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摘 要：本文主要是对活塞环斜端面全自动磨床磨头的设计，首先进行了整体方案设计，然后从主轴电机，楔形带，主轴，步进电机，滚珠丝杆，轴承，联轴器，等方面对磨床磨头进行设计、计算、选型。
关键词：活塞环；磨床；磨头
活塞环是用于崁入活塞槽沟内部的金属环，活塞环分为两种：压缩环和机油环。压缩环可用来密封燃烧室内的可燃混合气体；机油环则用来刮除汽缸上多余的机油。活塞环是一种具有较大向外扩张变形的金属弹性环，它被装配到剖面与其相应的环形槽内。往复和旋转运动的活塞环，依靠气体或液体的压力差，在环外圆面和气缸以及环和环槽的一个侧面之间形成密封。本文主要对活塞环斜端面的磨床磨头进行设计。
1.设计要求
本课题是对活塞环斜端面磨床磨头进行设计，
（1）要求实现磨削进给运动，磨头旋转运动，磨削切削运动；
（2）要求运动精确、稳定，操作方便、快捷。
（3）快速进给速度0.2m/s；最大行程450mm；加减速时间0.15s。
2.磨床磨头设计
首先根据设计要求对磨头的总体方案进行设计，设计结果如图1所示。
动作简述：
三相异步电机通过楔形带传动带动主轴作旋转运动，砂轮固定在主轴末端，与轴为过盈配合，因此实现砂轮的旋转运动，整个装置固定在工作台上；直流电机通过联轴器带动丝杠运动，丝杠通过丝杠螺母将旋转运动转化为直线运动传递连接件，连接件带动整个工作台做直线运动，从而实现砂轮的进给运动。
接下来将从主轴电机，楔形带，主轴，步进电机，滚珠丝杆，轴承，联轴器，等方面对磨床磨头进行设计、计算、选型。
2.1主轴电机的选择
主轴电机主要是为磨头的旋转磨削运动提供动力，目前，我国高速磨头电机的最高转速可以达到50000r/min～60000 r/min，这种电机驱动的磨头的精度可以达到5um以内，本设计磨削精度不需要那么高，一般磨床磨头的转速足以。Y系列电动机效率高，节能，堵转转矩高、噪声低、振动小、运行安全可靠。本设计选择的电机型号为Y100L-2，额定功率P=3KW，转速2880r/min，电机相关参数如表一所示。
表一 Y100L-2电机相关参数
2.2 楔形带选择
电机的转速为2880r/min，为了能把转速更多的传递给主轴，采用传动比为1.03，根据楔形带选型相关公式进行计算，最后得出所选小带轮直径为150mm，大带轮直径为160mm，带速为22.6m/s，带的有效长度为1600mm，带轮中心距为566mm，每根楔形带所传递的功率为0.98KW，所需要的楔数为5。
楔形带传动使用一段时间之后，就会因带磨损变形出现一定程度的松弛，为了保证带传动正常进行，需要定期检查带的松弛程度，按情况选择合适的张紧装置。常见的张紧装置有定期张紧装置，自动张紧装置，张紧轮的张紧装置，本设计因为中心距不能调节，所以选用张紧轮的张紧装置。为了安全起见，楔形带传动装置应该用安全罩保护起来。
2.3 主轴的计算
根据以上电机的选型情况，对主轴相关参数进行计算。
式中 ：τT—扭转切应力，Mpa；
P—轴传递的功率，因为电机功率为3Kw，效率为82%，所以轴传递功率为2.46Kw；
n—轴的转速，r/min。
这是理论计算出来的轴的最小直径，实际使用中考虑到各种因素的影响，轴的直径一定比理论值大，本文中选取轴的直径为50mm。
2.4 步进电机的选择
步进电机是为滚珠丝杆提供动力，所以步进电机的选择至关重要，根据经验，选择EDSMT-2T110-040A型号，额定功率P=1.2Kw，额定转速n=30000r/min。
2.5滚珠丝杆的計算与选择
根据总体设计方案，设计要求和以上的计算结果计算滚珠丝杆的先关参数。
滚珠丝杆的导程：
式中：Ph—导程，mm；
Vmax—快速进给速度，m/min；
nmax—步进电机转速，r/min；
i—传动比。
根据机械设计手册滚珠丝杆相关公式进行计算，得到、最小螺纹底径d2m=4.7mm，预期额定动载荷Cam=1534N，根据Ph、d2m、Cam选择滚珠丝杆的型号为FF2004-3，D=20MM，Ph=4mm。
最后所选
2.6 轴承的选择
角接触球轴承可同时承受径向负荷和轴向负荷。能在较高的转速下工作。接触角越大，轴向承载能力越高。高精度和高速轴承通常取15度接触角。所以本论文选用角接触球轴承，主轴和滚珠丝杆各用两对轴承来支撑，根据直径的不同，选择型号，主轴安装轴承轴颈为60，选择型号为7012C，内径为60，外径为95.滚珠丝杆轴端轴颈为17，选择型号为7203C，内径为17，外径为40。
2.7 联轴器的选择
联轴器所连接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对对中，而是存在着某种程度的相对位移，这就要求设计联轴器是，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。
根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力，联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。
本设计选用的是挠性联轴器中的滑块联轴器。这种联轴器与十字滑块联轴器相似，只是两边半联轴器上的沟槽很宽，并把原来的中间盘改为两面不带凸牙的方形滑块，且通常用夹布胶木制成。由于中间滑块的质量减小，又具有弹性，故具有较高的极限转速。中间滑块也可用尼龙制成，并在配制时加入少量的石墨或二硫化钼，以便在使用时可以自行润滑。这种联轴器结构简单，尺寸紧凑，适用于功率小、高转速而无剧烈冲击出。
3 小结
本文通过仔细研究，对活塞环斜端面全自动磨床磨头的总体方案进行了设计，然后又从主轴电机，楔形带，主轴，步进电机，滚珠丝杆，轴承，联轴器，等方面对磨床磨头进行设计、计算、选型。最终完成了整个磨床磨头的设计。
参考文献
[1] 令狐克均.高速轧辊磨床磨头的结构有限元分析及热特性研究[D].贵州大学，2015.
[2] 王言法.砂带磨床恒力磨削控制系统研究[D].重庆大学，2012.
[3] 程光杰.基于UG的砂带磨床模块化、参数化设计及基本模块库的创建[D].重庆大学，2012.
[4] 胡俊.平面二次包络蜗杆数控磨床磨头主轴箱的装配工艺设计[D].西华大学，2012.
[5] 龚肖新，卢强，席晨飞，许萍. 基于ANSYS Workbench的球面磨床磨头结构设计方案分析[J]. 组合机床与自动化加工技术，2012，02：98-101.
[6] 龚肖新，席晨飞，卢强，马金雷.球面磨床磨头动力部件的模态分析与优化[J]. 机床与液压，2012，17：141-143+147.
[7] 吴怀超，令狐克均，孙官朝，李哲，张顺风.基于遗传算法的高速轧辊磨床磨头液体动静压轴承的优化设计[J]. 中国机械工程，2015，18：2496-2500.
关键词：活塞环；磨床；磨头
活塞环是用于崁入活塞槽沟内部的金属环，活塞环分为两种：压缩环和机油环。压缩环可用来密封燃烧室内的可燃混合气体；机油环则用来刮除汽缸上多余的机油。活塞环是一种具有较大向外扩张变形的金属弹性环，它被装配到剖面与其相应的环形槽内。往复和旋转运动的活塞环，依靠气体或液体的压力差，在环外圆面和气缸以及环和环槽的一个侧面之间形成密封。本文主要对活塞环斜端面的磨床磨头进行设计。
1.设计要求
本课题是对活塞环斜端面磨床磨头进行设计，
（1）要求实现磨削进给运动，磨头旋转运动，磨削切削运动；
（2）要求运动精确、稳定，操作方便、快捷。
（3）快速进给速度0.2m/s；最大行程450mm；加减速时间0.15s。
2.磨床磨头设计
首先根据设计要求对磨头的总体方案进行设计，设计结果如图1所示。
动作简述：
三相异步电机通过楔形带传动带动主轴作旋转运动，砂轮固定在主轴末端，与轴为过盈配合，因此实现砂轮的旋转运动，整个装置固定在工作台上；直流电机通过联轴器带动丝杠运动，丝杠通过丝杠螺母将旋转运动转化为直线运动传递连接件，连接件带动整个工作台做直线运动，从而实现砂轮的进给运动。
接下来将从主轴电机，楔形带，主轴，步进电机，滚珠丝杆，轴承，联轴器，等方面对磨床磨头进行设计、计算、选型。
2.1主轴电机的选择
主轴电机主要是为磨头的旋转磨削运动提供动力，目前，我国高速磨头电机的最高转速可以达到50000r/min～60000 r/min，这种电机驱动的磨头的精度可以达到5um以内，本设计磨削精度不需要那么高，一般磨床磨头的转速足以。Y系列电动机效率高，节能，堵转转矩高、噪声低、振动小、运行安全可靠。本设计选择的电机型号为Y100L-2，额定功率P=3KW，转速2880r/min，电机相关参数如表一所示。
表一 Y100L-2电机相关参数
2.2 楔形带选择
电机的转速为2880r/min，为了能把转速更多的传递给主轴，采用传动比为1.03，根据楔形带选型相关公式进行计算，最后得出所选小带轮直径为150mm，大带轮直径为160mm，带速为22.6m/s，带的有效长度为1600mm，带轮中心距为566mm，每根楔形带所传递的功率为0.98KW，所需要的楔数为5。
楔形带传动使用一段时间之后，就会因带磨损变形出现一定程度的松弛，为了保证带传动正常进行，需要定期检查带的松弛程度，按情况选择合适的张紧装置。常见的张紧装置有定期张紧装置，自动张紧装置，张紧轮的张紧装置，本设计因为中心距不能调节，所以选用张紧轮的张紧装置。为了安全起见，楔形带传动装置应该用安全罩保护起来。
2.3 主轴的计算
根据以上电机的选型情况，对主轴相关参数进行计算。
式中 ：τT—扭转切应力，Mpa；
P—轴传递的功率，因为电机功率为3Kw，效率为82%，所以轴传递功率为2.46Kw；
n—轴的转速，r/min。
这是理论计算出来的轴的最小直径，实际使用中考虑到各种因素的影响，轴的直径一定比理论值大，本文中选取轴的直径为50mm。
2.4 步进电机的选择
步进电机是为滚珠丝杆提供动力，所以步进电机的选择至关重要，根据经验，选择EDSMT-2T110-040A型号，额定功率P=1.2Kw，额定转速n=30000r/min。
2.5滚珠丝杆的計算与选择
根据总体设计方案，设计要求和以上的计算结果计算滚珠丝杆的先关参数。
滚珠丝杆的导程：
式中：Ph—导程，mm；
Vmax—快速进给速度，m/min；
nmax—步进电机转速，r/min；
i—传动比。
根据机械设计手册滚珠丝杆相关公式进行计算，得到、最小螺纹底径d2m=4.7mm，预期额定动载荷Cam=1534N，根据Ph、d2m、Cam选择滚珠丝杆的型号为FF2004-3，D=20MM，Ph=4mm。
最后所选
2.6 轴承的选择
角接触球轴承可同时承受径向负荷和轴向负荷。能在较高的转速下工作。接触角越大，轴向承载能力越高。高精度和高速轴承通常取15度接触角。所以本论文选用角接触球轴承，主轴和滚珠丝杆各用两对轴承来支撑，根据直径的不同，选择型号，主轴安装轴承轴颈为60，选择型号为7012C，内径为60，外径为95.滚珠丝杆轴端轴颈为17，选择型号为7203C，内径为17，外径为40。
2.7 联轴器的选择
联轴器所连接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对对中，而是存在着某种程度的相对位移，这就要求设计联轴器是，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。
根据联轴器对各种相对位移有无补偿能力，联轴器可分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。挠性联轴器又可按是否具有弹性元件分为无弹性元件的挠性联轴器和有弹性元件的挠性联轴器两个类别。
本设计选用的是挠性联轴器中的滑块联轴器。这种联轴器与十字滑块联轴器相似，只是两边半联轴器上的沟槽很宽，并把原来的中间盘改为两面不带凸牙的方形滑块，且通常用夹布胶木制成。由于中间滑块的质量减小，又具有弹性，故具有较高的极限转速。中间滑块也可用尼龙制成，并在配制时加入少量的石墨或二硫化钼，以便在使用时可以自行润滑。这种联轴器结构简单，尺寸紧凑，适用于功率小、高转速而无剧烈冲击出。
3 小结
本文通过仔细研究，对活塞环斜端面全自动磨床磨头的总体方案进行了设计，然后又从主轴电机，楔形带，主轴，步进电机，滚珠丝杆，轴承，联轴器，等方面对磨床磨头进行设计、计算、选型。最终完成了整个磨床磨头的设计。
参考文献
[1] 令狐克均.高速轧辊磨床磨头的结构有限元分析及热特性研究[D].贵州大学，2015.
[2] 王言法.砂带磨床恒力磨削控制系统研究[D].重庆大学，2012.
[3] 程光杰.基于UG的砂带磨床模块化、参数化设计及基本模块库的创建[D].重庆大学，2012.
[4] 胡俊.平面二次包络蜗杆数控磨床磨头主轴箱的装配工艺设计[D].西华大学，2012.
[5] 龚肖新，卢强，席晨飞，许萍. 基于ANSYS Workbench的球面磨床磨头结构设计方案分析[J]. 组合机床与自动化加工技术，2012，02：98-101.
[6] 龚肖新，席晨飞，卢强，马金雷.球面磨床磨头动力部件的模态分析与优化[J]. 机床与液压，2012，17：141-143+147.
[7] 吴怀超，令狐克均，孙官朝，李哲，张顺风.基于遗传算法的高速轧辊磨床磨头液体动静压轴承的优化设计[J]. 中国机械工程，2015，18：2496-2500.