專利名稱：主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及使用這種系統(tǒng)加工構(gòu)件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于進(jìn)行材料修整、材料處理和材料去除的系統(tǒng)和方法，包括但不限于拋光、磨光、表面處理、研磨、銑削和鉆孔。在某些具體方面，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，其中， 向刀具主軸施加動(dòng)力，該刀具主軸在工件內(nèi)朝向主軸臂的軸線傾斜一定角度。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了多種常規(guī)大位移(extended reach)直角加工系統(tǒng)，其中，這些系統(tǒng)中的一些針對(duì)某些應(yīng)用在從構(gòu)件內(nèi)去除材料的過(guò)程中具有有限位移(例如，約四十英寸)以及大的外部尺寸(例如，約五英寸)。由于存在共振和振動(dòng)并且由于用于制造這種系統(tǒng)的方法存在多種缺點(diǎn)，所以某些現(xiàn)有系統(tǒng)(其中的大位移主軸臂由整體式軸和外殼制成)存在問(wèn)題。某些常規(guī)直角加工頭的設(shè)計(jì)適用于多種應(yīng)用，但一些位移超過(guò)四十英寸的系統(tǒng)效率較低。一些現(xiàn)有系統(tǒng)的軸尺寸使軸相對(duì)較長(zhǎng)，軸承支架處于具有低臨界速度的任一端。 軸系統(tǒng)的彎曲或下垂能夠使軸產(chǎn)生甚至更低速度的抖動(dòng)(whipping)。由于外殼尺寸和軸頸(bearing location)直徑的原因，整體式軸裝置具有較小橫截面積，從而能夠限制扭矩并降低抗扭剛度(torsional stiffness)。通常來(lái)說(shuō)，在較高每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)的操作中平衡相對(duì)較長(zhǎng)的整體式軸并不實(shí)際。由于需要用抗扭剛度防止疲勞，并且如果周期性振動(dòng)被傳遞到主軸頭，則特定現(xiàn)有系統(tǒng)的主軸中的振蕩縮短了刀具壽命和主軸頭壽命。整體式地制造軸，會(huì)產(chǎn)生加工精度(例如，有關(guān)同心度、圓度、直線性和平行定位面)上的嚴(yán)重生產(chǎn)問(wèn)題。相對(duì)長(zhǎng)的軸和外殼的不均勻熱膨脹會(huì)在操作期間增加抖動(dòng)或?qū)S承產(chǎn)生額外負(fù)荷。在軸相對(duì)長(zhǎng)的某些情況下，為軸上的切削頭提供附屬服務(wù)較為困難，例如，為齒輪箱提供冷卻/潤(rùn)滑油；為加工刀具提供冷卻劑；以及去除切屑?，F(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了用于去除材料的多種系統(tǒng)，例如但不限于，美國(guó)專利2，372，913、 3，037，429,3, 568，568,5, 025，548,5, 240，360,5, 664，917 以及德國(guó)專利 No. DT 2，120，133 所公開(kāi)和涉及的內(nèi)容，全部整體地結(jié)合于此，用于各種目的?，F(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了多種井下電機(jī)(downhole motor)、泥漿電機(jī)、電源部分、人工升舉螺桿泵、工業(yè)螺桿泵和上述系統(tǒng)的零件，以及用于制造上述系統(tǒng)的方法，包括但不限于，美國(guó)專利 3，084，631,3, 499，830,3, 547，798,3, 553，095,3, 616，343,3, 769，194,3, 896，012、 4，104，009,4，250，371,4，376，020,4，391，547,4，475，996,4，772，246,4，909，337, 5，417，281,5，611，397,5，759，019,6，019，583,6，183，226,6，230，823,6，568，076, 6，644，358,6, 905，319，以及 2005 年 4 月 14 日公開(kāi)的美國(guó)專利申請(qǐng) No. 20050079083 ；2003 年5月15日公開(kāi)的美國(guó)專利申請(qǐng)No. 20030089621，全部整體地結(jié)合于此，用于各種目的。我們共同待決的國(guó)際專利申請(qǐng)No. PCT/GB2008/001278 (以本發(fā)明的發(fā)明人的名義)公開(kāi)了大位移驅(qū)動(dòng)裝置，其中設(shè)有向延伸到待加工的構(gòu)件內(nèi)的固定主軸外殼，并且其中，所述主軸外殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)軸和外殼本身分成多個(gè)段，各段之間設(shè)有軸承殼，用于支撐驅(qū)動(dòng)軸和保持驅(qū)動(dòng)軸的同心度。另外，在刀具受驅(qū)動(dòng)的刀具頭處設(shè)有支撐裝置，所述支撐裝置將
4刀具頭抵靠支撐在構(gòu)件上，借此提供剛性極高的結(jié)構(gòu)。但是，任何大位移系統(tǒng)都存在一個(gè)問(wèn)題，S卩，特定長(zhǎng)度的材料的剛性與所述材料的截面的極二次矩(polar second moment)成正比。遺憾的是，相比橫截面，構(gòu)件的長(zhǎng)度很少能充分減少以保持相對(duì)剛性。因此，對(duì)于直徑較小的構(gòu)件，通常較難實(shí)現(xiàn)具有足夠剛性的系統(tǒng)。因此，本發(fā)明發(fā)明人認(rèn)識(shí)到，需要一種用于進(jìn)行材料表面修整、表面處理或從構(gòu)件內(nèi)部去除材料的有效的大位移系統(tǒng)，特別需要用于形成井下電機(jī)的定子和這種定子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
在某些實(shí)施例中，本發(fā)明公開(kāi)了用于材料加工工藝(包括但不限于，材料修整或處理工藝和構(gòu)件內(nèi)的材料的去除去除)的系統(tǒng)和方法。在某些方面，公開(kāi)了這樣的系統(tǒng)和方法，其具有動(dòng)力主軸以進(jìn)行初級(jí)表面修整或處理工藝或材料去除工藝，例如拋光、磨光、 研磨、銑削和鉆孔。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了用于加工構(gòu)件內(nèi)部的加工系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括能夠在構(gòu)件內(nèi)定位的主軸系統(tǒng)，所述主軸系統(tǒng)包括外殼和布置在外殼內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)主軸，以及與可旋轉(zhuǎn)主軸連接并由其旋轉(zhuǎn)的加工部件；電機(jī)系統(tǒng)，其與主軸系統(tǒng)相鄰并且可利用主軸系統(tǒng)而被定位在構(gòu)件內(nèi)，以及該電機(jī)系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)構(gòu)件內(nèi)的旋轉(zhuǎn)主軸，以轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)主軸和加工部件。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了用于加工構(gòu)件的方法，所述方法包括將如上所定義的加工系統(tǒng)定位在構(gòu)件內(nèi)，以及給所述電機(jī)通電，以驅(qū)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)主軸，使加工部件加工構(gòu)件。在某些方面，這些系統(tǒng)和方法教導(dǎo)了一種具有主軸和刀具的裝置，所述主軸和刀具與和主軸相鄰或相對(duì)靠近主軸的一個(gè)或多個(gè)電機(jī)一起定位在構(gòu)件內(nèi)，所述一個(gè)或多個(gè)電機(jī)在主軸運(yùn)行期間也定位在構(gòu)件內(nèi)。在某些方面，這些系統(tǒng)和方法為這樣的操作提供了可在直線路徑/螺旋形路徑內(nèi)或工件(例如，管狀構(gòu)件)的輪廓路徑上移動(dòng)的動(dòng)力主軸，以便 (例如)形成井下電機(jī)的定子或銑削井下的殼體或管道，以及(例如)為側(cè)向鉆井銑削出口窗。在一個(gè)方面，本發(fā)明公開(kāi)了用于加工構(gòu)件內(nèi)部的加工系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括主軸系統(tǒng)，可定位在構(gòu)件(例如但不限于，將形成為用于井下電機(jī)的定子的管)內(nèi)，所述主軸系統(tǒng)包括可旋轉(zhuǎn)主軸和與可旋轉(zhuǎn)主軸連接并由其旋轉(zhuǎn)的加工部件；電機(jī)系統(tǒng)，與主軸系統(tǒng)相鄰并且可與主軸系統(tǒng)一起定位在構(gòu)件內(nèi)；穩(wěn)固支撐件和/或測(cè)量裝置(可選的)，其與電機(jī)相鄰；電機(jī)系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)構(gòu)件內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)主軸以轉(zhuǎn)動(dòng)可旋轉(zhuǎn)主軸和加工部件(例如，銑刀鉆頭、切削頭、鉆機(jī)或切削刀具)。在某些方面，這樣的系統(tǒng)和方法采用如下儀器，其中，向與刀具主軸連接的主軸臂提供旋轉(zhuǎn)力，所述刀具主軸具有相對(duì)于主軸臂軸線的垂直線的負(fù)的或正的傾斜角度，或與所述垂直線相同。在某些方面，這樣的系統(tǒng)和方法用于制造用于井下電機(jī)的定子。由此，本發(fā)明具有的特征和優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為能使其提高材料處理和去除的技術(shù)和鉆探泥漿抽吸技術(shù)?？紤]優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)說(shuō)明和參考附圖時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)容易理解如上所述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)及附加特征和優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的某些實(shí)施例不限于此處公開(kāi)的結(jié)構(gòu)、功能和/或達(dá)到的結(jié)果方面的任何特定單個(gè)特征，而包括與現(xiàn)有技術(shù)不同的這些特征的組合。已經(jīng)對(duì)本發(fā)明的特征進(jìn)行了概括說(shuō)明，以更好理解后面的詳細(xì)說(shuō)明，并更好理解本發(fā)明對(duì)本領(lǐng)域做出的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，本發(fā)明的附加方面在下文也有所描述，可包括在本發(fā)明的權(quán)利要求的主題中。本領(lǐng)域技術(shù)人員在受益于本發(fā)明及其宗旨和啟發(fā)的情況下應(yīng)理解，本發(fā)明的概念可用作創(chuàng)造性基礎(chǔ)，以便設(shè)計(jì)用于實(shí)行和實(shí)踐本發(fā)明的其他結(jié)構(gòu)、方法和系統(tǒng)。在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本發(fā)明的權(quán)利要求可理解為包括任何法律上等同的裝置或方法。下文是本發(fā)明的一些(而不是所有)目的。除本發(fā)明的至少某些優(yōu)選實(shí)施例的以下所述特定目的之外，本領(lǐng)域技術(shù)人員在受益于本發(fā)明的教導(dǎo)和公開(kāi)內(nèi)容的情況下容易理解其他目的和用途。因此，本發(fā)明的至少某些優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)目的是，提供用于進(jìn)行表面修整和從構(gòu)件內(nèi)去除材料的新穎的、實(shí)用的、獨(dú)特的、有效的、非顯而易見(jiàn)的系統(tǒng)和方法。因此，本發(fā)明的至少某些優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)目的是，提供用于從構(gòu)件內(nèi)去除材料以形成井下電機(jī)的定子的新穎的、實(shí)用的、獨(dú)特的、有效的、非顯而易見(jiàn)的系統(tǒng)和方法。因此，本發(fā)明的至少某些優(yōu)選實(shí)施例的一個(gè)目的是，提供具有由一個(gè)或多個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的主軸的新穎的、實(shí)用的、獨(dú)特的、有效的、非顯而易見(jiàn)的系統(tǒng)，所述一個(gè)或多個(gè)電機(jī)可在待處理的或?qū)⒂芍鬏S系統(tǒng)成形的構(gòu)件內(nèi)定位，所述主軸系統(tǒng)包括用于處理構(gòu)件和/或去除材料的零件，例如刀具、刀頭或鉆頭。本發(fā)明認(rèn)識(shí)到并針對(duì)了前述問(wèn)題和長(zhǎng)期的需要，在其各種可能實(shí)施例及其等同物中提供了對(duì)于這些問(wèn)題的解決方案，并滿足了這些需要。本領(lǐng)域技術(shù)人員在受益于本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)、教導(dǎo)、公開(kāi)內(nèi)容和啟發(fā)的情況下，根據(jù)本公開(kāi)的目的，當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，從優(yōu)選實(shí)施例的以下說(shuō)明中將理解其他目的和優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論以后其他人如何通過(guò)形式上的變更或進(jìn)一步改進(jìn)的增加來(lái)進(jìn)行偽裝，這些描述中的詳細(xì)內(nèi)容不應(yīng)阻礙本專利涵蓋該發(fā)明的目的。屬于本文一部分的摘要用于使美國(guó)專利商標(biāo)局和公眾以及不熟悉專利用語(yǔ)和法律用語(yǔ)的本領(lǐng)域科學(xué)家、工程師、研究人員和從業(yè)者通過(guò)粗略檢查或?yàn)g覽而快速確定本發(fā)明公開(kāi)內(nèi)容的特征和一般范圍。摘要不用于限定本發(fā)明，也不用于以任何方式限制本發(fā)明的范圍。應(yīng)理解的是，本發(fā)明的各種實(shí)施例可能包括本發(fā)明的公開(kāi)的、描述的和/或列舉的改進(jìn)和/或技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和/或要素中的一個(gè)、多個(gè)或所有。本文列舉了本發(fā)明的某些方面、某些實(shí)施例和某些優(yōu)選特征?？墒褂萌魏畏矫婊?qū)嵤├惺境龅姆矫婊蛱卣鞯娜我饨M合，除了這些方面或特征互相排斥外。


可參考構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分的附圖中顯示的實(shí)施例對(duì)以上簡(jiǎn)要概括的本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行更具體說(shuō)明。這些附圖示出了某些優(yōu)選實(shí)施例，但不用于不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的范圍，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可能還具有其他等同有效的實(shí)施例或等同實(shí)施例。圖1為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的側(cè)視示意圖。
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圖2為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的側(cè)視示意圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的側(cè)視示意圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的側(cè)視示意圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的側(cè)視示意圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的側(cè)視示意圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的側(cè)視示意圖。圖8A為用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)和方法制造的用于井下電機(jī)的定子的透視圖。圖8B為圖8A的定子的剖視圖。圖8C為圖8A的定子的端視圖。圖8C為圖8A的定子的縱向橫斷面圖。圖9為根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的橫斷面圖。圖10AU0B和IOC為根據(jù)本發(fā)明的替代的防扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)。圖11為根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步替代的防扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)。圖A4至A12在本文附錄中進(jìn)行參考和說(shuō)明。本發(fā)明的當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例在如上確定的附圖中顯示，并將在下文詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明實(shí)施例的各種方面和特征如下所述，其中一些方面和特征在從屬權(quán)利要求中限定?？墒褂靡韵滤龌驈膶贆?quán)利要求中示出的方面和/或特征的任意組合，除了這些方面和/或特征互相排斥之外。應(yīng)理解的是，本文中的附圖和說(shuō)明是優(yōu)選實(shí)施例的附圖和說(shuō)明，并非用于限制本發(fā)明或所附權(quán)利要求。反之，目的在于涵蓋如所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有改進(jìn)、等同物和替代物。在顯示和說(shuō)明優(yōu)選實(shí)施例時(shí)，使用相似或相同附圖標(biāo)記來(lái)表示相同或相似的元件。附圖不一定按比例顯示，附圖的某些特征和某些視圖可能是以按比例放大的方式顯示的或示意性地顯示的，以便達(dá)到清晰和簡(jiǎn)明的目的。此處使用的以及本專利各部分(及標(biāo)題)中的術(shù)語(yǔ)“發(fā)明”、“本發(fā)明”及其衍生詞指代一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，并非用于指代任何特定所附權(quán)利要求或所有所附權(quán)利要求所述的發(fā)明。由此，這種表述的主題并不僅因?yàn)樵摫硎霰旧矶詣?dòng)地或必要地成為任何特定權(quán)利要求的一部分或必須被某個(gè)權(quán)利要求所需要的。只要不互相排斥或矛盾，本文公開(kāi)的任何實(shí)施例的任何方面或特征，或方面或特征的組合可用于本文公開(kāi)的任何其他實(shí)施例中。
具體實(shí)施例方式圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)10，包括從動(dòng)軸12，從動(dòng)軸12上安裝有刀頭11，刀頭11用于處理材料和/或從所述系統(tǒng)10所處的管狀件T去除材料。只要內(nèi)部橫截面沿長(zhǎng)度的輪廓不變，所述管T可具有任何內(nèi)部橫截面和外部橫截面。實(shí)際上，在一些實(shí)施例中， 所述管的兩端甚至不需要是開(kāi)口的。所述刀頭11可為，例如，刀頭、銑削頭、切削頭、切削工具、磨光機(jī)、拋光機(jī)或鉆機(jī)，在下文稱為刀頭，但不用于由此進(jìn)行任何限制。電機(jī)17 (例如， 在一個(gè)方面，為同步電機(jī)，例如，在一個(gè)方面，為33. 4KW，11，IOOrpm的同步電機(jī))耦接在齒輪系統(tǒng)16上，所述齒輪系統(tǒng)16具有設(shè)有傘齒輪15的主動(dòng)軸18。所述傘齒輪15與主軸12 上的對(duì)應(yīng)傘齒輪14嚙合，以旋轉(zhuǎn)主軸12和刀頭11。所述主軸12具有軸頸，以在外殼13內(nèi)旋轉(zhuǎn)。支撐件或“穩(wěn)固”系統(tǒng)9(和/或測(cè)量裝置)將系統(tǒng)10支撐在管T內(nèi)。可使用任何合適的支撐件或穩(wěn)固系統(tǒng)，包括但不限于，以上所述的PCT/GB2008/001278公開(kāi)的穩(wěn)固系統(tǒng)。本發(fā)明的任何實(shí)施例可使用這種穩(wěn)固支撐件9或本文公開(kāi)或所述的任何支撐件或測(cè)量裝置。示出了所述支撐件9位于電機(jī)17上。但其也可等同地設(shè)置在齒輪箱殼體16、主軸外殼13或其延長(zhǎng)部(未顯示)上。伸縮管19連接至電機(jī)17并延伸回構(gòu)件10外部的機(jī)床工具架19a(圖解顯示)上。在一個(gè)特定方面，所述管T由可加工材料制成，例如，PEEK等塑性材料。也可為諸如鋼等的金屬材料，例如，用于井下螺桿電機(jī)的定子的金屬材料。例如，可使用根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)(或本文公開(kāi)的任何系統(tǒng))形成具有本體82的定子80(見(jiàn)圖8A-8D)，所述本體82 具有突起(Iobed)內(nèi)部通道84，該內(nèi)部通道84是由圓形輪廓起始管(start tube)加工的。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)特別適用的定子80的內(nèi)徑約處于5厘米至20厘米之間。PCT/ GB2008/001278所述的系統(tǒng)適合采用20厘米以上的內(nèi)徑，原因如下所述。另一方面，對(duì)本發(fā)明的申請(qǐng)?jiān)瓌t上沒(méi)有上限。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)20，其與系統(tǒng)10相似。但此處所述電機(jī)17通過(guò)主軸12上的傘齒輪14、主動(dòng)軸18和傘齒輪15直接驅(qū)動(dòng)主軸12。沒(méi)有設(shè)置齒輪箱，因此該系統(tǒng)采用低速電機(jī)，或者，在本實(shí)施例中，所述刀頭11是以高速運(yùn)行的。圖3示出了內(nèi)置電機(jī)系統(tǒng)30，其中，所述外殼13’設(shè)有安裝電樞軸18’的軸承31a， 31b，所述電樞軸18’上安裝有轉(zhuǎn)子33。所述外殼13’內(nèi)還安裝有定子34。可以獲得并已知合適的電機(jī)和定子/轉(zhuǎn)子的組合，一家供應(yīng)商為西門子公司 (Siemens AG,例如，其 IFEl 電豐幾，(例如)見(jiàn) http //www, automation, siemens. com/mc/ mc-sol/en/f572aaf5-4af6-4948-b42d-. 756399832445/index. aspx)，同時(shí)還有其他供應(yīng)商。圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)40，具有兩個(gè)電機(jī)17a、17b，每個(gè)電機(jī)分別設(shè)有對(duì)應(yīng)的齒輪系統(tǒng)16a、16b。主動(dòng)軸18a、18b上的傘齒輪15a、1 分別驅(qū)動(dòng)主軸12上的單個(gè)共用傘齒輪14。所述傘齒輪15a、1 和14 (其中任何之一可為螺旋傘齒輪)設(shè)于外殼13’內(nèi)， 主軸12從外殼13’突出。在一個(gè)特定方面，所述齒輪箱16a、16b的其中一個(gè)或兩者為行星齒輪箱，提供從電機(jī)17a、17b到軸18a、18b的速度降低。主軸12上的扭矩可通過(guò)電機(jī)扭矩乘以齒輪比而進(jìn)行計(jì)算。同步電機(jī)的特征在于具有恒定扭矩，至少達(dá)到特定速度。由此可見(jiàn)，電機(jī)在該速度下以及超過(guò)該速度時(shí)達(dá)到最大功率范圍。因此期望的是，在接近于或大于最大扭矩速度的恒定速度下運(yùn)行電機(jī)。在大多數(shù)加工操作期間，扭矩不能過(guò)大，但有時(shí)扭矩卻不足。在任何情況下，使用一個(gè)電機(jī)(例如電機(jī)16b)作為恒速電機(jī)，并且其具有齒輪箱16b，齒輪箱16b 設(shè)置成在與電機(jī)16b的最大速度對(duì)應(yīng)的預(yù)期轉(zhuǎn)速下驅(qū)動(dòng)主軸12。軸角編碼器43a、43b (或例如，霍爾效應(yīng)裝置43a和相應(yīng)傳感器43b)可以被設(shè)置成感應(yīng)電機(jī)16b的速度。另一個(gè)電機(jī)(電機(jī)16a)可以簡(jiǎn)單地被設(shè)置成增加扭矩并在“扭矩”模式下使用。 因此，在正常操作期間，可不對(duì)電機(jī)17a進(jìn)行有效通電。但是，如果在所述系統(tǒng)40運(yùn)行期間系統(tǒng)速度下降(其由編碼器43a、4!3b檢測(cè)并傳遞到控制機(jī)構(gòu)42)，那么所述機(jī)構(gòu)42則引入扭矩增強(qiáng)模式。這用于激勵(lì)電機(jī)17a，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)17a為傘齒輪14增加更大扭矩，直到重新建立主軸12的預(yù)期目標(biāo)速度。但在實(shí)際系統(tǒng)中，可能一起驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)，每個(gè)電機(jī)均提供所需扭矩的50%左右。優(yōu)選地，冠齒輪14具有奇數(shù)個(gè)齒(假定電機(jī)17a、17b繞齒輪14互相直接相對(duì)，間隔 180° )。這種情況下，產(chǎn)生任何齒隙的可能性最小，因?yàn)辇X輪15a、Mb中的至少一個(gè)與所述冠齒輪14完全嚙合，兩者始終接觸。實(shí)際上，所述齒輪14、15a、15b優(yōu)選為螺旋傘齒輪，在任何情況下，期望系統(tǒng)中各齒輪應(yīng)緊密嚙合，以消除系統(tǒng)中的齒隙，或至少將其最小化。圖5顯示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)50，其與系統(tǒng)40相似，但電機(jī)17a、17b和傘齒輪 15a、1 之間沒(méi)有設(shè)置齒輪箱。在某些方面，這減少了可用扭矩(與系統(tǒng)40相比)，但可相應(yīng)增加主軸12的可能驅(qū)動(dòng)速度。圖6顯示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)60，其中，兩個(gè)電機(jī)17’a、17’b串聯(lián)，并通過(guò)齒輪系統(tǒng)16驅(qū)動(dòng)主動(dòng)軸18和傘齒輪15。根據(jù)圖4，這種系統(tǒng)具有如上所述的保持速度的相同的優(yōu)點(diǎn)，但無(wú)法控制齒隙。例如，電機(jī)17’a可以被設(shè)置成在恒定速度下(可能在機(jī)構(gòu)42的控制下)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。但這種機(jī)構(gòu)42通過(guò)傳感器系統(tǒng)43a、4!3b檢測(cè)主軸12的速度的降低，激勵(lì)電機(jī)17’ b以增加扭矩。圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)70，其與系統(tǒng)60相似，但沒(méi)有設(shè)置齒輪系統(tǒng)。如圖9所示，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)90具有電機(jī)17”，所述電機(jī)17”具有通過(guò)傘齒輪 14”、15”驅(qū)動(dòng)主軸12”的主動(dòng)軸18” (圖解顯示)。由軸18”驅(qū)動(dòng)時(shí)，所述主軸12”驅(qū)動(dòng)銑刀頭11”以從管T銑削材料，以形成凹槽84。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，在如所示的系統(tǒng)中，所述刀頭11”進(jìn)行的切削操作產(chǎn)生三個(gè)正交的反作用力。(這種情況下，但不一定如此)第一個(gè)為與正在加工的表面垂直且離開(kāi)該表面方向的反作用力，處于與主軸12”旋轉(zhuǎn)軸線100平行的箭頭X的方向。第二個(gè)處于與其正交的方向，即，與管T的軸線200平行的箭頭Y的方向。第三個(gè)反作用力處于與上述兩個(gè)方向正交的方向(未顯示)，即，朝向圖9(Z軸線)的圖的平面的內(nèi)部或外部的方向。如上所述，存在第四個(gè)反作用效應(yīng)，S卩，切削工具11”繞其軸線100的潛在旋轉(zhuǎn)反作用力。如果銑刀11”用于銑削實(shí)際路徑，或者如果將振動(dòng)和摩擦最小化，則每個(gè)反作用力必須由系統(tǒng)90的結(jié)構(gòu)阻止。穩(wěn)固支撐件(或測(cè)量裝置)9”將系統(tǒng)在支撐管T內(nèi)，在一個(gè)方面，可包括PCT/ GB2008/001278(其摘錄包括在本文附錄中)或我們的共同待決申請(qǐng)(與本申請(qǐng)的申請(qǐng)日期相同，申請(qǐng)人和發(fā)明人相同，歸檔在參考P123xxxGB下)中所述的裝置，兩者的完整內(nèi)容結(jié)合于此，用于各種目的。所述測(cè)量裝置9”跟蹤管T的內(nèi)部，以便于對(duì)其進(jìn)行加工，并保持刀頭11”相對(duì)于管T的位置。所述測(cè)量裝置9”為上述第一個(gè)反作用力(即，沿箭頭X的方向上的反作用力)提供必要抵抗力。箭頭Y的方向上的反作用力以兩種方式表現(xiàn)。第一種方式為，繞與方向X，Y正交的Z軸的彎矩(bending moment) 0為了抵消該反作用力，要求設(shè)置主軸12”的牢固精密的軸承92a、92b，內(nèi)部布置有軸承的剛性外殼13，以及抵抗外殼繞Z軸旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)固支撐件9”。 第二種方式為，將外殼13”與地面91連接的軸19的張力(或者為壓縮力，如果系統(tǒng)以推模式而不是拉模式使用)。在一個(gè)實(shí)施例中(見(jiàn)圖9)，所述電機(jī)17”通過(guò)螺釘93連接至板92。所述板92通過(guò)螺釘96連接至兩個(gè)同心管件94、95。所述管件95的另一端通過(guò)螺釘101連接至基座97，處于管T的開(kāi)口端98a外。所述基座97相對(duì)于地面91而固定，管T也是如此，不同之處在于，使用者可沿Y方向選擇性地相對(duì)于彼此地移動(dòng)管T和/或基座91。因此，如需開(kāi)始加工操作，將系統(tǒng)90插入管T中(無(wú)切削工具11”)，直到外殼13” 從管的另一端98b突出。然后將切削工具插入主軸12”端部的插座內(nèi)(未顯示)，電機(jī)17” 啟動(dòng)。電纜(未顯示)通過(guò)管件94的孔連接至電機(jī)。電纜攜帶電流以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，向電機(jī)和從電機(jī)傳遞信號(hào)以控制電機(jī)，并從位于電機(jī)和/或外殼13”上的傳感器(未顯示)提供有關(guān)切削工藝的信息。例如，所述傳感器可包括一個(gè)或多個(gè)溫度傳感器或探頭、振動(dòng)傳感器或探頭、速度傳感器和位置傳感器等。但顯示了一個(gè)傳感器，即附接于切削工具外殼13”前面的測(cè)斜儀103。測(cè)斜儀103可感測(cè)外殼13”繞Y軸的旋轉(zhuǎn)位置(因此也可感測(cè)切削工具11” 的旋轉(zhuǎn)位置)。其被傳遞到控制系統(tǒng)(未顯示)。所述電機(jī)17”通電時(shí)，通過(guò)管T的孔拉動(dòng)外殼13”開(kāi)始切削，從而銑削凹槽84。這可通過(guò)相對(duì)于地面91移動(dòng)基座97實(shí)現(xiàn)。基座97可包括(例如)滑動(dòng)臺(tái)。因此，在箭頭Y 方向上的反作用力的第二個(gè)方面由管件95內(nèi)的張力抵抗，該張力由基座97與管T的軸向分隔而提供。毫無(wú)疑問(wèn)期望的是，所述管件95不應(yīng)為彈性，而應(yīng)具有相對(duì)剛性，以減小Y方向上產(chǎn)生振動(dòng)的趨勢(shì)。Z方向上的反作用力表現(xiàn)為繞Z軸的扭矩。扭轉(zhuǎn)方向取決于所述刀頭11”的旋轉(zhuǎn)方向。該力由管件95的抗扭剛度以及電機(jī)17”和外殼13”的抗扭剛度抵抗。但是，無(wú)論在哪個(gè)方向，所述抗扭剛度與管件95的截面極二次矩成正比，其毫無(wú)疑問(wèn)受管T的直徑的限制。隨著直徑的減小，潛在剛度作為直徑的指數(shù)函數(shù)而減小。因此，抗扭剛度是小直徑管的特有問(wèn)題。實(shí)際上，這是本發(fā)明提出將驅(qū)動(dòng)電機(jī)布置在待加工管的長(zhǎng)度下方的重要原因。在一個(gè)方面，就抗扭剛度來(lái)說(shuō)，相比本文所述的安裝軸扭轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，從動(dòng)軸在扭轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題較少。但也意識(shí)到兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)縮短驅(qū)動(dòng)軸，將電機(jī)布置在待加工管或構(gòu)件的長(zhǎng)度下方。所述優(yōu)點(diǎn)描述如下。第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為從動(dòng)軸，特別是PCT/GB2008/001278所述的從動(dòng)軸， 安裝在支撐管內(nèi)，因此，與管95相比，其直徑較小，如圖9所示。而本發(fā)明的支撐管95可盡量接近于管T的孔徑，由此使其直徑最大化。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)為本發(fā)明的一個(gè)方面提出以扭轉(zhuǎn)方式對(duì)管件95施加預(yù)應(yīng)力并動(dòng)態(tài)調(diào)整其角位置，從而保持切削工具11”的位置。應(yīng)在反作用力的方向施加預(yù)應(yīng)力，以使管件繞軸線200偏轉(zhuǎn)，并且必須施加相當(dāng)大的力。在圖9所示的實(shí)施例中，所述內(nèi)管件94施加預(yù)應(yīng)力。圖IOA至IOC顯示了用于為管件94施加預(yù)應(yīng)力的不同工具。在圖IOA中，系統(tǒng)IlOA包括驅(qū)動(dòng)同步皮帶122的伺服電機(jī)120，所述同步皮帶122繞凸緣99上的齒輪125纏繞。伺服電機(jī)120由控制系統(tǒng)(未顯示)的命令(F)驅(qū)動(dòng)，以對(duì)測(cè)斜儀103的位置變化做出響應(yīng)。圖IOB顯示了液壓或氣壓系統(tǒng)110B，其中控制器132同樣在命令F下來(lái)開(kāi)關(guān)切換 (switch)缸體130a、130b，以作用于連接至凸緣99的桿件(lever) 134aU34b0最后，在圖IOC中，螺旋系統(tǒng)IlOC包括固定于基座97且驅(qū)動(dòng)絲杠140—端的另一個(gè)伺服電機(jī)120’，所述絲杠140的另一端支撐在同樣固定在基座97上的軸承殼142內(nèi)。桿件臂144固定于凸緣99并通過(guò)可滑動(dòng)且可轉(zhuǎn)動(dòng)的接頭146連接至擰在螺桿140上的螺母 148。命令F操作電機(jī)120’，所述電機(jī)120’用于相對(duì)于基座97扭轉(zhuǎn)管件94。圖9中由管件94、95代表的管道系統(tǒng)(如圖9所示)連接至不包括齒輪箱的單個(gè)電機(jī)17”。但應(yīng)明白，根據(jù)圖1至7的以上所述的任何裝置可用于圖9和11的預(yù)應(yīng)力管道系統(tǒng)。因此，再次根據(jù)圖9，管件94的扭轉(zhuǎn)抵消了管件95的任何扭轉(zhuǎn)，為其施加預(yù)應(yīng)力， 以響應(yīng)于切削工具11”繞Y軸的反作用力而抵抗管T內(nèi)切削工具外殼的旋轉(zhuǎn)。圖11示出了不需要使用兩個(gè)管件94、95的替代裝置。實(shí)際上，如果所述電機(jī)布置在管T內(nèi)部或外部，該系統(tǒng)運(yùn)行良好，如同PCT/GB2008/001278所述的系統(tǒng)一樣。此處，測(cè)斜儀103感測(cè)切削工具11的旋轉(zhuǎn)位置并對(duì)其做出響應(yīng)，來(lái)自控制器(未顯示)的命令F激勵(lì)將管T相對(duì)于地面(即，機(jī)床)91安裝的卡盤150。因此，在繞Y軸的反作用力實(shí)際上將安裝軸95’相對(duì)于位于機(jī)床91上的基座97’扭轉(zhuǎn)的同時(shí)，改變了工件T的旋轉(zhuǎn)位置，以進(jìn)行補(bǔ)償。如上所述，即使所述電機(jī)為安裝在基座97’(如PCT/GB2008/001278所述)上的刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)17x，或者當(dāng)所述電機(jī)17處于本文所述的工件T之內(nèi)，該裝置仍然運(yùn)行。因此， 本發(fā)明的這個(gè)方面并不限于所述管T內(nèi)的電機(jī)。總之，因此，應(yīng)明白的是，本發(fā)明和本文公開(kāi)的實(shí)施例以及所附權(quán)利要求涵蓋的實(shí)施例非常適合于實(shí)現(xiàn)所述的目標(biāo)并獲得其結(jié)果。只要不偏離權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍，可對(duì)主題進(jìn)行某些改變。應(yīng)了解的是，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行改變，進(jìn)一步，任何所附權(quán)利要求中列舉的每個(gè)部件或步驟應(yīng)參照步驟字面上的含義和/或所有等同部件或步驟進(jìn)行理解。所附權(quán)利要求用于以可利用的任何方式將本發(fā)明涵蓋在盡可能廣泛的合法范圍內(nèi)。本文所述的本發(fā)明為符合35U. S. C. §102規(guī)定的新穎性，且滿足§102中的可專利性條件。根據(jù)35U. S. C. § 103，本文所述的本發(fā)明是非顯而易見(jiàn)的，滿足§ 103中的可專利性條件。本說(shuō)明書(shū)和所附的權(quán)利要求符合35U. S. C. §112的所有規(guī)定。當(dāng)某些設(shè)備可能沒(méi)有明顯偏離所附權(quán)利要求中列舉的本發(fā)明的精確范圍但卻處于該范圍之外時(shí)發(fā)明人可根據(jù)等同原則來(lái)確定和評(píng)估其發(fā)明和所附權(quán)利要求的范圍。本文提到的所有專利和申請(qǐng)完全結(jié)合于此，用于各種目的。申請(qǐng)人的明確意圖是，不采用35U. S. C. §112第6款對(duì)本文的任何權(quán)利要求進(jìn)行任何限制，除了權(quán)利要求明確將詞語(yǔ)“用于”與相關(guān)功能明確使用在一起的情況。在該專利文件中，所使用的詞語(yǔ)“包括”表示非限制性含義，表示包括該詞語(yǔ)之后的項(xiàng)目，但不排除沒(méi)有明確涉及的項(xiàng)目。用不定冠詞“a”提及的部件不排除存在一個(gè)以上部件的可能性，除非上下文明確要求有一個(gè)并僅有一個(gè)部件。附錄PCT/GB2008/001278 具體說(shuō)明摘錄下文將根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中圖A4為大位移主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的第二實(shí)施例的示意圖；圖A5為圖4的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的側(cè)剖面圖；圖A6為圖4的夾具外殼和夾具組件的透視剖面圖；圖A7為分別連接兩個(gè)伸縮管和軸的圖4的軸承殼和水平軸(plane shaft)的透視剖面圖；圖A8為圖4的轉(zhuǎn)接板(adapter plate)、穩(wěn)固組件和主軸頭的側(cè)剖面圖；圖A9為沿圖8的穩(wěn)固組件的X-X線的剖面圖；圖AlO為示出了刀頭和在工件的內(nèi)表面加工凹槽的方法的示意圖；圖All為加工之后的工件的橫斷面圖；以及
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圖A12為圖7的軸承殼的透視圖，示出了突起(Iobed)的路徑。在下文中，涉及圖N(N為4至12之間的任何數(shù))時(shí)，實(shí)際上指圖AN。另外，本附錄中的附圖標(biāo)記指圖A4至A12中的標(biāo)記。圖4示出了大位移主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)100’、500’的示意圖。所述驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括電機(jī)10、 夾具外殼12、伸縮管14a-14c、軸承殼16、穩(wěn)固裝置18和主軸頭20。所述伸縮管14a-14c 由軸承殼16互相分隔。在圖4公開(kāi)的實(shí)施例中，所述伸縮管14a-14c由電機(jī)伸縮管14a、中間伸縮管14b和銑削伸縮管Hc組成。所述伸縮管Ha-Hc是包覆動(dòng)力軸22a_22c的外殼套筒(見(jiàn)圖5)。與伸縮管14a-Hc的命名原則類似，所述軸由電機(jī)軸22a、中間軸22b和銑削軸22c組成。雖然以上說(shuō)明中公開(kāi)的實(shí)施例包括三個(gè)伸縮管Ha-Hc和軸22a_22c，有經(jīng)驗(yàn)的讀者應(yīng)理解的是，本發(fā)明并不限于這種情況，從而在替代實(shí)施例中，本發(fā)明可包括η個(gè)伸縮管和軸，在η > 1的情況下，本發(fā)明進(jìn)一步包括將伸縮管和軸分隔的η-1個(gè)軸承殼16。在圖5顯示的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的剖面圖中可以看出，所述電機(jī)10具有旋轉(zhuǎn)輸出裝置10a， 所述旋轉(zhuǎn)輸出裝置IOa具有非圓形恒定橫截面，并與布置在夾具外殼12內(nèi)的夾具組件1 中的插座接合。所述夾具組件12a固定在電機(jī)軸22a的近端，使扭矩以無(wú)振動(dòng)且基本無(wú)彈性的方式從旋轉(zhuǎn)輸出裝置IOa傳遞到電機(jī)軸22a。圖6顯示了夾具組件12a的更詳細(xì)視圖。優(yōu)選地，使用角度靈活的聯(lián)軸器12b，所述聯(lián)軸器12b包括交替地夾持于動(dòng)力軸2 和夾具1 的空心層狀圓盤。另外，所述夾具組件1 可包括機(jī)械和/或電氣裝置，以監(jiān)控和限制傳遞到電機(jī)軸22a的扭矩。例如，可采用扭矩限制器(未顯示)，以防止過(guò)載情況的發(fā)生，從而防止對(duì)傳輸線下方的部件造成損壞。所述軸22a_22c包括空心柱形管，并延伸離開(kāi)伸縮管14a_14c的孔14d內(nèi)的夾具組件。處于角剛度(angular rigidity)的原因，所述伸縮管14a-Hc應(yīng)具有盡量大的直徑， 使其構(gòu)造為管壁相對(duì)較薄的管。在相對(duì)于夾具組件12a的遠(yuǎn)端，所述電機(jī)軸2 包括軸聯(lián)軸器23(見(jiàn)圖7)，所述軸聯(lián)軸器23容納布置在軸承殼16內(nèi)的水平軸102的一端。所述水平軸102具有非圓形橫截面，并與相應(yīng)的軸聯(lián)軸器23接合，從而使其以驅(qū)動(dòng)方式連接，使扭矩在無(wú)滑移的情況下從旋轉(zhuǎn)電機(jī)軸2 傳遞到水平軸102。在圖7公開(kāi)的實(shí)施例中，所述水平軸102的端部具有花鍵，端部的花鍵與軸22a-22c的端部的相應(yīng)凹槽接合。軸向弓形分段孔23a使聯(lián)軸器23的靠近軸102的花鍵的壁變薄。螺紋孔2 與軸向孔23a相交，使平頭螺釘(未顯示)將薄壁夾緊在水平軸102上，從而消除其間的旋轉(zhuǎn)連接的任何松弛部分， 同時(shí)仍然保持同心度。伸縮管壁中的徑向孔運(yùn)行鑰匙插入，以操作所述平頭螺釘。所述水平軸102具有軸頸，以通過(guò)軸承25而在軸承殼16的孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)。軸承護(hù)圈可將軸承25保持在適當(dāng)位置。將所述軸承殼16密封，以防止多余材料進(jìn)入并中斷運(yùn)行。 考慮被支撐的部件的尺寸，所述軸承較小。但出于兩個(gè)原因，這一點(diǎn)非常必要。首先，將由軸承吸收的力較小，基本上僅包括動(dòng)力軸22和水平軸102的重量。其次，軸承較大，要求的預(yù)負(fù)荷也較大，以縮短不可避免的齒隙。因此，小軸承可吸收正在產(chǎn)生的較小力，并且再次地，要求的預(yù)負(fù)荷較低，這意味著其運(yùn)行相對(duì)自由。但是，當(dāng)軸承較小時(shí)，僅指體積較小，而不是直徑較小；直徑盡可能大，以保持系統(tǒng)的角剛性。實(shí)際上，所述軸承的直徑不應(yīng)是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的任何部分中的最小直徑。特別地，所述軸承應(yīng)大于聯(lián)軸器23，在本實(shí)施例中，所述聯(lián)軸器23的直徑最小，因此對(duì)于特定扭矩，潛在扭轉(zhuǎn)最多。因此，所述軸承的外徑優(yōu)選至少為 50mm，外徑與內(nèi)徑的差至少為10mm。實(shí)際上，在一個(gè)實(shí)施例中，外徑為65mm，外徑與內(nèi)徑的
12差為15mm。但是這取決于軸承殼16的外徑DH，從而軸承外徑％與軸承殼外徑 的比值R 優(yōu)選為30%至60%。本實(shí)施例中的軸承殼外徑為150mm (R = 0. 43)。此外，軸承外徑和內(nèi)徑的差(Db-Dbi)優(yōu)選為DB ((Db-Dbi)/Db = 0. 23)的10%至30%。優(yōu)選地，所述軸承殼的外徑A為50mm至200mm。毫無(wú)疑問(wèn)，這也是管的孔的內(nèi)徑。所述管的長(zhǎng)度(L)優(yōu)選為至 5m，由此刀具直徑與位移(Dh/L)的比為1/100至1/10，優(yōu)選為1/60至1/20。所述軸承殼16還包括通過(guò)多個(gè)螺釘沈附接于軸承殼16的外表面的多個(gè)接觸板 M。當(dāng)附接所述接觸板M時(shí)，所述螺釘26的螺釘頭位于接觸板M的螺釘孔Ma內(nèi)較深的位置。所述螺釘26相對(duì)于管軸線1徑向布置在螺釘孔Ma內(nèi)。這種設(shè)置可使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的操作人員具有一些靈活性以通過(guò)(例如)研磨而減小接觸板M的厚度，但不干擾螺釘26， 因此不會(huì)對(duì)接觸板M附接至軸承殼16的牢固附接產(chǎn)生影響。操作人員在微調(diào)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)可能希望進(jìn)行該步驟，以加工具有特定內(nèi)徑的工件。同樣，當(dāng)然，所述接觸板可填上墊片，以增加直徑。所述軸承殼16通過(guò)與管軸線平行的螺栓30固定于伸縮管14a_14c。使用者可通過(guò)軸承殼16內(nèi)的凹口 28插入螺栓30。接觸板M擰到適當(dāng)位置時(shí)，所述凹口 28由接觸板 24覆蓋，防止螺栓30進(jìn)一步插入。所述軸承殼16可進(jìn)一步包括與伸縮管14a_14c內(nèi)的類似通道排在一起的交叉鉆孔。通過(guò)伸縮管Ha-14c和軸承殼16連接的所述交叉鉆孔通道可用于為主軸頭20提供冷卻空氣，并從刀頭上吹掉廢料，防止加工工藝對(duì)廢料重新加工，這會(huì)縮短刀頭壽命，增加功率要求。還可為主軸頭20提供潤(rùn)滑劑，以將運(yùn)行溫度保持在可接受的水平，并確保在其運(yùn)行壽命期間進(jìn)行適當(dāng)潤(rùn)滑。所述主軸頭20可穿過(guò)電氣接頭而使電氣接頭連接換能器，以測(cè)量由于加工扭矩或主軸頭所需的任何其他形式的電氣控制對(duì)組件產(chǎn)生的扭矩/振動(dòng)或扭轉(zhuǎn)角度。在某些方面，所述主軸頭20的輸入/輸出比符合主軸速度和扭矩所需的最佳工藝要求。在圖8中可以看出，所述銑削伸縮管14c通過(guò)多個(gè)螺栓34(圖8中僅一個(gè)螺栓34 可見(jiàn))連接至轉(zhuǎn)接板32上。使用者可通過(guò)銑削伸縮管14c中的凹口 36插入所述螺栓34。 在所述銑削伸縮管14c內(nèi)，銑削軸22c通過(guò)另一個(gè)成角度的軸向的靈活(但徑向上具有剛性)的聯(lián)軸器22d與刀具輸入軸38連接，如同電機(jī)軸2 與電機(jī)輸出裝置IOa之間的上述聯(lián)軸器12b —樣。實(shí)際上，理想的是每個(gè)動(dòng)力軸22與軸承軸102之間都設(shè)有這種聯(lián)軸器。 所述刀具輸入軸38具有非圓形恒定橫截面(例如，具有花鍵)，并與銑削軸22c的對(duì)應(yīng)聯(lián)軸器23接合，使兩者38、22c以驅(qū)動(dòng)方式連接(如同平頭螺釘和弓形槽(未顯示)一樣夾緊，如上所述)。所述轉(zhuǎn)接板32的內(nèi)徑大于刀具輸入軸38的外徑，但小于銑削伸縮管Hc 的外徑。所述轉(zhuǎn)接板32包括第一段32a、第二段32b和第三段32c。所述第一段32a的外徑與銑削伸縮管14c基本上相等。所述第二段32b從第一段3 沿刀具輸入軸38的長(zhǎng)度延伸，第二段外徑小于第一段32a。所述刀具輸入軸38具有軸頸，以由兩組環(huán)形軸承40在轉(zhuǎn)接板32的孔內(nèi)旋轉(zhuǎn)。所述轉(zhuǎn)接板32具有保持環(huán)形軸承40的螺釘33，使其根據(jù)需要而被預(yù)加負(fù)荷。組裝系統(tǒng)時(shí)，所述穩(wěn)固裝置18在第二段32b上開(kāi)縫，并用螺栓42a (圖8中僅一個(gè)螺栓4 可見(jiàn))附接在第一段3 上。間隔件(或墊片)43將穩(wěn)固裝置與第一段3 分隔， 并被螺栓4 在其間緊緊固定。一旦所述穩(wěn)固裝置18附接在轉(zhuǎn)接板32之后，所述主軸頭
1320可安裝到從穩(wěn)固裝置18伸出的第二段32b的剩余的第三段32c上。所述主軸頭20由螺栓42b (圖8中僅一個(gè)螺栓42b可見(jiàn))附接至穩(wěn)固裝置。使用者可通過(guò)穩(wěn)固裝置18的表面內(nèi)的凹口 44插入螺栓42a、42b。注意到，所述主軸頭20僅固定在穩(wěn)固裝置18上，不直接擰在轉(zhuǎn)接板32上，因此，如果沒(méi)有設(shè)置螺栓42a，主軸頭20和穩(wěn)固裝置18將繞管軸線1相對(duì)于轉(zhuǎn)接板32 —起自由旋轉(zhuǎn)。在圖8公開(kāi)的實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)接板32包括通道46a，其將銑削伸縮管Hc的交叉鉆孔通道46b與主軸頭20的交叉鉆孔通道46c連接。通道46a-46c可通過(guò)鉆孔成形，其中端部可由封口 47密封，以形成期望的通道路徑。所述路徑包括主軸頭20內(nèi)的圍繞轉(zhuǎn)接板的第三段32c的圓槽46d。因此，鉆孔46a可與通道46c連接，無(wú)論主軸頭相對(duì)于轉(zhuǎn)接板的旋轉(zhuǎn)方向是否繞刀具輸入軸38的軸線1。所述穩(wěn)固裝置18與通道46a_46c的系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)置。所述穩(wěn)固裝置用于向工件內(nèi)部推動(dòng)多個(gè)滾珠軸承觸點(diǎn)48，并向相反側(cè)推動(dòng)主軸頭20。這確保了材料去除的一致深度， 增加了剛性，并且減少了主軸頭20和刀具的振動(dòng)?？蓞⒄?qǐng)D9更好理解所述穩(wěn)固裝置18。在圖9中，所述滾珠軸承48安裝在加載在彈簧52上的插座50內(nèi)。插座50’由螺釘M保持，并通過(guò)可選擇性地增加插座50’的視厚度(apparent thickness)的平頭螺釘 51而防止產(chǎn)生插座50及其滾珠軸承48’的徑向移動(dòng)。相反地，因?yàn)闆](méi)有設(shè)置平頭螺釘，或平頭螺釘從插座50”內(nèi)的對(duì)應(yīng)孔53中抽出，所以剩余的滾珠軸承48”可自由地相對(duì)于彈簧 52上相應(yīng)的插座50”徑向移動(dòng)。期望的是，固定滾珠軸承48’與工件的內(nèi)部接觸(與刀具頭相對(duì))，以抵抗其移動(dòng)。圖9顯示的滾珠軸承裝置使得工件上運(yùn)行的刀具頭產(chǎn)生的與管軸線1垂直的力在所示的大約10:00位置受到剛性抵抗。出于下文將進(jìn)一步說(shuō)明的原因，將所述穩(wěn)固裝置18(也稱為測(cè)量裝置)繞轉(zhuǎn)接板 32上的軸線1的旋轉(zhuǎn)位置設(shè)為無(wú)窮變量。至少應(yīng)理解的是，所述滾珠軸承觸點(diǎn)48布置在相對(duì)于轉(zhuǎn)接板的任何(或至少，多個(gè)不同的)角度方位。將穩(wěn)固裝置18夾緊在轉(zhuǎn)接板32上的螺釘42a、42b布置在轉(zhuǎn)接器的孔內(nèi)，它們布置在四個(gè)象限12 00、03 00、06 00和09 00上。 圖9的穩(wěn)固裝置18具有七個(gè)角度等分的滾珠軸承觸點(diǎn)48，它們互相間隔51. 4°，這意味著，任何觸點(diǎn)48與一個(gè)象限之間具有五個(gè)不同的角，S卩，0° ；&1 = 51.4° ; =(90-51.4) =38. 6° ；a3 = (2ar90) = 12. 9 和 ει4 = (90-ara3) = 2a3 = a/2 = 25. 7°。因此，如果用于容納螺釘42a、42b的穩(wěn)固裝置內(nèi)的孔徑41為弓形，以軸線為中心，并允許最低12.9° 的調(diào)節(jié)，則可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固裝置相對(duì)于轉(zhuǎn)接器32的所有角位置。實(shí)際上，在一般情況下，如果螺釘42b的數(shù)量為m且滾珠軸承48的數(shù)量為X，那么弓形槽41的最小圓周范圍ρ可由ρ = 360° /(^(m, χ))得出，其中，ΑΟιι,χ)是基于m和χ值的某個(gè)函數(shù)，可返回穩(wěn)固裝置18相對(duì)于刀具頭20及其刀架60的可能的不同方位的數(shù)量。同樣，穿過(guò)η個(gè)螺釘42b的弓形槽41的最小圓周范圍q取決于多項(xiàng)因素，包括已經(jīng)確定的范圍P和螺釘42a、42b的數(shù)量m和η。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員可確定達(dá)到刀頭輸出裝置60相對(duì)于轉(zhuǎn)接板32和端部套筒14的任何角度方位以及滾珠軸承48相對(duì)于刀頭輸出裝置60的任何角度方位兩者所需的因素。為了進(jìn)行下文說(shuō)明，存在這些調(diào)整可能性。但是，在圖8中可以看出，所述刀具輸入軸38在主軸頭20內(nèi)終止。在所述輸入軸38的終止端，第一螺旋傘齒輪56與刀具輸出軸60上對(duì)應(yīng)的(complimentary)第二螺旋傘齒輪58接合。所述刀具輸出軸60與主軸頭內(nèi)的刀具軸線2平行布置，與刀具輸入軸38和管軸線1垂直。所述第二傘齒輪58由螺釘 64和銷釘66固定在刀具輸出軸60的下端。共同地，所述螺釘64和銷釘66分別防止傘齒輪58發(fā)生相對(duì)于刀具輸出軸60的意外軸向移動(dòng)和剪切移動(dòng)。所述刀具輸出軸60具有軸頸，以由主軸頭20內(nèi)的兩對(duì)軸承68a、68b旋轉(zhuǎn)。所述刀具輸出軸60的下端60a設(shè)置在主軸頭20的下部20a的孔徑72內(nèi)。所述兩對(duì)軸承68a、68b保持在適當(dāng)位置，由墊圈組和相關(guān)螺釘70a、70b預(yù)加載。所述墊圈70a、 70b在其間將軸承68a、68b的外圈擠壓在主軸頭20的內(nèi)凸緣20c上。所述內(nèi)圈被擠壓在輸出軸60的凸緣60c、墊片60d和傘齒輪58之間。但是，墊片58a插入并確定傘齒輪58的軸向位置(相對(duì)于刀具輸出軸60的軸線幻。這一點(diǎn)非常重要，可使齒輪58與傘齒輪56精確嚙合。實(shí)際上，同樣地，所述墊片43的厚度確定了傘齒輪56的軸向位置(相對(duì)于刀具輸入軸38的軸線1)。所述刀具輸出軸60的上端60b通過(guò)主軸頭20的上部而伸出。所述上端 60b包括用于牢固容納刀具頭并將扭矩傳遞到刀具頭的刀具主軸62。其連接方式已知，不需要進(jìn)一步說(shuō)明?？筛鶕?jù)圖10更好理解用于加工工件的內(nèi)表面74的方法。所述工件(空心鋼筒，用于形成螺桿泵和螺桿電機(jī)的定子)套裝在主軸頭20和伸縮管Ha-Hc上。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)工件在滾珠軸承上方穿過(guò)時(shí)，所述滾珠軸承48刻入或凹進(jìn)工件的內(nèi)表面74。因此，這種刻入有利于工件在滾珠軸承48上方進(jìn)一步通過(guò)，優(yōu)選地，工件在套裝到伸縮管Ha-Hc 上時(shí)繞管軸線1旋轉(zhuǎn)。如果該操作完成，則刻線將能在以后的操作中(下文進(jìn)一步說(shuō)明) 引導(dǎo)工件在滾珠軸承48上方通過(guò)，刻線形成軌道以供滾珠48重復(fù)地跟隨。當(dāng)工件處于適當(dāng)位置時(shí)，工件的長(zhǎng)軸(“工件軸線”)基本上與管軸線1同心，主軸頭20從工件的鄰近電機(jī)10的相反一端處的開(kāi)口端伸出。隨后，第一淺寬銑削刀具頭1(圖10)插入刀具主軸62并固定在適當(dāng)位置，所述電機(jī)10啟動(dòng)。當(dāng)所述刀具頭I旋轉(zhuǎn)時(shí)，刀具100’、500在遠(yuǎn)離工件的方向沿管軸線1平移，工件同時(shí)繞管軸線1旋轉(zhuǎn)。第一銑削刀具頭I的厚度為T，寬度為W，且在與刀具軸線2垂直的角度查看時(shí)，橫截面為矩形(具體見(jiàn)下文)。當(dāng)所述工件相對(duì)于刀具頭I平移時(shí)，刀具頭 I在內(nèi)表面74內(nèi)銑削螺旋槽。在第一通(first pass)之后，即，刀具頭進(jìn)行了平移使得從工件一端到另一端銑削出凹槽時(shí)，移除刀具頭I，工件再次放置在伸縮管Ha-Hc上方，在執(zhí)行第二通之前，重新插入刀具頭I。應(yīng)注意的是，在刀具100’、500重新放置在工件內(nèi)之后，不必移除和重新插入刀具頭。相反，所述刀具可簡(jiǎn)單地返回至工件，刀具頭I跟隨著在前期銑削操作期間形成的凹槽的路線移動(dòng)。實(shí)際上，在這種情況下，電機(jī)將繼續(xù)操作以確保刀具頭無(wú)阻礙(jamb)。所述工件可繞軸線1被標(biāo)記小量的刻度，以達(dá)到兩個(gè)潛在的預(yù)期優(yōu)點(diǎn)。第一個(gè)可以使得所述刀具頭對(duì)中地跟蹤凹槽切削，應(yīng)記住，無(wú)論動(dòng)力軸14的抗扭剛度如何，其在加工期間不可避免地會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，這將需要在返回通過(guò)(沒(méi)有將刀具頭對(duì)中的對(duì)應(yīng)扭轉(zhuǎn)力)時(shí)抵消。第二個(gè)可以是，確保切削實(shí)際是在返回通過(guò)期間進(jìn)行的。確保刀具與之前銑削的表面之間沒(méi)有摩擦可能僅具有很小的量即可，因?yàn)檫@會(huì)使刀具頭的邊緣變鈍。實(shí)際上，原則上來(lái)說(shuō)，沒(méi)有原因使得非要返回路徑無(wú)法完整切削新凹槽。但是，如果進(jìn)行了這樣的設(shè)置，則需要在適當(dāng)位置放置支撐件，以保持動(dòng)力軸14平直并與軸線1同心。當(dāng)所述電機(jī)10在軸向相對(duì)于工件行進(jìn)時(shí)，這些支撐件需要為可移除的。在工件旁邊， 所述支撐件需要繞軸線1延伸360°，以在所有方向支撐刀具頭，并確保軸線1的方向上僅有一個(gè)自由度。但是，一種可能的設(shè)置是鉸接抓斗式設(shè)置。僅建議前述兩種選擇(沿刀具頭凹槽重新跟蹤刀具頭，或在相反方向切削新凹槽)的目的僅在于有效利用時(shí)間，對(duì)本發(fā)明來(lái)說(shuō)并非必要特征。必要特征為，將刀具返回到其起始位置，使其可第二次或多次通過(guò)工件。在第二次通過(guò)期間，所述刀具I在工件表面74中銑削出與第一個(gè)凹槽相同的凹槽，但圓周位置不同。隨后的多次通過(guò)可形成所需數(shù)量的凹槽和突起，如果采用七個(gè)滾珠48 的支撐件，凹槽則為七個(gè)。一旦刀頭I的所有通過(guò)次數(shù)完成后，用刀頭II重復(fù)所述過(guò)程。與刀頭I相比，刀頭II的厚度和寬度較小，但穿入工件內(nèi)的深度較大(即，在徑向上與軸線1 的距離較大)。用刀頭II重復(fù)所述過(guò)程可增加凹槽的深度，從而增加凹槽之間的突起80的相對(duì)高度(參見(jiàn)圖11)。同樣，隨后用刀頭III至刀頭V的后續(xù)通過(guò)步驟可去除材料，從而在內(nèi)表面74內(nèi)形成階梯狀凹槽75a。剩余材料76(圖10中的陰影部分)可通過(guò)用合適形狀的刀具頭的額外通過(guò)一次而去除，從而形成最終輪廓78。最終的圓截面凹槽78的(“大”) 直徑為D1，由(“小”)直徑為D2的突出圓突起80進(jìn)行外切。實(shí)際上，所述突起80的輪廓使得直徑D2的圓伸入工件的表面74內(nèi)，從而在每個(gè)突起80上形成“平”冠77。當(dāng)然，“平” 冠77并非完全平坦的，而具有原始孔74的輪廓。其僅在與旋轉(zhuǎn)中心軸線1等距的方面是平坦的。雖然可以設(shè)想，具有適合形狀的刀具頭的一次通過(guò)會(huì)形成期望凹槽78和突起80， 但這種方法對(duì)刀具頭的要求非常高，會(huì)產(chǎn)生大量的長(zhǎng)切屑，有效去除長(zhǎng)切屑可能有問(wèn)題。圖 10公開(kāi)的實(shí)施例采用橫截面為矩形的刀具頭I-V時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，其他實(shí)施例使用橫截面不同的刀具頭，用于形成期望輪廓78、80。實(shí)際上，刀具頭V還可以設(shè)置成去除下方的陰影部分，因?yàn)椋瑸榱耸沟额^的寬度足以去除突起80附近的三角形材料，刀具頭的旋轉(zhuǎn)速度必須非?？煲杂行コ牧希蛐D(zhuǎn)速度必須非常慢以便去除(刀具頭V下方的) 中心部分。圖10顯示的刀具頭I-V的橫截面為矩形，由每個(gè)刀具頭形成的每個(gè)臺(tái)階之間留有連續(xù)絲線(ligament) 76a，但兩者都不是優(yōu)選的。在圖10右側(cè)，所述刀具頭I-V的輪廓與左側(cè)的輪廓在兩個(gè)方面不同。首先，每個(gè)刀具頭的直徑W較大，使其伸到最終輪廓78內(nèi)并形成最終輪廓78的一部分。其優(yōu)點(diǎn)將在下文說(shuō)明。其次，每個(gè)刀具頭的角并不尖銳，而具有平滑輪廓，使所有刀具頭I-V都通過(guò)之后的輪廓7 的內(nèi)角平滑彎曲。同樣，其優(yōu)點(diǎn)將在下文說(shuō)明。同樣，雖然所述刀具頭I至V被描述為在支架60內(nèi)徑向橫切且在徑向繞橫向軸線 2旋轉(zhuǎn)，但也存在刀頭向后傾斜的情況。這種傾斜的作用在于，由于與工件的接觸而消除運(yùn)動(dòng)零點(diǎn)(每個(gè)刀具頭的旋轉(zhuǎn)中心)。因此，雖然所示的刀架60處于相對(duì)于刀具頭的公共軸線1的徑向，傾斜也可能具有某些優(yōu)點(diǎn)。實(shí)際上，毫無(wú)疑問(wèn)應(yīng)注意的是，所述電機(jī)處于變速狀態(tài)，使刀具在適用于進(jìn)行中的任務(wù)的適當(dāng)速度下旋轉(zhuǎn)。應(yīng)注意的是，在任何情況下，所述齒輪56、58處于減速狀態(tài)。這具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為，減小了由傳動(dòng)列加載到刀具輸出軸上的扭矩，由此減小了軸承 25上的負(fù)荷。由于扭矩減小，扭轉(zhuǎn)較小，因此動(dòng)力軸剛性較大，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的減小延長(zhǎng)了刀具壽命。還說(shuō)明，傘齒輪56的直徑小，意味著齒輪58更靠近軸線1，伸入工件實(shí)心部分的可能性更小。
圖11顯示了當(dāng)向下看工件軸線1時(shí)工件300的示例橫截面。所述凹槽78和突起 80明顯可見(jiàn)。實(shí)際上，可指定工件形成泥漿電機(jī)或其他螺桿機(jī)器的定子，可用彈性材料層 302完全覆蓋，所述層302對(duì)轉(zhuǎn)子(未示出)和定子300之間的觸點(diǎn)進(jìn)行緩沖和密封。圖的插圖中顯示了突起80的放大部分。所述層302可由任何方便的方式固定，但當(dāng)前工藝包括，在施加彈性體之前沉淀一層底漆和之后的一層粘合劑。已知的是，實(shí)心物體的尖銳外角從角部泄漏涂敷在物體上的液體，因此，在采用粘合劑的情況下，粘合劑可能不足，從而影響這些尖銳邊緣上的強(qiáng)粘合。同樣已知的是，尖銳的凹陷會(huì)使得液體會(huì)積聚在凹陷內(nèi)。在采用粘合劑的情況下，這可能具有的結(jié)果是，妨礙適當(dāng)?shù)墓袒蛟黾诱澈蟿┑纳疃?，兩者都?huì)使粘合無(wú)效。另一方面，同樣已知的是，表面面積越大，表面區(qū)域越粗糙，粘合強(qiáng)度能夠越尚ο因此，由于這些原因，優(yōu)選采用曲線輪廓75b。另外，在每個(gè)刀具頭I-V的底角308 平滑彎曲時(shí)，(因此防止粘合劑積聚)，則其也伸入“最終”輪廓78。這意味著，任何時(shí)間任何絲線76a都不會(huì)將相鄰三角形76b結(jié)合。因此，當(dāng)末級(jí)刀具頭去除三角形76b時(shí)，可避免產(chǎn)生長(zhǎng)切屑顆粒。實(shí)際的最終輪廓還可在角308之間留有彎曲峰310，其再次使角為非尖銳狀，不會(huì)造成粘合劑的耗損。然而，非常有利的是，由于角308的原因，管的用于與彈性體層 302粘合的表面面積增加。因此，本發(fā)明不僅提供了用于形成定子的螺旋通道78的有效方法，還可提高彈性體層粘合在定子上時(shí)的附接強(qiáng)度。實(shí)際上，所述峰310和角308限定了突起80的側(cè)翼內(nèi)的起伏。圖11的插圖還顯示了當(dāng)?shù)毒邅?lái)回拉動(dòng)通過(guò)定子300時(shí)由滾珠48的重復(fù)跟蹤所形成的冠77內(nèi)的凹陷304。在上述加工工藝中，該凹陷起重要作用。當(dāng)?shù)毒叩谝淮尾迦肟變?nèi)時(shí)，刀具至少進(jìn)行一次，也可能進(jìn)行多次試通過(guò)，使?jié)L珠48 在孔內(nèi)確實(shí)凹進(jìn)軌跡304。這些凹陷不僅穿過(guò)表面77，還在任一側(cè)成形出凸緣30如。可在已知滾珠觀和管300的材料硬度及彈簧52施加的力的情況下根據(jù)簡(jiǎn)單計(jì)算來(lái)確定凹陷和凸緣的精確尺寸。但更重要的是，所述凹陷和凸緣在刀具對(duì)輪廓78進(jìn)行切削時(shí)抵抗刀具的扭力。所述刀具頭的反作用力處于相對(duì)于軸線1的周向，因此滾珠必須在對(duì)彈簧52進(jìn)行壓縮的凸緣30 上放置。毫無(wú)疑問(wèn)，使得凸緣產(chǎn)生任何向上移動(dòng)所需的力相當(dāng)大，因此該作用使刀具的扭轉(zhuǎn)剛度大大增加。另外，由于所述凹陷304具有滾珠48的半徑，不會(huì)在涂敷粘合劑之后造成粘合劑的積聚。所述凸緣30 為非尖銳狀，不會(huì)造成耗損。因此，這些特征也提高了彈性體層粘合到定子300的孔的強(qiáng)粘合。如圖8所示，所述主軸頭20、穩(wěn)固裝置18和轉(zhuǎn)接板32都可繞軸線1相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)。該旋轉(zhuǎn)自由度使得有關(guān)主軸頭20和穩(wěn)固裝置20的滾珠軸承48的方位的配置的所有組合都是可行的。這對(duì)建立工件的保持和最有效緩沖非常重要。所述滾珠軸承48的有關(guān)刀具配置的方位同樣重要，因?yàn)槠谕氖?，滾珠軸承48與在加工工件的內(nèi)表面74時(shí)形成的突起80相接觸并沿其放置。同樣，所述轉(zhuǎn)接板32、穩(wěn)固裝置18和主軸頭20相對(duì)于軸承殼16的可調(diào)整性可使突起80與為工件提供支撐的接觸板14接觸。優(yōu)選地，每個(gè)接觸板M在加工期間的任何時(shí)刻與至少兩個(gè)突起80接觸。圖12顯示了在工件沿管軸線1在路徑72上平移且同時(shí)繞管軸線1旋轉(zhuǎn)時(shí)突起80的穿過(guò)軸承殼16的接觸板M的路徑72。
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刀具運(yùn)行期間，可能期望的是，所述刀具頭能夠處于與工件形成任何角度的方向， 但不會(huì)干擾夾具12、12’ a。因此，可將刀頭向一側(cè)或豎直向上按壓，可最有效地清除切屑。 第二，期望的是，凹槽數(shù)量、節(jié)距和螺距都應(yīng)根據(jù)最終裝置(螺桿泵或電機(jī)或其他裝置)的要求進(jìn)行選擇。因此凹槽數(shù)量確定其間的突起數(shù)量，從而確定了測(cè)量元件48的數(shù)量。由于刀具和穩(wěn)固裝置18之間必然有軸向間隔，所以穩(wěn)固裝置的角位置必須與螺旋槽的節(jié)距和螺距緊密相關(guān)，螺旋槽的節(jié)距和螺距毫無(wú)疑問(wèn)由凹槽的數(shù)量(至少在有節(jié)距的情況下)以及管的繞刀具旋轉(zhuǎn)的相對(duì)速率和刀具拉動(dòng)通過(guò)管的拉動(dòng)速率而確定。替代實(shí)施例可在主軸頭20、穩(wěn)固裝置18和轉(zhuǎn)接板32中的任何一個(gè)或全部上設(shè)有刻度，以協(xié)助使用者建立與螺旋槽78的節(jié)距P及其螺距L相關(guān)的期望配置，螺距L是特定凹槽78完整旋轉(zhuǎn)一次的長(zhǎng)度。本發(fā)明的特定實(shí)施例具有以下一個(gè)、多個(gè)或所有優(yōu)點(diǎn)a.間隔支撐的動(dòng)力軸以剛性方式保持；b.軸承殼提供支撐以保持動(dòng)力軸成直線；c.由于上述a.和b.，轉(zhuǎn)速增加；d.相比小直徑實(shí)心軸，增加了軸的截面的極二次矩；e.增加了扭矩傳遞；f.增加了軸的剛性；g.增加了功率；h.減小了質(zhì)量慣性矩；i.抵消了彎曲和偏差(橫向/軸向/角度的)；j.(由動(dòng)力軸)抵消了不均勻熱膨脹；k.裝置可通過(guò)交叉鉆孔通道而連接；1.可以容易地制造實(shí)現(xiàn)精密公差的較短部分，確保了工件的配合良好，增加剛性， 降低加工期間的振動(dòng)(增加刀具壽命)；m.易于組裝/維護(hù)；η.可根據(jù)工件長(zhǎng)度增加或移除各部分；ο.內(nèi)部穩(wěn)固裝置減少振動(dòng)，并且增加切削深度的一致性；以及p.動(dòng)力軸具有靈活性，可抵消(熱效應(yīng)產(chǎn)生的)軸向偏差和(頭的移動(dòng)和彎曲產(chǎn)生的)角偏差，可用于協(xié)助設(shè)計(jì)具有小橫截面的主軸頭，將主軸頭的旋轉(zhuǎn)中心從PTO的軸線移開(kāi)。
權(quán)利要求
1.一種用于加工構(gòu)件內(nèi)部的加工系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括 主軸系統(tǒng)，能夠定位在構(gòu)件內(nèi)，所述主軸系統(tǒng)包括外殼和布置在所述外殼內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)主軸，以及連接至所述可旋轉(zhuǎn)主軸且由所述可旋轉(zhuǎn)主軸旋轉(zhuǎn)的加工部件；電機(jī)系統(tǒng)，其與所述主軸系統(tǒng)臨近，所述電機(jī)系統(tǒng)能夠與所述主軸系統(tǒng)一起定位在所述構(gòu)件內(nèi)，并且所述電機(jī)系統(tǒng)用于驅(qū)動(dòng)所述構(gòu)件內(nèi)的所述可旋轉(zhuǎn)主軸，以旋轉(zhuǎn)所述可旋轉(zhuǎn)主軸和所述加工部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工系統(tǒng)，其中，所述電機(jī)系統(tǒng)包括電機(jī)以及連接至所述電機(jī)和所述主軸系統(tǒng)的齒輪裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加工系統(tǒng)，其中，所述構(gòu)件由材料制成，并且所述加工的作用在于材料處理和材料去除之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的加工系統(tǒng)，其中，所述電機(jī)系統(tǒng)包括兩個(gè)電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加工系統(tǒng)，其中，所述兩個(gè)電機(jī)是隔開(kāi)的，每個(gè)電機(jī)單獨(dú)連接至所述主軸系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的加工系統(tǒng)，其中，所述主軸系統(tǒng)包括連接至所述可旋轉(zhuǎn)主軸的傘齒輪，并且每個(gè)電機(jī)的輸出裝置是與所述傘齒輪嚙合的齒輪。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加工系統(tǒng)，其中，所述電機(jī)互相串聯(lián)，其中第一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)第二個(gè)電機(jī)，并且所述第二個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)所述主軸系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項(xiàng)所述的加工系統(tǒng)，其中，每個(gè)電機(jī)具有相關(guān)的齒輪裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一項(xiàng)所述的加工系統(tǒng)，進(jìn)一步包括，控制系統(tǒng)，用于控制所述電機(jī)系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括反饋回路，所述反饋回路用于感測(cè)所述系統(tǒng)的速度并用于在所述速度低于閾值速度時(shí)增加所述電機(jī)中的至少一個(gè)電機(jī)的扭矩。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工系統(tǒng)，進(jìn)一步包括，管道系統(tǒng)，具有縱向軸線并在一端連接至所述電機(jī)系統(tǒng)和所述主軸系統(tǒng)中之一且延伸到所述構(gòu)件之外并在其另一端連接至基座，其中，所述構(gòu)件和所述基座安裝于地面，使其能夠沿穿過(guò)所述構(gòu)件和管道系統(tǒng)的軸線而相對(duì)于彼此移動(dòng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的加工系統(tǒng)，進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)器，以沿所述縱向軸線相對(duì)于所述構(gòu)件而驅(qū)動(dòng)所述基座。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的加工系統(tǒng)，進(jìn)一步包括驅(qū)動(dòng)器，以繞所述縱向軸線相對(duì)于所述構(gòu)件而轉(zhuǎn)動(dòng)所述基座。
13.根據(jù)權(quán)利要求10、11或12所述的加工系統(tǒng)，其中，所述管道系統(tǒng)包括第一管件和第二管件，其中一個(gè)管件布置在另一個(gè)管件內(nèi)，兩個(gè)管件連接至所述電機(jī)系統(tǒng)和所述主軸系統(tǒng)中的所述一個(gè)，并且所述第一管件連接至所述基座； 旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，連接至所述第二管件，以相對(duì)于所述基座扭轉(zhuǎn)所述第二管件；測(cè)斜儀，連接至所述外殼，以檢測(cè)所述加工部件相對(duì)于所述縱向軸線的旋轉(zhuǎn)位置；以及控制器，根據(jù)檢測(cè)所述旋轉(zhuǎn)位置的變化，啟動(dòng)所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，以保持所述位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的加工系統(tǒng)，其中，所述第二管件與所述第一管件同心并/或處于所述第一管件內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的加工系統(tǒng)，其中，所述旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括以下之一滑輪，處于所述第二管件的端部的凸緣上，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)以繞所述縱向軸線扭轉(zhuǎn)所述第二管件；桿件，處于所述第二管件的端部上，由氣壓或液壓缸驅(qū)動(dòng)以繞所述縱向軸線扭轉(zhuǎn)所述第二管件；以及桿件，處于所述第二管件的端部上，由安裝在所述基座上的絲杠驅(qū)動(dòng)并且由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以繞所述縱向軸線扭轉(zhuǎn)所述第二管件。
16.根據(jù)權(quán)利要求11至15中任一項(xiàng)所述的加工系統(tǒng)，進(jìn)一步包括，穩(wěn)固系統(tǒng)，連接至所述主軸系統(tǒng)和所述電機(jī)系統(tǒng)中之一或兩者，且抵靠支撐在所述構(gòu)件上，借此抵抗與所述縱向軸線正交的反作用力。
17.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工系統(tǒng)，其中，所述構(gòu)件是管，所述加工部件是銑刀，所述管在被加工時(shí)形成用于螺桿裝置的定子。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的加工系統(tǒng)，其中，所述定子是井下工具的定子，優(yōu)選為電機(jī)的定子。
19.一種用于加工構(gòu)件的方法，所述方法包括在構(gòu)件內(nèi)定位根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的加工系統(tǒng)；以及給所述電機(jī)通電，以驅(qū)動(dòng)所述可旋轉(zhuǎn)主軸，使所述加工部件加工所述構(gòu)件。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述加工部件是銑刀，并且所述加工包括去除所述構(gòu)件的材料。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的方法，其中，所述加工系統(tǒng)如權(quán)利要求9、或如從屬于權(quán)利要求9的權(quán)利要求10至18中的任一項(xiàng)中所述，所述方法進(jìn)一步包括當(dāng)所述系統(tǒng)的速度降低至低于閾值速度時(shí)，增加由所述電機(jī)中的至少一個(gè)所施加的扭矩。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述方法用于將構(gòu)件制造成用于井下電機(jī)的定子，所述方法進(jìn)一步包括，加工所述構(gòu)件以形成用于井下電機(jī)的定子。
全文摘要
公開(kāi)了加工系統(tǒng)(10、20、30、40、50、60、70、90；圖1-9)及使用所述加工系統(tǒng)在構(gòu)件(T)內(nèi)去除材料或進(jìn)行材料處理的方法。每個(gè)系統(tǒng)具有主軸(12)，主軸在操作期間由可定位在構(gòu)件(T)內(nèi)的一個(gè)電機(jī)(17、17”；圖1-3&9)或多個(gè)電機(jī)(17a&17b；圖4-7)驅(qū)動(dòng)。為了對(duì)扭轉(zhuǎn)切削力提供增強(qiáng)阻力，優(yōu)選實(shí)施例(90；圖9)包括兩個(gè)同心管件(95、94)，其中一個(gè)同心管件(94)由致動(dòng)機(jī)構(gòu)(110A、HOB或HOC；圖10A、10B和10C)旋轉(zhuǎn)，以便為另一個(gè)同心管件(95)施加預(yù)應(yīng)力。另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例(圖9)包括穩(wěn)固支撐件(9”、18；圖9或A9)，以將系統(tǒng)(90)支撐在構(gòu)件(T)內(nèi)。包括傳感器(43a、43b)和控制機(jī)構(gòu)(42)的控制系統(tǒng)(42、43a、43b；圖4)可將主軸(12)保持在所需速度。所述加工系統(tǒng)可用于在管或管件(T)內(nèi)加工螺旋槽(84；圖8)，從而制造用于井下電機(jī)的定子(80；圖8)。
文檔編號(hào)E21B4/02GK102202823SQ200980143369
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月29日
發(fā)明者韋斯利·威爾莫特 申請(qǐng)人:國(guó)民油井華高有限合伙公司