HIR衬套轴承LMFC25LUU RE12016UUCCOP5
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大耀机械科技（上海）有限公司
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LME-OP型(欧洲系列） THK型号
LME10UU-OP LME12UU-OP LME16UU-OP LME20UU-OP LME25UU-OP LME30UU-OP LME40UU-OP
LME50UU-OP LME60UU-OP
LM-L型(亚洲系列） THK型号
LM6LUU LM8LUU LM10LUU LM12LUU LM13LUU LM16LUU LM20LUU LM25LUU LM30LUU LM35LUU
LM40LUU LM50LUU LM60LUU
LME-L型(欧洲系列） THK型号
LME8LUU LME10LUU LME12LUU LME16LUU LME20LUU LME25LUU LME30LUU LME40LUU LME50LUU
LME60LUU
RB14016UUCCOP5 RB14025UUCCOP5 RB15013UUCCOP5 RB15025UUCCOP5 RB15030UUCCOP5
RB16025UUCCOP5
RB17020UUCCOP5 RB18025UUCCOP5 RB19025UUCCOP5 RB20025UUCCOP5 RB20030UUCCOP5
RB20035UUCCOP5
RB22025UUCCOP5 RB24025UUCCOP5 RB25025UUCCOP5 RB25030UUCCOP5 RB25040UUCCOP5
RB30025UUCCOP5 RB30035UUCCOP5 RB30040UUCCOP5 RB35020UUCCOP5
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU加工時極易孕育産生碰撞幹涉幹涉，自動生成無幹涉幹涉加工軌迹比力困難。因此，在加工葉輪的進
程中不但要包管葉片外貌的加工軌迹，還要餍足多少精確性的要求，而且由于葉片厚度的限定，要在
實際加工中過細軌迹籌劃以包管力日工的質量。
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU英國DELCAM公司的PowerMILL軟件，在航天工業五軸加工中已有多年應用<a
target="_blank" href="chinabaike/article/1/" class="UBBWordLink">曆史</a>
，其技能與辦事己很成熟，以其成果強大及易操作性的特點，普遍應用于航天、汽車、船舶、內
燃機、家用電器、輕工産品等行業。
五軸加工的好處
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU五軸加工的緊張好處是僅需一次裝夾定位即能完成龐大形體零件的全部加工，可以節省大量的加
工時間。PowerMILL定位五軸加工時，主軸牢固在一系列偏向舉行加工。別的，PowerMILL還提供了連
續五軸加工的成果，容許運用多種加工戰略和全系列的切削，在龐大曲面、實體和三角形模型上
孕育産生連續五軸路徑，而且全部路徑部顛末過切查抄和機床仿真，從而包管了人員及配置
的甯靜。
圖1 高爾夫球籽式進退刀工藝
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU五軸加工是高科技加工的緊張體現，在軟件技能、機床技能、技能快速生長的本日，隨著配
置代價的大幅降落，五軸技能漸漸進入企業。PowcrMILI新增的自動克制碰撞成果使自動五軸編程成
均現實，利用此成果，PowerMILL可以根據編程人員設定的碰撞間隙自動調解刀軸，在三軸加工不到
的部位自動避讓刀軸，在三軸不會孕育産生碰撞的部位又自動光複三軸加工狀態，如允許以包管用盡
大概短的舉行加工，不光提高了加工的剛性，而且增大了加工範疇。
PowerMILL在葉輪加工中的應用
現在國內外在葉輪制造方面都有很大的盼望，國內大多數葉輪的生産廠家在龐大葉輪制造技能方
面同外洋相比另有肯定的差距。本文就利用 PowerMILL7.0對葉輪舉行力II工軌迹籌劃作一闡明，其
根本加工工藝流程的制定以葉輪的多少布局特征和利用要求爲依據，具體內容包羅:
1准備毛坯
質料爲鍛鋁件，經車削加工制成回轉體的根本形狀，可以淘汰數控加工的時間。
2
從粗加工到終的精加工均接納差異規格的球頭刀或錐度球頭刀，本例中接納R6，R3球頭刀和R2
全錐3°的錐度球銑刀。
3加工工藝擺設
(1)裝夾:接納芯軸裝夾定位，也可以思量在毛坯上制出鍵槽舉行資助定位，並制作順應芯軸定位
裝夾的專用工裝;
(2)找正:打表找正或接納尋邊器。
圖2 五軸自動避讓編程
4 粗加工流道部門
(1)接納3+2定位五軸加工，只管即便淘汰聯動軸數，提高加工的穩固性。接納三維地區請除戰略
，粗加工留余量O.5mm，下切爲3mm，主軸轉速 8OOOr/min，進給速度爲1200mm/min。接納賽車道加工
，光順余量，下切要領爲螺旋，充實發揮高速加工的效率。
(2)在流道較窄的地方，接納3+2定位五軸加工，也可思量接納五鈾聯動要領加工，利益是可以給
後續的加工留下更勻稱的余量，缺點是聯動時切削不如定位五軸穩固。
5 粗加工葉片
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU選取要粗加工的葉片，PowerMILL會自動果斷刀軸偏向，自動避讓左右的葉片幹涉幹涉。
6 舉行合理的人工時效
可做去應力時效處理懲罰，如允許以變化工件外貌的化學因素，賦予或改進工件的利用性能，以
改進工件的內在質量。
7 二次粗加工
半精加工流道部門，接納五軸聯動加工，留余量O.2mm，給精加工留更勻稱的余量，包管後續加
工切削穩固，在此加工中，接納曲面投影戰略。
8 半精加工葉片
利用SWARF加工要領，刀軸爲自動果斷，留O.15mm余量，給精加工留更勻稱的余量，包管後續加
工切削穩固。
9 精加工流道
接納曲面投影要領，要過細曲面的經緯線散布及曲面的投影質量，這將直接影響路徑的質量
和加工的外貌質量。
圖3 五軸碰撞仿真
10 精加工葉片
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU葉片精加工可接納SWARF加工要領，也可接納曲面投影要領。在本例中，由于葉片的由而是用直
紋面構成的，用SWARF加工要領比力方便。
完成全部的步調後，可以先做一次機床仿真，查抄方式的步調是否有過切、碰撞的環境，把全部
大概會出現的意外環境杜絕在上機加工之前，以包管人員和配置的甯靜，然後作NC步調輸出。
難點分析和解決要領
1 制作薄壁件
由于口|片很薄，在半精加工和精加工時只管即便接納逐層切削的要領，乃至可以先加工葉尖位
置，包管加工時葉片另有充足的強度，然後再對葉片舉行加工。要是2個相鄰葉片之間有充足的空間
，在加工進程中可以思量留階梯狀余量，好比把葉片平分成3段，上段留O.5mm余量，中段留1mm余量
，下段留1.5mm余量，如允許以包管加工葉片七部時底部始終有充足的強度支持，雖然這樣將大大加
大編程的龐大程度和編程時間，但可以提高加工的質量。
2 根部加工甯靜問題
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUUPowerMILL議決曲線的刀軸控制要領來包管情根時路徑是順著葉片根部前行的。可以提供零
件的過切查抄、刀柄刀杆的碰撞查抄以及機床的加工仿真和碰撞查抄成果，包管加工進程的甯靜性。
1982年提出的局部共振理論則突破了細長鑽頭長度必須按半波長整數倍疊加計劃的範圍。該理論認爲
，細長鑽頭可獨立于用于驅動的換能器和變幅杆體系而産生共振，且具有振速放大作用，因此當鑽頭
長度因磨損而産生變革時，只需調解超聲波産生器的頻率即可使鑽頭連結良好的加工結果。可見，局
部共振原理具有很大的實用代價。局部共振征象已在許多振動切削加工進程中被觀察到，並被應用于
實際生産中。
2 局部共振征象的機理研究
現在已有不少研究者從差異角度(如廣義變幅器理論、全諧振見解、體系與東西杆的弱耦合振動等)對
局部共振征象的機理舉行了探究。新頒發的文獻基于動力汲取器裝置的消振原理分析結果部共振機
理，指出在變幅杆與東西杆的聯接處總會出現位移節點，東西杆的振動會引起具有自身紀律(即牢固
—自由要領)的共振。
本文擬議決創建數學模型，分析超聲振動鑽削聲學體系的動力學紀律，探究東西杆的局部共振征象。
超聲振動鑽削加工的聲學體系一樣平常由換能器、變幅杆、東西杆組成。換能器只是孕育産生高頻振
蕩的驅動體系，因而可將變幅杆和東西杆簡化爲等效質量—彈簧—阻尼模型，其結會商力學模型如圖
1所示。
(a)體系布局簡圖
(b)不計阻尼的力學模型
(c)思量阻尼的力學模型
圖1 振動鑽削聲學體系布局及力學模型
設變幅杆爲m1-k1-c1，東西杆爲m2-k2-c2，則變幅杆和東西杆組成一個二自由度體系。根據圖1c，該
二自由度體系的振動微分方程爲
(1)
(2)
或用矩陣表現爲
(3)
式中，用Im(u0eiwt)代替u0sinwt。爲輕便起見，在不至于引起比方義的環境下省略了虛部標記Im。
設穩態相應爲
[ x1 ] = [ X1 ] eiwt
x2 X2
(4)
代入微分方程可得
(5)
變幅杆和東西杆的相量分別爲
(6)
此中，頻率方程爲
f(w2)=[-m1w2+i(c1+c2)w+k1+k2](k2-m2w2+ic2w)-( ic2w+k2)2 (7)
相量的模爲
(8)
體系的位移穩態相應函數爲
xi(t)= Xi(w)eiwt (i=1，2) (9)
當不計阻尼c1、c2時(見圖1b)，式(6)可化爲
(10)
此時的頻率方程變爲
f(w2)=(k1+k2-m1w2)(k2-m2w2)-k22 (11)
當不計阻尼時，變幅杆和東西杆相量的模即爲其振幅。
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU設變幅杆的固有頻率爲，東西杆的固有頻率爲，則由相量方程(10)可知：若不計阻尼，則當w=w2時，
|X1|=0 而|X2|≠0。由此可知，當東西杆的固有頻率和經換能器轉換的激振頻率相稱時，在變幅杆輸
出端處的振幅爲零，即變幅杆和東西杆聯接處爲位移節點，而此時換能器和東西杆處于諧振狀態。計
劃振動鑽削體系時，一樣平常是根據換能器的頻率來計劃變幅杆，變幅杆頻率與激振頻率非常靠近(
即w≈w1)。因此，計劃出的變幅杆和換能器也靠近于諧振狀態。也便是說，當變幅杆和東西杆聯接處
爲位移節點時，有w=w2≈w1，因此整個振動鑽削聲學體系實際上處于一種諧振狀態。且從相量方程式
(10)可以看出，在不計阻尼的條件下，當且僅當w=w2時，變幅杆和東西杆的聯接處才爲位移節點。當
東西杆的固有頻率産生變革(即鑽頭産生磨損)時，只需恰當調解超聲波産生器的輸出頻率，總可以使
w=w2，縱然東西杆連結共振狀態。從這一角度看，在局部共振時，實際上整個聲學體系仍處于一種諧
振狀態。
但是，在實際體系中肯定存在阻尼，因爲體系能量是不停耗散的。倘若施加的激振力消散後，體系的
振動將會漸漸減小直至末了制止。由式(8)可知，無論激振頻率取何值，都不能使變幅杆輸出端的振
幅爲零。當w=w1=w2時，整個聲學體系處于一種諧振狀態，但在變幅杆與東西杆聯接處也有極小的振
動，其振幅爲A2=|c2wu0|/|f(w2)|，這一點與實行結果相符合。
3 東西杆磨損量與超聲波産生器頻率調解範疇的幹系
圖2 一端牢固、一端自由的杆的縱向振動
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU現在討論當東西杆在加工進程中産生肯定磨損時，超聲波産生器所需的頻率調解範疇。一端牢固、一
端自由的杆作縱向振動時杆微元的受力環境如圖2所示。
取杆的軸線爲x 軸，各橫截面的縱向位移爲u(x，t)。設杆長爲L，橫截面積爲A，杆的密度爲r，彈性
模量爲E。杆的任一x截面處的縱向應變爲e(x)，縱向張力爲p(x)，則有
e(x)= ?u
?x
p(x)=EAe(x)=EA ?u
?x
因此，在x+dx 截面處的張力爲
p+ ?p dx=EA ( ?u + ?2u dx )
?x ?x ?x2
根據牛頓第二定律，創建杆微元的活動微分方程爲
rAdx ?2u = ( p+ ?p dx-p ) = ?2u dx
?t2 ?x ?x2
整理得
?2u = 1 ?2u =wn=常量
?x2 c2 ?t2
(12)
式中，c2=E/r是細長杆內的聲速。
式(12)爲一維顛簸方程，可接納疏散變量法求解。設方程的解爲
u(x，t)=?(x)q(t) (13)
則可求得
?(x)=A1sin wnx +B1cos wnx
c c
(14)
q(t)=A2sinwnt+B2coswnt (15)
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU式中，常數A1、B1由邊界條件決定；常數A2、B2由初始條件決定。顯然，對付給定的wn， ?(x)確定
了杆振動的振型，即爲振型函數，而q(t)爲對應此wn的活動紀律。因此，方程式(12)的解亦可表現爲
u(x，t)= ( A1sin wnx +B1cos wnx ) (A2sinwnt+B2coswnt)
c c
(13')
根據邊界條件可以確定頻率方程。對付一端牢固、一端自由的東西杆，有
u(0，t)=0 (14')
e(L，t)= ?u (L，t)=0
?x
(14")
將式(14')、(14")代入式(13')，有
B1=0 (15')
wn A1cos wn L=0
c c
(15")
顯然，由式(15")，有
wn L= 2n+1 p
c 2
(16)
或
fn= 2n+1 c (n=0，1，2，…)
4 L
(16')
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU式(16)或(16')即爲一端牢固、一端自由的杆的頻率方程。當東西杆産生局部共振時，它將以上式表
述的頻率舉行振動。應當指出，邊界條件(式(14'))表明杆端是剛性夾緊的，但一樣平常來說，杆端
絕對牢固是相當困難的。
當東西杆的長度産生變革(即鑽頭産生磨損)時，假設磨損長度爲?L，磨損率爲d，d=(?L/L)×%，
則由式(16)可確定東西杆的頻率變革範疇爲
h= fn'-fn ×%= ?L ×%= d
fn L-?L 1-d
(17)
反之，亦可根據東西杆的頻率變革範疇h 來鑒定其磨損率d，即
d=h/(1+h) (18)
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU由于東西杆産生局部共振時其頻率等于激振頻率，東西杆的頻率變革範疇即爲超聲波産生器的頻率變
革範疇，因此可根據超聲波産生器的可調頻率範疇來確定杆的磨損率，而不需變更鑽頭。比方，
當東西杆長度爲303.55mm，直徑爲1mm，超聲波産生器的可調頻率範疇爲±20%時，東西杆的磨損率可
達 16.67%，磨損長度可達50.59mm。在此磨損範疇內，議決恰當調解超聲波産生器的頻率，均可使東
西杆的自由端處于共振狀態。
4 利用局部共振原理計劃振動鑽削加工體系
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU典範的振動鑽削加工體系由切削東西、東西與變幅杆的聯接夾頭、變幅杆、換能器和超聲波産生器等
組成。振動鑽削裝置的傳統計劃要領一樣平常是根據超聲波産生器的輸入量根據東西空載狀態創建相
應的數學模型，然後根據邊界條件確定東西杆夾頭與變幅杆的等阻抗謀略公式，根據此公式來確定相
應的尺寸。夾頭安置在變幅杆上，計劃時既可將其當作變幅杆端部的負載，也可將其當作變幅杆的一
部門舉行計劃。前文已指出，如鑽頭較短，則可將其視爲等效質量在計劃變幅杆時思量進去；如鑽頭
較長，則按半波長的整數倍疊加舉行計劃。顯然，在深孔鑽削時，鑽頭的磨損使其需頻仍變更，影響
生産效率和加工成本。
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU如應用局部共振理論來計劃振動鑽削裝置的聲學體系，可將換能器、變幅杆及夾頭作爲驅動部門舉行
計劃，而東西杆則按局部共振原理單獨舉行計劃，同樣可包督東西杆與驅動部門的立室，在刀尖處得
到較大振幅。當鑽頭産生肯定範疇的磨損時，不需變更鑽頭，只需恰當調解超聲波産生器的輸入頻率
即可。
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU作者根據局部共振原理計劃了在立式鑽床上利用的超聲振動鑽削裝置，該裝置牢固在進給箱上，用于
對工程陶瓷工件的小直徑深孔舉行鑽削加工。計劃時，將夾頭作爲變幅杆的一部門，並嚴格控制聲學
體系各部件之間的阻抗立室，包管切削東西杆裝到變幅杆上後能與換能器的振動頻率孕育産生共振。
換能器和變幅杆均按共振頻率 (20kHz)舉行計劃，其長度均爲半波長。切削試驗表明，按局部共振原
理計劃的超聲振動鑽削裝置加工結果良好。
5 結論
THK高温直线轴承HIR轴环轴承LME10UU-OP LM12LUU將變幅杆和東西杆簡化爲等效的數學模型，通太甚析其動力學紀律，發明當東西杆産生所謂局部共振
征象時，整個體系實際上處于一種諧振狀態。
分析發明，當不思量阻尼影響時，變幅杆和東西杆的聯接處爲位移節點；思量阻尼影響時，聯接處應
有肯定振動。
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