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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schleifmaschine und insbesondere eine Schleifmaschine zum Bearbeiten von Schneidwerkzeugen.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Eine Schleifmaschine kann zum Schleifen einer Fläche eines Werkstücks mittels eines Schleifwerkzeugs verwendet werden, und die meisten Schleifmaschinen schleifen ein Werkstück mittels einer mit hoher Geschwindigkeit drehenden Schleifscheibe. Im Stand der Technik wird jedoch während des Schleifvorgangs eine erhebliche Wärmemenge erzeugt, so dass die Schleifscheibe, das zu schleifende Werkstück, die Maschinenbett der Schleifmaschine und der Getriebeteil der Schleifmaschine eine thermische Verformung erfahren können, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit beeinträchtigt ist.
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Überblick über die Erfindung
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schleifmaschine mit 5 Achsen zu schaffen. Erfindungsgemäß wird die Struktur des Maschinenbetts verändert und ein symmetrisches Design verwendet, um die Stabilität der Struktur zu verbessern und einen Fehlerausgleich auf einfache Weise zu implementieren. Auf diese Weise können Bearbeitungsfehler verringert, die Bearbeitungsgenauigkeit, die Bearbeitungstechnik und die Bearbeitungseffizienz verbessert sowie die Lebensdauer der Schleifmaschine verlängert werden.
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Die Aufgabe wird durch die Erfindung mittels der folgenden technischen Lösungen gelöst:
- – eine vollsymmetrische Schleifmaschine mit 5 Achsen, die eine Maschinenbasis und eine auf einer Seite der Schleifmaschinenbasis angeordnete Säule aufweist, wobei auf der Innenseite der Säule Gleitschienen vertikal angeordnet sind, welche mit einem entlang den Gleitschienen bewegbaren Schleifscheibenkopfhalter versehen sind, welcher vertikal vorgesehene Torquemotoren aufweist, wobei ein unterer Bereich der Torquemotoren mit einer horizontal angeordneten Spindel über ein Lager eines Drehtischs verbunden ist, wobei um eine Achse der Spindel drehende Schleifscheiben symmetrisch zu beiden Seiten der Spindel vorgesehen sind, wobei der Schleifscheibenkopfhalter ferner eine große drehbare Riemenscheibe aufweist, welche im oberen Bereich des Schleifscheibenkopfhalters angeordnet ist, wobei die große Riemenscheibe mittels eines breiten Zahnriemens mit einer Spindelriemenscheibe verbunden ist, welche um die Mitte der Spindel herum derart angeordnet ist, dass sie die Spindel drehend antreibt, wobei zwei Spindelmotoren an zwei Enden einer Mittelwelle der großen Riemenscheibe symmetrisch angeordnet sind, wobei die beiden symmetrischen Spindelmotoren zum synchronen drehenden Antreiben der Mittelwelle der großen Riemenscheibe dienen.
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Vorzugsweise ist die große Riemenscheibe mit einer oberen kleinen Riemenscheibe durch eine schmalen Zahnriemen verbunden, um die kleine Riemenscheibe drehend anzutreiben, und die kleine Riemenscheibe ist mit einer Drehwelle eines Gebers verbunden.
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Ferner besteht die Schleifmaschinenbasis aus Gussstein oder Naturmarmor, der hohe Festigkeit und große Härte aufweist sowie verformungsfrei ist, so dass daher keinerlei spezielle Erfordernis hinsichtlich der Form oder der Struktur der aus Gussstein oder Naturmarmor bestehenden Schleifmaschinenbasis existiert.
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Alternativ besteht die Schleifmaschinenbasis aus Metall, wobei eine Oberseite der Schleifmaschinenbasis kreisförmig ausgebildet ist, die Säule mit einem Winkelmaß von 180° entlang des Seitenrandes der Basis gebogen ist, ein Nutkörper an der kreisförmigen Basis von einer gebogenen vertikalen Platte am anderen Seitenrand umschlossen ist, und die Höhe der vertikalen Platte geringer als diejenige der Säule ist.
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Darüber hinaus sind vorzugsweise kreuzförmige Gleitplattformen symmetrisch auf einem Arbeitstisch der Schleifmaschinenbasis angeordnet, wobei eine Klammer auf den Gleitplattformen vorgesehen ist, weshalb ein zu schleifendes Werkzeug beliebig bewegbar ist, wodurch der Freiheitsgrad der Bewegung des zu schleifenden Werkstücks erhöht und der Anwendungsbereich der Schleifmaschine vergrößert ist.
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Darüber hinaus ist die Innenseite der zum Umschließen des Nutkörpers dienenden vertikalen Platte eine Schrägfläche, wobei die vertikale Platte auf der Außenseite des äußeren Randes der Basis angeordnet ist, und der Nutkörper durch die Schrägfläche, umschließenden Platten, die an beiden Enden der gebogenen vertikalen Platte angeordnet sind, und die kreisförmige Oberseite der Basis gebildet ist.
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Die vorliegende Erfindung schafft ferner einen Schleifscheibenkopfhalter, welcher aufweist:
vertikal angeordnete Torquemotoren, wobei ein unterer Bereich der Torquemotoren mit einer horizontal angeordneten Spindel über ein Lager eines Drehtischs verbunden ist, wobei um die Achse der Spindel drehende Schleifscheiben symmetrisch zu beiden Seiten der Spindel angeordnet sind; und
eine große drehbare Riemenscheibe an einem oberen Bereich des Schleifscheibenkopfhalters, wobei die große Riemenscheibe mit einer Spindelriemenscheibe durch einen breiten Zahnriemen verbunden ist, wobei die Spindelriemenscheibe um die Mitte der Spindel herum derart angeordnet ist, dass sie diese drehend antreibt, wobei zwei Spindelmotoren symmetrisch an beiden Enden einer Mittelwelle der großen Riemenscheibe angeordnet sind, wobei die beiden symmetrischen Spindelmotoren zum synchronen drehenden Antreiben der Mittelwelle der großen Riemenscheibe dienen.
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Die erfindungsgemäße Schleifmaschine mit 5 Achsen weist eine symmetrische Gesamtstruktur auf, weshalb Bearbeitungsfehler weniger häufig auftreten, die Stabilität der Struktur verbessert ist, und der Fehlerausgleich leicht implementiert werden kann. Insbesondere sind gemäß der Struktur der erfindungsgemäßen Schleifmaschine die gebogene Säule und der Schleifscheibenkopfhalter zusammen vorgesehen, wodurch die Befestigung der Schleifscheiben stabiler ist. Die vorgesehenen Schienen sind ferner vorteilhaft für die ungehinderte Bewegung der Schleifscheiben für die Schneidwerkzeuge. Ferner werden die Schleifscheiben durch die vertikalen Torquemotoren drehend angetrieben, wodurch keine Interferenzen zwischen den Schleifscheiben, der Säule und anderen Teilen entstehen, so dass die Schleifscheiben frei über 360° drehen können. Im Hinblick auf die Ausgestaltung der Erfindung sind die Motoren für den drehenden Antrieb der Schleifscheiben im oberen Bereich der Schleifmaschine, anstatt, wie im Stand der Technik beschrieben, im unteren Bereich der Schleifmaschine vorgesehen, wodurch weiterer Bearbeitungsraum für die Schleifschieben geschaffen wird, so dass die Schleifscheiben frei drehen können. Gleichzeitig werden zwei Motoren für den drehenden Antrieb der Schleifscheiben mittels eines Riementriebs verwendet, weshalb die Antriebskraft der Schleifscheiben während des Bearbeitungsvorgangs ausreichend groß ist, um die verschiedenen Anforderungen an die Bearbeitungsstärke zu erfüllen. Da zwei Motoren symmetrisch vorgesehen sind, ist ferner die Stabilität der Schleifmaschine verbessert, wodurch insbesondere das Problem der Wärmeanleitung und der durch thermische Verformung verursachten Bearbeitungsfehler gelöst werden, und die Vibrationen der Schleifmaschine während der Bearbeitung sind verringert, wodurch der Fehlerausgleich leicht durchzuführen ist und letztlich eine hochgenaue Bearbeitung erreicht wird. Gegenwärtig ist weltweit keine für Bearbeitungsvorgänge verwendete Schleifmaschine bekannt, bei welcher die Schleifscheiben frei über 360° in Längsrichtung drehen können. Bei der erfindungsgemäßen Schleifmaschine mit 5 Achsen werden jedoch hohle Torquemotoren verwendet, um die Schleifscheiben frei drehend anzutreiben, und die in Reihe verbundenen Spindelmotoren sind spiegelsymmetrisch im oberen Bereich der Torquemotoren vorgesehen, wobei die Ausgangswellen der beiden Spindelmotoren in der selben Richtung drehen und die Schleifscheiben mittels eines Mittelriemens um eine Mittelachse drehend antreiben. Auf diese Weise wird eine völlig ausbalancierte Struktur erreicht, welche die Anforderungen hinsichtlich dynamischer Eigenschaften der Schleifmaschine erfüllen kann, wobei die Struktur ferner für gleichmäßige Temperaturzonen sorgt, den Temperaturausgleich und das Ausgleichen von durch Verformung verursachten Fehlern vereinfacht. Die beiden vorgesehenen Spindelmotoren erhöhen die Ausgangsleistung und verbessern die Schleifleistung. Die Schleifscheiben können mittels der Schleifspindel um ±360° drehend angetrieben werden, wodurch die Bearbeitungstechnik und die Bearbeitungseffizienz verbessert werden, die Lebensdauer verlängert wird, die Bearbeitungsfehler verringert werden, und der Temperaturausgleich vereinfacht wird. Die Lebensdauer der Schleifmaschine wird verlängert.
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Zusammenfassend gesagt ist die erfindungsgemäße vollkommen symmetrische Schleifmaschine mit 5 Achsen die erste Schleifmaschine mit 5 Achsen, bei welcher eine Leitspindel und ein Linearmotor ausgetauscht werden können, und weist die folgenden Vorteile auf:
- 1. Die symmetrische Struktur ist geeignet, das Problem der durch thermische Verformung verursachten Bearbeitungsfehler zu lösen.
- 2. In dem Schleifscheibenkopfhalter werden zwei Motoren verwendet, wobei der von beiden Motoren bewirkte Antrieb vollkommen symmetrisch ist, und die Spindel der Schleifscheiben um 360° drehbar ist.
- 3. Die symmetrische Struktur verbessert die Stabilität der Struktur, vergleichmäßigt die Temperaturzonen und vereinfacht den Fehlerausgleich.
- 4. Die Leistung der Bearbeitungstechnik ist gut und die Bearbeitungseffizienz sowie die Bearbeitungsgenauigkeit sind hoch.
- 5. Die Lebensdauer der Maschine ist verlängert und die Maschinenkosten werden weiter verringert.
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Kurzbeschreibung der verschiedenen Ansichten in den Zeichnungen
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1 ist eine schematische perspektivische Darstellung des Aufbaus einer vollkommen symmetrischen Schleifmaschine mit 5 Achsen gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist eine schematische Vorderansicht des Aufbaus der vollkommen symmetrischen Schleifmaschine mit 5 Achsen gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 ist eine schematische Seitenansicht des Aufbaus der vollkommen symmetrischen Schleifmaschine mit 5 Achsen gemäß der vorliegenden Erfindung;
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4 ist eine schematische Draufsicht auf den Aufbau der vollkommen symmetrischen Schleifmaschine mit 5 Achsen gemäß der vorliegenden Erfindung, und
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5 ist eine schematische Querschnittansicht des Aufbaus eines Schleifscheibenkopfhalters der vollkommen symmetrischen Schleifmaschine mit 5 Achsen gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Detaillierte Erfindungsbeschreibung
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Wie in den 1 bis 4 dargestellt, ist erfindungsgemäß eine vollkommen symmetrische Schleifmaschine mit 5 Achsen vorgesehen, wobei die Schleifmaschine eine Schleifmaschinenbasis 2 und eine auf einer Seite der Schleifmaschine auf der Schleifmaschinenbasis 2 angeordnete Säule 56 aufweist. 1 zeigt eine Oberfläche eines Arbeitstischs auf dem oberen Bereich der Schleifmaschinenbasis 2, wobei kreuzförmige Gleitplattformen auf der Oberfläche des Arbeitstischs vorgesehen sind, und eine Klammer zum Halten eines zu schleifenden Werkstücks auf den Gleitplattformen vorgesehen ist. Wie in 2 dargestellt sind Gleitschienen 4 an einer vertikalen Fläche der Innenseite der Säule 56 vorgesehen, wobei die Gleitschienen 4 mit einem Schleifscheibenkopfhalter 1 versehen sind, welcher entlang den Gleitschienen 4 auf und ab gleitend verschiebbar und je nach Bedarf des Benutzers an einer Arbeitsposition angehalten werden kann, an welcher ein Werkstück bearbeitet werden soll. Insbesondere sind zwei Lagerböcke vertikal an der Säule angebracht und eine Leitspindel ist zwischen den beiden Lagerböcken vorgesehen, welche zum Stützen der beiden Enden der Leitspindel dienen. Eine Leitspindelmutter ist auf der Leitspindel vorgesehen und die Leitspindel ist an dem Schleifscheibenkopfhalter befestigt, wobei ein unteres Ende der Leitspindel mit einem Servomotor durch ein Loslager verbunden, wobei die Leitspindel durch die Drehung des Servomotors drehend angetrieben wird, wobei die Leitspindelmutter durch die Drehung der Leitspindel derart angerieben wird, dass sie sich linear entlang der Leitspindel bewegt, und der Schleifscheibenkopfhalter schließlich durch die Leitspindelmutter zur Auf- und Abbewegung angerieben wird.
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Wie in 5 dargestellt weist der Schleifscheibenkopfhalter 1 vertikal angeordnete Torquemotoren 16 auf, wobei ein unterer Bereich der jeweiligen Torquemotoren 16 mit einer horizontal angeordneten Spindel 21 über ein Lager eines Drehtischs verbunden ist. Zwei Seiten der Spindel 21 sind mit Schleifscheiben 23 verbunden, welche um eine Achse der Spindel drehbar sind, wobei die Schleifscheiben unterschiedlich sind und in Form mehrerer Sätze symmetrische angeordnet sein können, um verschiedenen Anforderungen eines Schleifvorgangs zu genügen. Darüber hinaus weist der Schleifscheibenkopfhalter 1 ferner eine große Riemenscheibe 9 auf, die im oberen Bereich des Schleifscheibenkopfhalters angeordnet und von zwei Spindelmotoren 10 drehend angetrieben ist, wobei die große Riemenscheibe 9 mit einer Spindelriemenscheibe 20 durch einen breiten Zahnriemen 11 verbunden ist, wobei die Spindelriemenscheibe 20 um die Mitte der Spindel 21 angeordnet ist, um die Spindel 21 drehend anzutreiben. Vorzugsweise sind die beiden Spindelmotoren 10 symmetrisch an den beiden Enden einer Mittelwelle der großen Riemenscheibe 9 angeordnet, welche durch die symmetrisch angeordneten Spindelmotoren 10 symmetrisch drehend antreibbar ist.
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Insbesondere handelt es sich bei den symmetrisch angeordneten Spindelmotoren 10 beispielsweise um Wechselstrom-Permanentmagnet-Synchronmotoren mit Außenrotor, die symmetrisch angeordnet sind, wobei die Wicklungen der beiden Wechselstrom-Permanentmagnet-Synchronmotoren mit Außenrotor in Reihe verbunden sind, um die Mittelwelle synchron drehend anzutreiben. Die an den beiden Enden der Mittelwelle angeordneten Antriebsvorrichtungen können auch einen oberen Computer aufweisen, welcher die Informationen über die tatsächliche Position der beiden Enden der Mittelwelle vergleicht. Wenn der obere Computer feststellt, dass die Synchronitätsabweichung der beiden Enden der Mittelwelle einen vorbestimmten Wert überschreitet, sendet der obere Computer einen Kompensationsbefehl an die die Drehung ausführenden Teile an den beiden Enden der Mittelwelle, um die Drehwinkel einzustellen, so dass die beiden Enden synchron angetrieben werden können.
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Ferner ist die große Riemenscheibe 9 mit einer oberen kleinen Riemenscheibe 7 durch einen schmalen Zahnriemen 8 verbunden, so dass die kleine Riemenscheibe 7 drehend antreibbar ist. Die kleine Riemenscheibe 7 ist ebenfalls mit einer Drehwelle eines Gebers 6 verbunden. Ein Motorträger 12, eine Motorverbindungsplatte 13, eine obere Verbindungsplatte 15, eine erste untere Verbindungsplatte 17 und eine zweite untere Verbindungsplatte 18, die in 5 dargestellt sind, sind Verbindungs- und Befestigungselemente. 5 zeigt ferner eine Schleifscheibenwelle 22, die der Verbindung der Schleifscheiben mit der Schleifscheibenspindel dient, wobei das in 5 dargestellte Kugellager 14 als Lager für die Spindel des Torquemotors dient, wobei das Kugellager Verbindungsteil zwischen den oberen und den unteren Teilen verwendet werden kann.
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Der Bettkörper der erfindungsgemäßen Schleifmaschine weist die Säule, die Schleifmaschinenbasis, den Servomotor, das Loslager, die Leitspindel und Stützplatten auf. Bei dem Bettkörper der Schleifmaschine handelt es sich um einen kreisförmigen Tisch mit gebogenen Rändern, der gleichmäßig beaufschlagbar ist. Die Basis besteht aus Gussstein, der die Fähigkeit zur Vibrationsdämpfung und zur guten Vibrationsabsorption, sowie eine gute Wärmebeständigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit aufweist.
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Ferner kann die Leitspindel durch einen Linearmotor ersetzt werden. Somit können zwei Antriebsarten der Schleifmaschine gewechselt werden, um den Bedürfnissen des Benutzers zu entsprechen. Der Linearmotor weist eine hohe Antriebsgenauigkeit auf und kann mit einem Rasterlineal verwendet werden, wobei der Linearmotor ein vollständig geschlossener Kreis ist und eine hohe Erkennungsgenauigkeit aufweist; jedoch sind die Kosten für einen Linearmotor hoch. Im Vergleich mit einer Schleifmaschine, die einen Linearmotor verwendet, weist eine Schleifmaschine, die eine Leitspindel, jedoch kein Rasterlineal verwendet, eine geringere Erkennungsgenauigkeit auf, die Leitspindel ist ein halb geschlossener Kreis und die die Kosten sind gering. Der Arbeitsablauf einer Schleifmaschine mit Leitspindel ist im Folgenden beschrieben: der Servomotor ist mit der Leitspindel durch das Loslager verbunden, die Leitspindel wird durch die Drehung des Servomotors drehend angetrieben, und eine Stützplattform (oder eine Gleitplattform) wird durch die Drehung der Leitspindel angetrieben. Der Arbeitsablauf einer Schleifmaschine mit Linearmotor ist im Folgenden beschrieben: das Rasterlineal ist ein Detektor und ist an der Basis (der der Gleitplattform) angebracht, die Stützplatte (oder Gleitplattform) wird durch den Linearmotor angetrieben, nachdem der Linearmotor mit Strom verbunden ist, und die Stützplatte (oder die Gleitplattform) treibt einen Lesekopf an.
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Einer Bewegungsachse der Gleitplattform liegt eine Bewegungsachse des Schleifscheibenkopfhalters gegenüber, wobei die Bewegungsachse der Gleitplattform und die Achse einer Werkstückspindel kollinear sein können, um ein Werkstück symmetrisch bearbeiten zu können, so dass die Gleitplattform eine geringe Bewegungsstrecke und eine hohe Stabilität hat.
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Darüber hinaus weist der Schleifscheibenkopfhalter insgesamt den Geber, die kleine Riemenscheibe, den schmalen Zahnriemen, die große Riemenscheibe, die Spindelmotoren, den breiten Zahnriemen, die Torquemotoren, das Lager des Drehtischs, die Spindelriemenscheibe und die Spindel.
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Im Folgenden wird der Arbeitsablauf der erfindungsgemäßen Schleifmaschine beschrieben:
- 1. Die beiden Spindelmotoren sind in Reihe verbunden und es wird eine Steuerung verwendet, daher sind die Kosten verringert.
- 2. Der Geber ist ein Detektor und ist am oberen Ende des Gehäuses des Spindelmotors angebracht; die große Riemenscheibe ist unmittelbar an der Spindel des Spindelmotors befestigt; die kleine Riemenscheibe ist indirekt an der Welle des Gebers befestigt; die große Riemenscheibe und die kleine Riemenscheibe sind durch den schmalen Zahnriemen verbunden; die beiden Spindelmotoren sind durch eine Keilverbindung miteinander verbunden und sind in Reihe gesteuert, um synchron zu drehen; danach wird der Geber mittels des schmalen Zahnriemens während des Drehens der Spindelmotoren drehend angetrieben.
- 3. Die Spindelriemenscheibe ist an der Spindel befestigt; die große Riemenscheibe und die Spindelriemenscheibe sind durch den breiten Zahnriemen verbunden, und die Spindel wird durch die Drehung des Spindelmotors drehend angetrieben.
- 4. Die Schleifscheibenwellen sind zu beiden Seiten der Spindel angeordnet; die Schleifscheiben sind an den Schleifscheibenwellen befestigt; wenn die Spindel dreht, kann ein Schneidwerkzeug mittels der Schleifscheiben geschliffen werden.
- 5. Die Torquemotoren treiben die Spindel derart an, dass diese über das Lager des Drehtischs frei um 360° drehen kann. Der Schleifscheibenkopfhalter kann sich mittels der Leitspindel auf und ab bewegen; die Spindel kann sich während der Drehung der Schleifscheibe ungehindert um 360° drehen.
- 6. Die große Riemenscheibe ist auf den Wellen der beiden Torquemotoren befestigt; die beiden Torquemotoren müssen synchron sein.
- 7. Der breite Zahnriemen verläuft durch die Mitte der Torquemotoren.
- 8. Der Schleifscheibenkopfhalter ist über die Gleitschienen an der Säule angebracht; die Leitspindel wird mittels des Schleifscheibenkopfhalters durch den Servomotor auf und ab bewegt. Die kreuzförmige Gleitplattform wird durch eine Kombination aus Motor und Leitspindel (oder Gleitschienen und Linearmotor) zur Bewegung entlang einer geraden Linie angetrieben. Die Werkstückspindel ist an der Stützplatte befestigt; ein symmetrisches Design wird verwendet, und die die Achse der Werkstückspindel liegt der Achse des Schleifscheibenkopfhalters gegenüber.
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Die Schleifmaschine ist ferner in den 1 und 4 dargestellt. Die Oberseite der Basis 2 ist kreisförmig. Die gebogene Säule 56 mit einen Bogenmaß von 180° ist entlang eines Seitenrandes der Basis 2 vorgesehen; ein Nutkörper 63 an der kreisförmigen Basis ist durch eine gebogene vertikale Platte an dem anderen Seitenrand umschlossen, wobei die Höhe der vertikalen Platte geringer als diejenige der Säule ist. Die Innenseite der vertikalen Platte, welche dem Umschließen des Nutkörpers 63 dient, ist eine Schrägfläche 65, wobei die vertikale Platte an der Außenseite der Außenkante der Basis vorgesehen ist. In 2 bilden die Schrägfläche 65, umschließende Platten 66, welche an beiden Enden der gebogenen vertikalen Platte angeordnet sind, und die kreisförmige Oberseite der Basis den Nutkörper 63, der ein Kühlmedium aufnehmen kann.
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Die vorliegende Erfindung wurde in der vorangehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher beschrieben; die Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht als auf diese Beschreibung beschränkt zu verstehen. Zahlreiche einfache Abwandlungen und Ersetzungen können von einem Fachmann vorgenommen werden, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen, und sämtliche Abwandlungen oder Ersetzungen gelten als unter den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallend.
