成都普瑞斯數(shù)控機床有限公司 肖 紅
2011年4月11日至16日, CIMT2011第12屆中國國際機床展覽會在北京隆重舉行。9個展覽館、12萬平方米的展覽面積均創(chuàng)造了CIMT的紀錄,即便如此仍然有眾多的展商無法參展。約有50%的國外展商參展,昭示著中國巨大的機床需求市場深深吸引著全世界機床制造商的重視。
這樣的盛會,對我們這些從事機床制造的從業(yè)者來說,無疑是一次難得的觀摩和學習的好機會,對我們今后的工作乃至中國機床的發(fā)展都具有相當積極的意義。
我們習慣將主軸垂直布置的加工中心稱之為立式加工中心,其中十字滑臺式的立式加工中心在中國現(xiàn)階段的制造業(yè)中,仍然是應用最廣、性價比最高的機型。雖然說中國已經(jīng)是世界最大的數(shù)控機床消費國,但還不是最先進的數(shù)控機床的消費國和制造國。這就是為什么經(jīng)濟實用的十字滑臺立加雖然在人們眼中已不是高端的數(shù)控產(chǎn)品,但卻依然還有著旺盛的市場需求的主要原因。即便是像米克朗、牧野、馬扎克和森精機這樣世界知名的企業(yè),面對中國這樣的市場需求也不得不很 “屈尊”地展出其HEM800、 PS65、 NEXUS515C-ⅡL和NVX5080/40這類的傳統(tǒng)十字滑臺立加。
但是隨著數(shù)控技術的發(fā)展、功能部件和機床結構的創(chuàng)新,立式加工中心的概念早已不再只是我們的熟悉的經(jīng)典的十字滑臺結構的加工中心。機床功能復合化、結構設計模塊化、轉速進給高速化、易排屑、易接近、環(huán)保節(jié)能等,已給立式加工中心賦予了更為豐富的內(nèi)涵,呈現(xiàn)出百花齊放的局面。
在本次展覽會上,我們可以看到中國大陸、臺灣地區(qū)、韓國和以哈斯為代表的眾多美國企業(yè)的立加仍然堅守著十字滑臺的結構,并使之成為各自的主導產(chǎn)品,而歐洲和日本的企業(yè)基本上已很少采用十字滑臺式立加的結構。從展品上看,總體上感覺美國人在機床結構的創(chuàng)新上興趣不是很大,倒是體現(xiàn)出對傳統(tǒng)結構的固執(zhí)和堅守,以及對實用的無比重視。即便如此,我們還是發(fā)現(xiàn)本屆展覽會很多的十字滑臺立加都不約而同的配置上了提籃式的A、C軸轉臺,將普通的三軸立加變成了五軸聯(lián)動加工中心,如哈挺的XR760ECO、赫克的VMX30U(見圖1)以及臺灣地區(qū)一些企業(yè)的機床。雖然還不知道這樣的配置在市場上有多大的需求,但不可否認的是,這種有點 “快速致富”味道的三軸變五軸的方式,還是大大地拓展了傳統(tǒng)立加的加工范圍。
圖1
另外,一種以牧野、安田、大隈等日本企業(yè)為代表的被稱之為門壁式的立式加工中心,其結構特征是工作臺橫向布置,縱向Y軸移動;滑鞍上置X軸移動,其導軌面垂直布置,主軸箱只做上下直線移動。這種結構工件只做單軸移動,工作臺全行程支撐,無翻轉傾覆現(xiàn)象承載能力強,穩(wěn)定性好;主軸懸伸短,熱變形小,機床整體剛性強,而且工作臺還可以模塊化地設計成A-C軸提籃式工作臺,特別適合精密的模具和精密零件的加工,在臺灣地區(qū)的工具廠中產(chǎn)生了一大批的追隨者。如展覽會上的牧野的F3立式加工中心和友嘉的B800 A-5X五軸立式加工中心(見圖2)。
圖2
說到立式加工中心,我們不能不提到動柱式立式加工中心。動柱式立式加工中心在歐洲、日本以及美國都有著廣泛的擁簇者,早在2007年的EMO展我們就曾經(jīng)見識過歐洲的不少廠商推出的此類產(chǎn)品。固定的細長工作臺帶來更大的承載能力,特別適合細長類汽車及航太零件的加工。如果需要,特殊設計分隔裝置,又可將細長的加工區(qū)分為兩個區(qū)域,實現(xiàn)交替式加工,提高生產(chǎn)的效率。同時,在矩形工作臺上內(nèi)嵌DDR回轉工作臺,搭配偏擺銑頭,又可很容易地將機床變成五軸聯(lián)動加工中心。這種結構的機床導軌絲杠防護效果好,同時具有不受工件大小輕重影響的極穩(wěn)定的動態(tài)響應特性。這種結構的立加在近2年的臺灣地區(qū)出現(xiàn)了不少。如本次展覽會展出的MAG的FTV2500、DMG的DMF系列產(chǎn)品(見圖3)。
圖3
還有一種結構形式就是以歐洲的哈默、米克朗等為代表的龍門橋式(也有稱之為天車式)的立式加工中心,這種機型最早出現(xiàn)在2007年的EMO展,現(xiàn)在越來越多的企業(yè)在采用這樣的結構。與門壁式結構立加相比,其移動的三軸全部布置在加工區(qū)域的上方,下方的工作臺部件高度模塊化設計可搭配固定矩形工作臺、B-C轉臺、A-C轉臺等。如參展的哈默C40U(見圖4)、米克朗的HPM800U,以及森精機的NMV3000DCG、威力的UG800等機型。
圖4
再有就是DMG的DMC 635 Veco系列C型滑枕式立式加工中心(見圖5),工作臺橫向布置X向移動,滑枕縱向布置前后移動,這種結構的主軸適合采用電主軸型式,而其X向的進給竟然還在采用現(xiàn)在絕大多數(shù)廠家都已很少采用的同步皮帶進給傳動。雖然DMG稱之為立式加工中心標桿,森精機稱其為確立世界高性價比新標準的機床,但是我更愿意將它看成是DMG為了適應低端市場而推出的經(jīng)濟型立式加工中心。
圖5
在近幾年的展覽會上,還有一個很特別的立式加工中心系列——鉆銑加工中心,沒有怎么引起人們過多的注意。實際上在IT、3C等產(chǎn)業(yè)的帶動下,該系列機型迅猛迅速,以日本brother、國內(nèi)普瑞斯(見圖6)、沈陽機床以及臺灣的企業(yè)為代表。該系列機床以X向行程300、500mm為主流,采用高速直結式主軸、聯(lián)動的快速刀具交換和高速的快速移動速度等為主要特征,側重于對汽車、3C、IT產(chǎn)業(yè)的小型有色金屬零件進行高效精密的加工。其刀對刀的換刀速度最快達到了0.8s,也可以說是立式加工中心濃縮后的精華了。
圖6
DMG依舊和以往的每次展覽會一樣,參展的各個產(chǎn)品真槍實彈,氣場十足,成為整屆展覽會的明星。雖說其展出的加工中心中不乏過往的老面孔,但是展出的兩款全球和中國首發(fā)的高水平五軸聯(lián)動立式萬能加工中心DMU 65 monoBLOCK和DMU 60 eVo也算是為展覽會添彩不少??陀^地說,每屆展覽會深諳概念之道的首當其沖的就當屬DMG了。主軸還是那些主軸,轉臺還是那些轉臺,可是不斷變化著的duoBLOCK、monoBLOCK、eco、eVo等概念,讓人目不暇接,在這方面與之不相上下的就算后面要談到的森精機了。當然,這些概念的誕生往往也是伴隨著不斷的技術創(chuàng)新,以及性能的提升。
以往DMG更多的是以其獨到豐富的銑頭如偏擺銑頭、立臥轉換萬能銑頭、叉形銑頭等搭配回轉工作臺作為其看門絕技的,隨后逐漸發(fā)展到立式主軸搭配B-C懸臂式工作臺型式,再發(fā)展到今天的DMU 65 monoBLOCK??梢钥吹皆摴疽彩窃诓粩嗟貙W習和吸收一些好的技術,并不墨守成規(guī)地堅守自己的東西,這是創(chuàng)新所必須具備的素質(zhì)。
全球首發(fā)的DMU 65 monoBLOCK(見圖7)拋棄了DMG慣用的B-C軸懸臂式組合工作臺設計,采用剛性更好、承載能力更強的A-C軸提籃式工作臺,一體式鑄造的底座立柱結構,搭配高達288Nm的大扭矩電主軸,實現(xiàn)高效精密的加工。同時采用優(yōu)異的排屑結構設計,讓切屑直接落在排屑器上排除。雖然同樣是五軸立加,但是由于其采用了和前述的米克朗、哈默等五軸立加的龍門橋式結構不同的設計,其外形更加緊湊、占地面積也更小。由于其X向滑鞍為了確保Y向的行程而做的很長,有點類似于我們十字滑臺的懸臂很長的主軸箱型式,所以其熱變形及切削的剛性相對于龍門橋式結構的可能就會差些,當然龍門橋式結構的占地面積也會大很多。因此有時候創(chuàng)新也是一柄雙刃劍,利弊總是如影相隨,一切全在產(chǎn)品的定位、對切削加工對象、切削加工性能等眾多因素中權衡取舍之間。
圖7
向中國首發(fā)的DMU 60 eVo(見圖8)依然也是一體式鑄造的底座立柱結構,依然是DMG熟悉的B-C軸懸臂式組合工作臺,但由于B-C軸心連線采用與X軸45°夾角布置而非常用的90°的方式,使得機床Y向的尺寸得以減小,結構更為緊湊,占地面積也更小。由于其上部三軸直線移動部分的結構類似于龍門橋式結構,其主軸的剛性相對來說是比較好的了,但是B-C軸的剛性又遜色一些了。我估計下次說不定DMG就會推出一款這兩款機型的結合體型。
圖8
在以往各屆的展覽會上,能與DMG在展臺規(guī)模、展品數(shù)量以及新產(chǎn)品創(chuàng)新上一較高低的大概就屬森精機了。據(jù)說DMG和森精機已經(jīng)彼此控股,具體的佐證就是在展覽會上,以往DMG的DMC635V eco立式加工中心換了一件衣服就變成了森精機的DuraVertical635eco立式加工中心,看來是彼此共享機型。在展覽會上森精機推出了其研發(fā)的EOD機床在線學習系統(tǒng),提前對用戶進行培訓,確保機床安裝到位即可投入運行。展出的NMV3000DCG高精度五軸立式加工中心(見圖9),依舊沿襲了森精機獨有的重心驅(qū)動、正八角形滑枕和DDM以及Top Box in Box等技術,搭配力矩電機B-C轉臺,可實現(xiàn)航空航天等領域葉輪的精密加工。
圖9
森精機展出的NVX5080/40高精度、高速立式加工中心(見圖10),經(jīng)典的十字滑臺結構,三向滑動導軌設計,但是其Z軸主軸箱的導軌方式卻和一般的立加的設計相反:導軌設計在主軸箱上,壓板設計在立柱上并全行程支撐。這樣的方式在牧野的V33i門壁式精密立式加工中心上見過。按理說,這樣的結構對導軌的防護是不利的。這是為了更好地保證加工的精度?為了增加主軸箱的導向長寬比,提高主軸箱的導向精度?為了減輕主軸箱的自重?也許這些因素都有吧。
馬扎克的FJV-35/60Ⅱ小龍門立式加工中心(見圖11),是其歷史上的暢銷機型,在2009年的CIMT上已露過其尊容,但是本次展覽會上的機型卻有閃亮之處,即:配備創(chuàng)新結構的角度頭(見圖12)和角度頭固持機構,實現(xiàn)工件四面連續(xù)加工。其特點是:角度頭上除了設計有標準的錐柄和拉釘以外,還在角度頭的周邊均勻設計有3顆小型錐柄和拉釘,配合主軸上設計的獨特三點輔助夾持機構,大大提高了角度頭的固持剛性,可以實現(xiàn)高達14kW的角度頭的強力銑削,在這樣規(guī)格的小龍門立加和直角銑頭上可是不曾有過的銑削能力,大大地提高了小龍門的加工能力??芍^老酒換新瓶,依舊醇香。
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牧野在行業(yè)里一直是以含蓄和精密的形象出現(xiàn)的。雖然其產(chǎn)品的炫目程度不及DMG和森精機等,但是其產(chǎn)品一直給人精密可靠的感覺,尤其是在精密的模具、零件加工以及航空領域。牧野展出的D500五軸立式加工中心(見圖13)在2009CIMT和2011的臺北國際機床展上都曾展示過。其設計的總體理念是:克服各軸本身精度誤差的累積,實現(xiàn)重負荷下的順暢加速。機床采用龍門框架式結構,與其他五軸機床的A-C轉臺的A軸與移動軸垂直布置的結構設計不同,其亮點是A-C提籃式轉臺的A軸軸心與移動軸(X軸)平行設計(見圖14),這就有效克服了X軸高速移動時轉臺和工件的慣量沿A軸軸心線擺動產(chǎn)生的轉角誤差。另外,注意到機床還有應用到牧野的一項非常有特點的專利技術:貫穿主軸冷卻液吸回功能。其原理是機床在冷卻泵停止工作的同時,瞬間回吸出主軸和管路里的殘余冷卻液,即便是馬上進行換刀,冷卻液也不會從錐孔流出,始終保持主軸錐孔的清潔度。這是一個我們機床制造廠和用戶感到頭疼卻又沒有解決好的問題。技術創(chuàng)新有的是能讓你很直觀的一眼就能看見的,可我更欽佩的是那些你看不見但卻能給你帶來實在益處的技術創(chuàng)新,這樣的企業(yè)也是值得尊敬的。
圖13
圖14
據(jù)說是首次在中國參展的美國品牌MILLTRONICS(米超力),其展示的系列立式加工中心,在X向的絲桿導軌方面有些獨特的地方。讓人印象深刻的是,其展出的TT24龍門式立式加工中心(見圖15),三位兩工作臺直線交換方式,采用獨特的一體式X向?qū)к壏雷o罩設計,防護罩固定不動,兩個相互交換的工作臺在防護罩上滑動,實現(xiàn)了導軌和絲杠最佳的防護!當然其不利的一面就是裝卸工件的位置在機床的兩端,讓操作者增加了更多的往返移動距離以及由此帶來的坯件和零件的分散布置。
圖15
米克朗參展的HPM 800U精密五軸聯(lián)動加工中心(見圖16),采用和哈默C系列一樣的龍門橋式結構設計,A-C軸大扭矩力矩電機驅(qū)動提籃式轉臺,同時還采取了獨特的后置內(nèi)藏式的C軸托盤交換系統(tǒng)設計,可實現(xiàn)無間斷的高效加工。同時機床還搭配了APS智能加工模塊,其作用是可靠監(jiān)測、顯示銑削振動并及時優(yōu)化調(diào)整機床切削的參數(shù),確保精密加工。在臺灣的麗馳臥加等機型上也有類似功能的智能主軸系統(tǒng)。
圖16
在巨浪的設計理念里,高效一定是其重要的準則之一。其參展的FZ 12KW高精密立式加工中心,采用人造大理石床身、動柱式結構設計,XYZ三向直線運動全部上置。為了實現(xiàn)高效加工,機床采用雙主軸(15000r/m)、交換工作臺、每個工作臺為A-C軸轉臺、每個A-C轉臺集成雙位C軸轉臺、高達0.6s的鏈式刀具交換機構等,可以說是我們所見過的追求高效加工配置的極品。
在E5展館一個不起眼的展位,德國Licon mt公司展出的LiFlex l 1277 2U五軸回轉加工中心非常有特色,雙臥式主軸和雙刀具交換系統(tǒng),轉臺中的轉臺再加雙位回轉結構,可用于轉向節(jié)等復雜零件空間尺寸的高效加工。展位明文要求不許照相,這在中國參展的歐洲企業(yè)中倒是不多見的,從中可以看出其結構技術的獨特性,以及擔心被模仿的警惕性。
此外,現(xiàn)在的立式加工中心已經(jīng)非常注重節(jié)能和環(huán)保,比如機臺式油水分離結構設計,減少油液混合,延長冷卻液使用壽命等;減少待機時的耗氣量、耗油量,自動照明燈熄滅功能和程序結束自動停止排屑器等功能,再加之一些主軸智能化加工的功能,讓我們感覺以前天天見面的冷冰冰的機床仿佛也有了思考的能力一般。
每次展覽會尤其是CIMT閉幕后都會有很多的感觸。對比西方那些先進的機床結構設計、精美時尚的工業(yè)造型設計、精致的制造工藝,我覺得我們大陸的機床業(yè)同仁們還需要付出更多的努力。這樣的展覽會,對我們正在學習和進步過程中的中國機床行業(yè)來說,真的是非常重要的。
不可否認的是,歐洲和日本的機床企業(yè)依然扮演著技術創(chuàng)新引領者的角色,其產(chǎn)品的技術水平依然是處于絕對的領先地位。我覺得歐洲和日本的這些機床企業(yè)之所以能夠取得這樣的成就,很重要的一點就是因為他們始終堅持著創(chuàng)新的理念,并將創(chuàng)新和用戶的需求緊緊地聯(lián)系起來。我們應該感謝這些企業(yè)投入巨大的人力物力進行技術創(chuàng)新,引領著世界機床行業(yè)和加工制造業(yè)的技術進步。
從單純的技術層面來看,我體會最深的是,這些年來歐洲和日本的控制系統(tǒng)、電主軸、多軸復合銑頭、高速高扭矩力矩電機組合轉臺、直線電機驅(qū)動等關鍵功能部件技術的發(fā)展和成熟應用,極大地拓展了機床設計的思路,讓人覺得他們的研發(fā)人員好像可以隨心所欲、天馬行空般地釋放他們的設計靈感。而這些關鍵的功能部件技術的滯后恰恰就是制約中國機床進一步提高的瓶頸。在這方面,我們可以看到隔海相望的臺灣地區(qū)的機床同行們,無論是工具機廠還是功能配套件廠,做的就比我們好很多。
臺灣機床企業(yè)是比較早就接觸西方先進的技術、管理理念,以及開展密切的技術合作的。很多的機床廠、配套廠都曾為西方的先進國家OEM代工,雖然其技術當時不一定是最先進的,但這卻大大改變了他們的理念、管理方法,縮短了與先進技術的差距,同時通過自身的努力也逐漸得到了西方國家的認可和進一步的更高水平的合作。
臺灣機床企業(yè)有個很明顯的特點:因為各種原因他們很多企業(yè)之間彼此都有些血脈淵源瓜葛,雖然彼此能和諧的共存,但是他們之間還是存在著激烈的競爭。在激烈的競爭環(huán)境中,他們所面臨的生存危機感和緊迫感,帶給他們旺盛的跟隨創(chuàng)新能力,你有的我也要有,而且往往是青出于藍而勝于藍,比如麗馳、威力、羅翌、盛鈺等這些新生力量,這從另一個方面也促使了臺灣機床的不斷進步和發(fā)展。
同時,臺灣機床企業(yè)對新技術極度的敏銳并善于吸收學習。以前臺灣企業(yè)是一直比較跟隨日本技術的,比如其臥加。但是隨著其自身技術水平的提高和全球合作交往的密切,他們也在逐漸的學習借鑒和追隨歐洲的技術。根據(jù)我的觀察,歐洲最先進的一些機型和技術,3~5年左右就會在臺灣的企業(yè)出現(xiàn),如2007年EMO展上的偏擺銑頭加鑲嵌DD回轉工作臺式動軸立式加工中心和哈默的C系列等結構的五軸聯(lián)動加工中心,這些都已經(jīng)在臺灣的企業(yè)產(chǎn)品中能夠看見。
這幾年臺灣的關鍵配套件也取得了長足的進步,如B-C軸轉臺、A-C軸轉臺、B軸擺動銑頭、力矩電機轉臺等,加之其深厚的刀庫、主軸、絲杠等關鍵功能部件的配備能力,為臺灣的主機廠開發(fā)新結構的產(chǎn)品提供了有力的支持。
以上這些因素都使得臺灣的機床行業(yè)現(xiàn)在處在一個水平較高的地位。從本次展覽會上展出的麗馳的LU620(圖17)、威力的UG800(見圖18)五軸加工中心,其先進的結構設計、良好的工業(yè)造型設計、精致的制造工藝使我們已經(jīng)能夠依稀看見DMG、森精機等品牌的影子。而以往臺灣企業(yè)少有涉及的大型落地鏜銑床,我們從展覽會上也看見不少,同時其大型落地鏜銑床用主軸系統(tǒng)、刀庫系統(tǒng)、轉臺系統(tǒng)等都發(fā)展很快,相信將會給國內(nèi)的現(xiàn)有企業(yè)帶來不小的沖擊。
圖17
圖18
說了臺灣機床這么多,是因為我覺得中國機床行業(yè)(不光是立式加工中心)現(xiàn)階段要面臨的主要競爭對手還不全是西方的機床行業(yè),而應該是我們身邊的臺灣地區(qū)的機床同行。其實從第一階段ECFA早收清單里,大陸方面沒有立即放行立式加工中心等綜合加工機,以及刀庫、主軸、轉臺等功能部件,就可以看出其潛在的對我們機床行業(yè)的巨大沖擊。
雖然中國的機床制造已經(jīng)取得了長足的進步,但是我們要清醒地看到這些長足的進步是相對于我們之前很低的水平而言的,并不代表我們的水平就已經(jīng)高到什么程度了。可能我們在一些技術精度指標方面已經(jīng)和先進國家的水平差距很小了,我們在一些大型的關鍵的裝備制造上也突破了難關,實現(xiàn)了自給自足。但是整體的中國機床的創(chuàng)新還是不夠的,我們更多的還是處于跟隨和模仿的階段,鮮有首創(chuàng)和填補國際空白的創(chuàng)新,其實這樣的問題也存在于臺灣地區(qū)的機床行業(yè)。而且即便是有了形似的產(chǎn)品,在神似方面依然還存在很大的差距,比如機床在高速狀態(tài)下的穩(wěn)定性、可靠性、精度保持性等等方面。這是任何一個國家發(fā)展都必須經(jīng)歷的過程,關鍵是我們要有追趕上去的緊迫感。
客觀地說,展覽會上我們國產(chǎn)的立式加工中心少有很突出的創(chuàng)新亮點,特別是我們的一些重大專項項目不管產(chǎn)品的性能、外觀的設計制造都還有很多不足之處。如果我們還一直抱著自大的心態(tài)(我們的企業(yè)規(guī)模大、我們的產(chǎn)品體積大、我們的市場巨大)、沉溺于 “井底之蛙式”的沾沾自喜中、奔波于項目圈錢的活動中,那我們早晚會被我們的臺灣同行拋得遠遠的,更不用說追趕西方先進的技術。國家的庇護不是永久之策,尤其是ECFA的簽署并分階段實施就是最好的例證。
中國機床的進步當然要有我們機床同仁們共同努力的問題,但是也需要我們國內(nèi)一些高端的用戶們能站在全局的觀點,為我們中國的機床產(chǎn)品提供更多的平臺進行驗證和改進進步,即便付出一些代價也要這樣去做。否則中國高端的市場永遠會被西方的產(chǎn)品占領,機床制造廠也會逐漸喪失追求更高技術創(chuàng)新的積極性。
特別想要強調(diào)的一點是:中國的機床功能配套件進步太小,尤其是數(shù)控系統(tǒng)、電主軸、力矩電機驅(qū)動復合轉臺、絲杠、線軌、轉臺、刀庫、軸承等等,和臺灣的功能配套件的差距真的是全面的,這也不難理解為什么一些核心關鍵的功能部件幾乎被臺灣占領了大部分市場的原因,高端數(shù)控系統(tǒng)幾乎被西方國家壟斷。我們千萬不要有 “中國的市場巨大,大到什么樣水平的產(chǎn)品照樣都可以有市場”的想法,而放棄對更高水平的創(chuàng)新。不妨把我們隔海相望的臺灣同行當作目標,學學他們那種緊迫的壓力感,對新技術、對市場的極為敏銳性,對待工作的嚴謹性。
從2011年臺北國際機床展覽會上可以看出,ECFA的實施后很多的歐美日企業(yè)以及新興的經(jīng)濟體國家已經(jīng)紛紛加強和臺灣地區(qū)機床企業(yè)的合作,謀求通過ECFA的優(yōu)惠政策獲取更大的利益,今后國內(nèi)立式加工中心企業(yè)將會面臨更加激烈的 競爭。
展覽會我們能夠看到的展品更多的是外部的結構和一些文字性的表述,產(chǎn)品具體的性能應該是更多地需要我們的用戶在實際的使用中加以體會和評價。以上評述和看法更多的是根據(jù)個人的體驗和理解之詞,不一定準確和客觀。相信憑借我們中國人的聰明才智,中國邁入世界先進機床制造行列的日子是不會太遠的?!?/p>