.3 mm/r，精车为0.1 mm/r，打孔为0.2 mm/r。

3）、背吃刀量确定
背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量(除去精车量)，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。

为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量。

总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。

同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。

切削用量对于不同的加工方法，需选用不同的切削用量。

合理的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。

切削用量的选择方法：粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。

精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，应着重考虑如何保证加工精度，且在此基础上如何提高加工效率。

因此，要求精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。

3.1 P1加工工序设计
P1工序的加工顺序
车右端面，将毛坯车成160mm的棒料。

车右端外圆，先粗车外圆，再半精车外圆，对于粗糙度要求高的部位再进行精车。

最后打孔。

确定零件的定位基准
以左端大端面为定位基准。

确定合理的装夹方式
装夹方法：用三爪自定心卡盘装夹毛坯左端，加工右端达到工件精度要求。

P1工序的加工，(1) 选用φ10mm中心钻钻削中心孔。

(2) 车端面和外圆选用硬质合金刀。

刀具的选择
P1工序的加工，车端面和外圆选用硬质合金刀。

切削用量的确定
P1工序的背吃刀量为粗车外圆是1.5-2(mm)，精车外圆是0.2-0.5(mm)。

内孔倒角是1-1.5(mm)。

工序卡
3.2 P2加工工序设计
P2工序的加工顺序
车左端面。

车左端外圆，先粗车外圆，再精车外圆。

确定零件的定位基准
以右端￠39的外圆为定位基准。

确定合理的装夹方式
装夹方法：用软爪自定心卡盘装夹毛坯右端￠39的外圆，加工左端达到工件精度要求。

夹具的选择
因为零件已经加工过右端，所以掉头进行装夹要保证不能伤害到零件表面，所以要用软爪卡盘。

刀具的选择
P2工序的加工，车端面和外圆选用硬质合金刀。

切削用量的确定
1）、主轴转速的确定
粗加工选择转速600r/min,精加工选择1000r/min车削外圆。

2）、进给速度（进给量）F(mm/r，mm/min)的选择
粗车的进给速度为0.3 mm/r，精车为0.1 mm/r。

3）、背吃刀量确定
背吃刀量为粗车外圆是1.5-2(mm)，精车外圆是0.2-0.5(mm)。

工序卡
3.3 P3加工工序设计
P3工序的加工顺序
先铣左面平面，再铣右面平面。

确定零件的定位基准
以最小外圆￠21的外圆为定位基准，使用工装压紧￠39外圆。

确定合理的装夹方式
装夹方法：用工装固定住零件，使左右两端平面都可以加工到。

夹具的选择
因为零件要铣左右两端一共8个面，并且同一平面的面是有平行度要求，相邻两面有垂直度要求，一般夹具达不到加工要求，所以使用工装来达到加工精度的要求。

刀具的选择
P3工序的加工，只需要加工平面，所以选用￠10立铣刀。

切削用量的确定
1）、主轴转速的确定
粗加工选择转速600r/min,精加工选择1000r/min。

2）、进给速度（进给量）F(mm/r，mm/min)的选择
粗铣的进给速度为0.3 mm/r，精铣为0.1 mm/r。

3）、背吃刀量确定
背吃刀量为粗铣平面是1.5-2(mm)，精铣平面是0.2-0.5(mm)。

工序卡
3.4 P4加工工序设计
P4工序的加工顺序
先铣左面平面，再铣右面平面。

确定零件的定位基准
以已加工的A面为定位基准，使用工装压紧￠39外圆。

确定合理的装夹方式
装夹方法：用工装固定住零件，使左右两端平面都可以加工到。

夹具的选择
因为零件要铣左右两端一共8个面，并且同一平面的面是有平行度要求，相邻两面有垂直度要求，一般夹具达不到加工要求，所以使用工装来达到加工精度的要求。

刀具的选择
P4工序的加工，只需要加工平面，所以选用￠10立铣刀。

切削用量的确定
1）、主轴转速的确定
粗加工选择转速600r/min,精加工选择1000r/min。

2）、进给速度（进给量）F(mm/r，mm/min)的选择
粗铣的进给速度为0.3 mm/r，精铣为0.1 mm/r。

3）、背吃刀量确定
背吃刀量为粗铣平面是1.5-2(mm)，精铣平面是0.2-0.5(mm)。

工序卡
3.5 P5加工工序设计
P5工序的加工顺序
先铣左面平面，再铣右面平面。

确定零件的定位基准
以已加工的A面和C面为定位基准，使用工装压紧￠39外圆。

确定合理的装夹方式
装夹方法：用工装固定住零件，使左右两端平面都可以加工到。

夹具的选择
因为零件要铣左右两端一共8个面，并且同一平面的面是有平行度要求，相邻两面有垂直度要求，一般夹具达不到加工要求，所以使用工装来达到加工精度的要求。

刀具的选择
P5工序的加工，只需要加工平面，所以选用￠10立铣刀。

切削用量的确定
1）、主轴转速的确定
粗加工选择转速600r/min,精加工选择1000r/min。

2）、进给速度（进给量）F(mm/r，mm/min)的选择
粗铣的进给速度为0.3 mm/r，精铣为0.1 mm/r。

3）、背吃刀量确定
背吃刀量为粗铣平面是1.5-2(mm)，精铣平面是0.2-0.5(mm)。

工序卡
3.6 P6加工工序设计
P6工序的加工顺序
先铣左面平面，再铣右面平面。

确定零件的定位基准
以已加工的B面为定位基准，使用工装压紧￠39外圆。

确定合理的装夹方式
装夹方法：用工装固定住零件，使左右两端平面都可以加工到。

夹具的选择
因为零件要铣左右两端一共8个面，并且同一平面的面是有平行度要求，相邻两面有垂直度要求，一般夹具达不到加工要求，所以使用工装来达到加工精度的要求。

刀具的选择
P6工序的加工，只需要加工平面，所以选用￠10立铣刀。

切削用量的确定
1）、主轴转速的确定
粗加工选择转速600r/min,精加工选择1000r/min。

2）、进给速度（进给量）F(mm/r，mm/min)的选择
粗铣的进给速度为0.3 mm/r，精铣为0.1 mm/r。

3）、背吃刀量确定
背吃刀量为粗铣平面是1.5-2(mm)，精铣平面是0.2-0.5(mm)。

工序卡
3.7 P7加工工序设计
P7工序的加工顺序
使用攻丝机攻丝，意要将孔里的碎屑排出来。

确定零件的定位基准
以￠39为定位基准。

确定合理的装夹方式
装夹方法：用攻丝台夹具固定住零件，进行攻丝。

夹具的选择
因为零件的要加工的螺纹孔和零件是同一直线上的，所以不需要调整攻丝角度，可以直接使用攻丝台夹具。

刀具的选择
P7工序的加工，使用M10丝锥。

4 传动轴的加工程序编制
4.1 工序P1的程序
本程序中坐标原点为毛坯右端面圆心。

刀具有三把，一把端面车刀，一把外圆车刀，一把打孔刀。

0001
T0303
G97 G99 S600 M03
M08
G00 X100 Z100
X42 Z3
G01 Z-1
X0 F50
Z3
X42 F100
Z-2
X0 F50
Z3
G00 X100 Z100 M05
M09
T0101
G97 G99 S600 M03
M08
G00 X100 Z100
X42 Z2
G71 U1 R0.5 F100
G71 P10 Q20 U-0.5 W0 F0.2
N10 G00 X26.5 Z2
G01 X26.5 Z-1
X30 Z-4.031
Z-40.5
X32.928
X34 Z-42.5
Z-58
X34.96 Z-58.831
Z-71.3
X35.362
X39 Z-72.8
Z-94
N20 X40 Z-96
G00 X100 Z100
T0101
G97 G99 S800
G00 X26.5 Z2
G70 P10 Q20 F0.1
G00 X100 Z100 M05 M09
T0101
G97 G99 S1000 M03 M08
G00 X100 Z100
X34 Z-42
G70 P30 Q40 F0.1
N30 G01 X34 Z-42.5 N40 Z-58
G00 X100 Z100 M05 M09
T0202
G97 G99 S500 M03
G00 X100 Z100
X0 Z3
G01 Z-32
Z3
G00 X100 Z100 M05
M09
T0101
G97 G99 S600 M03
M08
G00 X100 Z100
X11.5 Z2
G01 X10 Z-0.75
Z3
G00 X100 Z100 M05
M09
M30
4.2 工序P2的程序
本程序中坐标原点为左端面圆心。

使用两把刀具，一把端面刀，一把外圆刀。

00002
T0303
G97 G99 S600 M03
M08
G00 X100 Z100
X42 Z3
G01 Z-1
X0 F50
Z3
X42 F100
X0 F50
Z3
G00 X100 Z100 M05
M09
T0101
G97 G99 S600 M03
M08
G00 X100 Z100
X42 Z2
G71 U1 R0.5 F100
G71 P10 Q20 U0.5 W0 F0.2 N10 G00 X20.598 Z2
G01 Z0
X21 Z-1.5
Z-19.6
G03 R0.4
G01 X26.5 Z-21
X30 Z-24.031
N20 Z-62
G00 X100 Z100
T0101
G97 G99 S800
G00 X20.598 Z2
G70 P10 Q20 F0.1
G00 X100 Z100 M05
M09
M30
4.3 工序P3的程序
本程序中坐标原点如图4-1：
图4-1 坐标原点在A面，刀具为立铣刀。

00003
T01 M06
G90 G54 G00 X0 Y0 S600 M03
G43 H01 Z50
Z10
G01 Z-1.77 F150
G41 D01 Y-10.152
X38.731
G03 Y10.152 R20
G01 X0
G00 Z10
X158 Y0
G01 Z-1.77 F150
Y-10.152
X147.848
G02 Y10.152 R20
G01 X158
G00 Z10
G40 X-50 Y-50
G28 G91 Z2 M05
M30
4.4 工序P4的程序
本程序中坐标原点同工序P3，原点在B面。

刀具为立铣刀。

00003
T01 M06
G90 G54 G00 X0 Y0 S600 M03
G43 H01 Z50
Z10
G01 Z-1.77 F150
G41 D01 Y-10.152
X38.731
G03 Y10.152 R20
G01 X0
G00 Z10
X158 Y0
G01 Z-1.77 F150
Y-10.152
X147.848
G02 Y10.152 R20
G01 X158
G00 Z10
G40 X-50 Y-50
G28 G91 Z2 M05
M30
4.5工序P5的程序
本程序中坐标原点同工序P3，原点在C面。

刀具为立铣刀。

00003
T01 M06
G90 G54 G00 X0 Y0 S600 M03
G43 H01 Z50
Z10
G01 Z-1.77 F150
G41 D01 Y-10.152
X38.731
G03 Y10.152 R20
G01 X0
G00 Z10
X158 Y0
G01 Z-1.77 F150
Y-10.152
X147.848
G02 Y10.152 R20
G01 X158
G00 Z10
G40 X-50 Y-50
G28 G91 Z2 M05
M30
4.6 工序P6的程序
本程序中坐标原点同工序P3，原点在D面。

刀具为立铣刀。

00003
T01 M06
G90 G54 G00 X0 Y0 S600 M03
G43 H01 Z50
Z10
G01 Z-1.77 F150
G41 D01 Y-10.152
X38.731
G03 Y10.152 R20
G01 X0
G00 Z10
X158 Y0
G01 Z-1.77 F150 Y-10.152
X147.848
G02 Y10.152 R20 G01 X158
G00 Z10
G40 X-50 Y-50 G28 G91 Z2 M05 M30
在大学的最后一个学期，我过得既充实又繁忙.从选题的那天起，我就开始了我的毕业设计。

在毕业设计的这段时间里，我有很多的感触，它带给我的价值是巨大的，这将对我的以后工作产生重要的影响。

通过这次的设计，对办公软件、CAD2004等软件的基本运用有了更深刻的了解，基本掌握了轴类零件的加工工艺规程及确定加工路线的方法，通过对零件深刻的分析，使得加工出的零件与之技术要求十分紊合，达到了设计所规定的要求。

更重要的是对我们所学习的专业知识有了更清楚的认识，是我不知不觉的喜欢上了我们的专业。

在这里我也深刻的知道，我在实践方面是很不够的，这将在以后的工作中慢慢去领悟、学习。

本论文是在指导老师的悉心指导下完成的。

老师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。

不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。

本论文从选题到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。

在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！
本论文的顺利完成，离不开老师、同学和朋友的关心和帮助。

在此感谢老师的指导和帮助，在此表示深深的感谢。

没有他们的帮助和支持是没有办法完成我的论文的。

愿这种亦师亦友的感情长存。

参考文献
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附录一。