现有技术公开了许多传统的延长工作距离(reach，作用范围) 的直角加工系统，对于从构件内部去除材料的某些应用，一些系统 具有有限的工作距离(例如，大约1米或40英寸)并且具有较大的 外部尺寸(例如，大约13厘米或5英寸)。某些具有延长工作距离 的主轴臂(由单件式的轴和壳体制成)的现有系统由于共振和振动， 以及由于制造这种系统的方法中的各种缺点，而存在问题。
某些传统的直角加工头设计适合于多种应用，但是，一些工作 距离超过40英寸的系统不能达到预期效果。一些现有系统的轴尺寸 导致形成了在任一端处由轴承支撑的相对长的轴，这样的轴具有较 低的临界速度。即使在较低速度下，轴系统的弯曲或下垂也可能导 致轴的振荡。由于壳体尺寸和轴承位置直径的原因，一体式的轴布 置可能具有较小的横截面积，这会限制扭矩并减小扭转刚度。通常， 促使在高转速下运转的相对长的一体式轴平衡可能是不实际的。由 于需要扭转刚度以防止失效，并且如果周期性振动传递至主轴头， 那么，某些现有系统的主轴中的振动会缩减刀头(tool bit)寿命和 主轴头寿命。
制造一体式轴会在加工精度(例如，关于同心性、圆形度、平 直度和平行定位面)上产生相当严重的制造问题。相对长的轴和壳 体的不同热膨胀会在轴承上产生过多的负载，或在工作过程中引起 振荡。对于某些相对长的轴，为轴上的切割头提供辅助保养存在困 难，例如，为齿轮箱提供冷却/润滑油；为加工工具提供冷却液；以 及去除切屑。
现有技术公开了许多用于物料去除的系统，例如，但不限于以 下供参考的文件中所公开的系统：美国专利2,372,913；3,037,429； 3,568,568；5,025,548；5,240,360；5,664,917；以及德国专利No.DT 2,120,133，它们整体结合于此以供参考。
现有技术公开了许多向下打眼的电动机、泥浆电动机、动力部 件、人造升举步进式腔体泵(progressive cavity pump)、工业步进式 腔体泵、其部件以及其制造方法，包括但不限于那些在如下文件中 公开的：美国专利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；以及于2005年4月14日公开的美国专利申请No. 20050079083和2003年5月15日公开的美国专利申请No. 20030089621，所有所述专利和专利申请整体结合于此以供参考。
本发明人认识到有以下需求：用于物料表面修整、表面处理或 从构件内部去除物料的有效且高效的长工作距离系统，尤其是用于 形成向下打眼的电动机的定子和形成这种定子的内部结构的系统和 方法。

根据本发明，提供了一种用于物料加工(包括但不限于物料修 整加工和构件内部的物料去除)的系统和方法；并且在某些方面中， 提供了带有动力主轴的系统和方法，以执行主要表面的修整或处理 加工或物料去除加工，例如，抛光、磨光、研磨、铣削和钻孔。在 某些方面中，这些系统和方法提供这样的操作，长工作距离的动力 主轴可在工件内部的笔直/螺旋状的路径中移动，或者可在工件内部 的特定轮廓形状的路径上移动。
在某些方面中，这种系统和方法使用这样的装置，其中将旋转 动力提供给连接至工具主轴的主轴臂，上述工具主轴与主轴臂轴线 的垂线成正角或负角地倾斜，或者等于主轴臂轴线的垂线。
因此，本发明的至少某些优选实施方式的目的是，提供新的、 有用的、独特的、有效的、非显而易见的用于表面修整或用于从构 件内部去除物料的系统和方法。
因此，本发明的至少某些优选实施方式的目的是，提供新的、 有用的、独特的、有效的、非显而易见的用于从构件内部去除物料 以形成用于向下打眼的电动机的定子的系统和方法。
因此，本发明的至少某些优选实施方式的目的是，提供新的、 有用的、独特的、有效的、非显而易见的带有长工作距离动力主轴 的系统。
根据本发明，提供了一种用于加工具有管轴线的管子的内孔 (bore)的工具，所述工具包括：
a)电动机，具有带旋转输出部的壳体；
b)壳体套筒，在其近端处可连接至围绕上述输出部的电动机的 壳体；
c)壳体轴，设置在壳体套筒中，具有可连接至所述输出部的近 端；
d)第一轴承壳体，具有可旋转地轴颈支承(journalled，支承) 的第一主轴，所述第一轴承壳体的近端可安装在壳体套筒的远端上， 并且所述第一主轴的近端能够驱动性地(drivingly)连接至所述轴；
e)端部套筒(end sleeve)，在其近端处可连接至围绕第一主轴 的所述第一轴承壳体的远端；
f)端轴，设置在端部套筒中；
g)工具头，在其近端处可连接至围绕端轴的所述端部套筒的远 端，并且工具头的旋转输入部可驱动性地连接至端轴，所述电动机 输出部沿着公共轴线驱动壳体轴、第一轴承主轴、端轴和工具头输 入部；
h)改变机构，位于所述工具头中，以便将所述驱动的方向改变 成横切所述公共轴线；
i)适于容纳刀头的所述工具头的输出部；
j)量规装置(gauge means)，设置在所述工具头上，适配成在 使用中抵靠在管子的孔上，并保持工具头相对于管轴线径向地定位；
k)位于工具头输出部上的刀头；以及
l)支撑装置，设置在所述壳体套筒、第一轴承壳体和端部套筒 中的一个或多个上，并适配成在使用中抵靠在管子的孔上并支撑工 具。
本发明的优选特征
在以下讨论的特征是“优选的”、“方便的”或“在一个实施方 式中”出现，或其是“可能”出现的，这些限定条件被赋予其固有 的意义，如读者将期望的，所讨论的特征对于本发明最广泛的范围 来说不是必须的，而是可选的。
优选地，壳体套筒通过所述第一轴承壳体和至少一个中间套筒 以及至少一个中间轴承壳体而与所述端部套筒分隔开；每个所述中 间轴承壳体均具有可旋转地轴颈支承的中间主轴，并且每个中间套 筒具有设置于其中的中间轴。每个主轴可以由轴承可旋转地支承在 其轴承壳体内。
所述轴承优选地具有外径(DB)和内径(DBI)，并且所述外径 和所述内径之间的差(DB-DBI)在所述外径的10％至30％之间，轴 承外径(DB)与轴承壳体外径(DH)的比值(R)在30％至60％之 间。由于下面更全面地说明的原因，发现这种薄轴承是有利的，因 为在轴向和径向上的推力载荷相对小，因而其直径应较大，以便增 强由轴承支承的元件的扭转刚度。同样，大轴承需要更多的预载荷 以减小游动(free play)，而本轴承优选地允许一定程度的轴向运动 自由度，以适应热膨胀。
所述支撑装置优选地包括多个附设至每个轴承壳体的外表面的 接触板。从所述接触板的外部到所述轴线的径向距离可以大于从所 述轴承壳体的外表面到所述轴线的径向距离，并且也可以大于从每 个套筒的外表面到所述轴线的径向距离。优选地，每个轴承壳体可 通过其圆柱配合面而安装至每个套筒，并且所述轴承壳体通过轴向 设置的螺栓固定，经由所述轴承壳体或套筒的所述外表面中的凹槽 可接近所述螺栓。所述凹槽可容纳所述接触板，当所述接触板附设 在所述轴承壳体的所述外表面上的适当位置时，所述接触板封闭所 述凹槽，从而使得不能接近所述螺栓。
轴承壳体、套筒和工具头优选地包括交叉钻孔(cross-drilled， 横向钻孔)通道，当所述工具装配后，上述通道彼此流体连通。这 些通道可用来将流体供应至所述工具头，可能用于冷却所述工具头 和/或，在对流体加压的情况下，以使在所述工具运动时将废料从所 述工具排出。流体可以是润滑剂。因此，流体是气态的或液态的。 事实上，毫无疑问地，可以有两组通道，一组通道传输加压气体， 以将切割物料或其他废料从管子的孔中移走，而另一组通道包括切 削液，以润滑刀头并冲走切割物。
替代地，或附加地，电连接件(electrical connection)可穿过交 叉钻孔通道，以便向设置在所述工具头中的传感装置提供电力。为 了检测各种情况(包括故障情况)，这可能是理想的，从而可以调整 或暂停由工具所影响的加工或其他处理过程。
所述改变机构优选地包括第一伞齿轮和第二锥齿轮；其中，所 述第一伞齿轮围绕所述公共轴线旋转，并能够驱动性地连接至所述 旋转输入部，并且所述第二伞齿轮与所述第一齿轮啮合并围绕所述 横向轴线旋转，所述第二齿轮能够驱动性地连接至所述工具头输出 部。
事实上，工具头可包括连接在一起的第一构件和第二构件，并 且其中，所述第一伞齿轮可旋转地设置在所述第一构件中，第一构 件连接至所述端部套筒，并且其中，所述第二伞齿轮可旋转地设置 在所述第二构件中，第二构件连接至所述第一构件。
在大多数情况中，所述横向轴线垂直于所述公共轴线。然而， 明显地，该横向轴线可倾斜，并且，事实上，这在一些情况中可能 是优选的，以下进一步说明了其实例。
可通过调节装置将所述第一齿轮和第二齿轮的位置在其各自的 轴向方向上进行调节。优选地，它们螺旋伞齿轮，其益处在于一个 齿轮相对于另一个齿轮可精确定位。调节装置允许对这些伞齿轮各 自的位置进行微调，从而可消除齿隙。所述调节装置可包括用于每 个齿轮的垫片。这些垫片可轻易地替换或加工至高精度。
在一个实施方式中，所述量规装置设置在所述端部套筒与所述 工具头之间，或设置在所述端部套筒与所述工具输出部之间的所述 工具头上。在这种情况下，所述量规装置可包括在量规装置壳体中 的耐磨垫(wear pad)和将所述耐磨垫推压在所述管子的孔上的致 动器。致动器可包括由液压驱动的至少两个活塞，并且耐磨垫可被 至少一个压缩/张力弹簧拉回。
在另一实施方式中，所述量规装置设置在所述工具头的远离所 述端部套筒的一端上。然后，所述量规装置可包括量规装置壳体和 所述量规装置壳体内部的多个量规元件，每个元件均是设置在承座 (socket)中的球轴承的形式，上述承座夹持在所述量规装置壳体 中。
至少一个量规元件可以将其球轴承可弹性位移地(resiliently displaceably)安装在弹簧上，所述弹簧设置在所述承座内，并能够 径向移动，其余的所述球轴承是径向静止的。
所述径向静止的球轴承也可经由容纳所述球轴承的杯状物而装 载在弹簧上，通过设置在所述杯状物中的平头螺钉来防止所述径向 静止的球轴承在径向上移动。
事实上，所述元件可以都具有相同的结构，并且所述球轴承(那 些能够径向移动的球轴承)利用所述平头螺钉在杯状物中的布置而 能够径向移动，这些平头螺钉改变杯状物在所述量规装置壳体中的 有效深度，从而它们可被承座选择性地夹持在量规装置壳体的底部 上，以使选择的球轴承静止。
当所述工具运转时，一个或多个所述径向静止的球轴承接触管 子的与所述刀头相对的所述孔。这为工具提供了刚性支撑。理想地， 一个或两个其他的球轴承也是静止的，以阻止由旋转的刀头的反作 用引起的扭转运动，该扭转运动与公共轴线和工具横向轴线都横切。 因此，围绕刀头的包围层(envelop)的四分之一可能被径向静止的 球轴承支撑，而剩下的四分之三可能被可弹性位移的球轴承支撑， 从而能够适应所加工的管子的内轮廓的变化，同时不会使工具卡住。
虽然这里使用了术语“球轴承”，但是使用其他球形端元件(子 弹形部件)或甚至辊柱(例如，桶形元件)也是可行的，并且相应 地构造术语。
所述工具头优选地包括具有所述工具头输出部的工具板和可连 接至所述端部套筒的适配板(adaptor plate)，所述工具板和适配板 可围绕所述公共轴线相对于彼此在多个角位置中连接在一起，并且 所述量规装置壳体具有设置在所述适配板上的套筒的形式。
优选地，所述量规装置由多个(数量为m)螺钉紧固在所述适 配板上，这些螺钉穿过在所述量规装置壳体的第一凸缘中的、最小 周向延伸范围(circumferential extension，周向范围)为p°的弓形槽， 每个所述螺钉相对于所述公共轴线与下一个螺钉沿圆周隔开 (360/m)°。方便地，m是4。方便地，p是22.5°。附带地，术语“周 向延伸范围”在这里用来表示对于给定厚度的螺钉，槽所允许的旋 转角度。
所述量规装置可布置成使得所述球轴承总体上可相对于所述适 配板设置在任何角方向上。这种布置可包括在所述第一凸缘中的所 述径向槽的延伸范围和围绕量规装置壳体的量规元件的角度布置。 因此，通过松开螺钉，量规装置壳体可围绕公共轴线旋转至相对于 端部套筒和连接至其上的适配板的一个不同角位置。
优选地，有x个量规元件围绕所述量规装置壳体均匀隔开，并 且其中，所述布置是，由p＝(360/f1(m，x))°给出所述第一凸缘中的弓 形槽的最小周向延伸范围，其中，f1(m，x)是m和x的函数，在给出 了m个螺钉和x个量规元件的条件下，该函数给出了量规元件相对 于适配板的不同方向的数量。在例如具有七个量规元件和四个螺钉 的情况中，量规元件相对于端部套筒具有28个不同的角方向，并且 在凸缘中没有任何给予旋转自由度的槽。结果，在所述量规装置包 括七个围绕所述公共轴线均匀隔开的量规元件和四个穿过所述第一 凸缘的螺钉的情况下，每个所述弓形槽的周向延伸范围至少是大约 12.9°。然而，如果有数目可均匀整除的量规元件(例如八个)和四 个螺钉，那么，相对于适配板旋转量规壳体对于改变各个量规元件 的相对角位置没有影响。因此，弓形槽的延伸范围(45°)仅由量规 元件的数量决定。在具有六个量规元件和四个螺钉的情况下，则具 有十二个方向，需要30°的槽。
优选地，所述量规装置由多个(数量为n)螺钉紧固在所述工 具板上，这些螺钉穿过在所述量规装置壳体的第二凸缘中的、最小 周向延伸范围为q°的弓形槽，每个所述螺钉相对于所述公共轴线与 下一个螺钉沿圆周隔开(360/n)°。
优选地，所述量规装置布置成使得所述工具板可相对于所述适 配板设置在任何角方向上。所述布置可包括在所述第一凸缘和第二 凸缘中的所述周向槽的延伸范围(p，q)和用来固定所述第一凸缘和 第二凸缘的螺钉数量(m，n)。所述第二凸缘中的所述槽的周向延伸 范围(q)取决于多个因素，包括所述第一凸缘中的周向槽的延伸范 围(p)，工具头20、稳固装置18和适配板32之间可能具有的不同 方向的数目。
方便地，所述第一凸缘和第二凸缘中的所述槽的周向延伸范围 (p和q)是相同的。
在另一方面中，本发明提供了一种使用上面限定的工具加工管 子的内孔的方法，本方法包括以下步骤：
i)装配工具；
ii)将工具设置在管子的孔中，将该管子布置成使得当工具设 置于其中时，所述量规装置抵靠在管子的孔上，并且保持工具头相 对于管轴线径向地定位，并且使支撑装置抵靠在管子的孔上并且支 撑工具；
iii)将刀头设置在工具头输出部上；
iv)操作电动机并驱动工具穿过管子，从而使刀头在管子的孔 上工作。
优选地，所述刀头是铣削刀头(milling tool bit)选集(selection) 中的一个，选集中的每个所述刀头均具有用来在所述管子内部加工 槽的不同尺寸，每个槽均由相应的凸起(lobe)隔开。当然，如果 要实现其他操作(例如，磨光或研磨)，则相应地选择刀头。
优选地，由所述选集中的每个刀头在一系列加工行进中加工所 述孔。可由所述选集中的每个刀头从所述孔中铣削出多条平行槽。 当所述刀头在所述孔上进行加工时，管子可旋转并轴向地移动。以 这种方式，在管子中形成螺旋状槽。然而，从多个方面来看，优选 地，仅使管子旋转而使工具移动。这具有几个优点。刀头相对于重 力具有恒定的角位置，从而使得切割向下进行，以使得切割不会妨 碍刀头的后续切割动作。精确调节相同部件上的两个尺寸的布置比 仅调节两个部件中的每个部件的一个尺寸更复杂。
优选地，在步骤iii)之前执行步骤ii)，工具头穿过管子的端部 伸出并超过管子端部，并且在步骤iv)期间，将工具通过管子而收 回，以使工具在张力下运转。这也用来对任何未对准进行矫正，以 保持公共轴线的一致性。
量规装置优选地布置成使得当所述工具运转时，所述球轴承位 于所述孔的所述凸起上。在步骤ii)期间，当管子被定位在所述工 具上时，所述球轴承对所述管子的孔进行划刻(score)，从而在所 述凸起上形成轨迹，随后在步骤iv)期间形成所述凸起。在切割螺 旋状槽的情况中，理想的是在插入工具时旋转管子，从而当工具通 过管子被收回时，所述划刻就形成了螺旋状轨迹，在后续加工过程 中将跟随上述轨迹。
本发明的方法在步进式腔体泵的定子或电动机的定子的制造中 有具体应用。事实上，在该方面中，优选地：
所述刀头是铣削刀头选集中的一个，选集中的每个所述刀头均 具有用来在所述管子内部加工槽的不同尺寸，每个槽均由相应的凸 起隔开；
由所述选集中的每个刀头在一系列加工行进中加工所述孔；
由所述选集中的每个刀头从所述孔上铣削出多条平行槽；
当所述刀头在所述孔上进行加工时，所述管子旋转并轴向地移 动；并且
所述选集中的铣削刀头的径向延伸范围逐渐增加而周向延伸范 围逐渐减小，从而在所述定子中形成了步进式螺旋状槽，最终的铣 削刀头包括成形钻头(shaped bit)，从而使定子具有正弦截面轮廓。
术语“正弦”在这里不是用作数学意义，而仅是表示波状的定 性意义。事实上，在一个实施方式中，该形状由不同直径的圆交替 交叉而产生。
在又一方面中，本发明提供了用于泥浆电动机的、用于另一步 进式腔体电动机的、或用于步进式腔体泵的定子，该定子由上面限 定的方法制造。这种定子的特征在于机械加工痕迹，具体地是在凸 起的冠部(crown)上进行划刻。事实上，在步进式腔体电动机和腔 体泵的领域中，技术人员将理解，定子的内表面涂覆有弹性材料， 以减小这种电动机的转子的冲击影响，并减小限于转子和定子之间 聚集的固体材料的影响。因此，下层金属的粗糙表面(例如，量规 装置按压的凹痕)，可帮助弹性体层的粘结。
本发明认识到并致力于解决上述问题和盼望已久的需求，并在 各种可能的实施方式及其等同物中提供了针对这些问题的解决方案 和满足这些需求的方案。对于受益于本发明的实现、教导、公开和 建议的本领域技术人员来说，结合附图，从以下为了公开的目的而 给出的优选实施方式的描述中将理解其他的目的和优点。这些描述 的细节并非意在阻碍本专利的覆盖本发明的目的，而是不管其他人 以后可能如何通过增加或进一步改进的变型形式来掩盖本发明，都 能够覆盖本发明。
通过上述布置来加工孔的管子并不必须具有圆形外径。其可以 是正方形的或具有任何适于特定应用的方便的或优选的轮廓。

在下文中，将参照附图进一步描述本发明的实施方式，附图中：
图1A是长工作距离主轴驱动系统的第一实施方式的侧视图；
图1B是图1A的系统的一部分的放大侧视图；
图1C是图1B的那部分系统的横截面图；
图1D是图1B的那部分系统的横截面图；
图1E是图1A的系统的一部分的透视图；
图1F是图1A的系统的一部分的透视图；
图2A是图1A的系统的轴承壳体的横截面图；
图2B是图1A的系统的轴承壳体的横截面图；
图3是图1A的系统的内部稳定装置的端视图；
图3A是沿着图3的线A-A剖开的横截面图；
图3B是沿着图3A的线B-B剖开的横截面图；
图3C是沿着图3A的线C-C剖开的横截面图；
图3D是沿着图3A的线D-D剖开的横截面图；
图3E是沿着图3A的线E-E剖开的横截面图；
图3F是图3A所示部分的透视图；
图4是长工作距离主轴驱动系统的第二实施方式的示意图；
图5是图4的驱动系统的侧视剖面图；
图6是图4的夹具壳体和夹具组件的透视剖面图；
图7是图4的轴承壳体和平面轴(plane shaft)的透视剖面图， 它们分别连接两个延伸管和轴；
图8是图4的适配板、稳定组件和主轴头的侧视剖面图；
图9是沿着图8的稳定组件的线X-X剖开的剖面图；
图10是示出了用于在工件的内表面上加工槽的刀头和方法的 示图；
图11是在加工之后的工件的横截面图；以及
图12是图7的轴承壳体的透视图，其中示出了凸起的路径。

图1A至图1H示出了根据本发明的系统100。系统100包括驱 动滑轮126的电动机10’，滑轮126通过传动带132驱动安装在轴 130上的另一滑轮128，上述轴支承在底座134中。轴130穿过夹具 组件12’a而被支承，主轴臂组件500的近端夹在上述夹具组件中。 组件500包括第一延伸管14’。轴承壳体16’安装在第一延伸管14’ 的远端上，并且可以将更多的延伸管14’安装在轴承壳体16’的另一 端(远端)上。可以根据需要提供许多的延伸管14’和轴承壳体16’， 以实现主轴臂组件500的特定总体长度。
每个轴承壳体16’可旋转地安装一平面轴102，并且这些轴承壳 体之间支撑着延伸管14’内的动力轴(line shaft)22’。第一动力轴 22’安装在轴130上并由其驱动。主轴头20’安装在最远的延伸管14’ 上，并设置有适配板32’和稳定装置18’。标有数字144的物品表示 用于根据本发明的物料处理或物料去除的加工或方法的任何工具、 头部或附件。如图1B所示的是切割头114a。
系统100安装在底座134上。电动机安装件136(见图1E、图 1F)铰接至底座134，用于调节传动带132的张力。
在某些实施方式中，本发明提供可安装在各种已有机床上的主 轴附件，或者，其用于专门设有这种主轴的机器以用来进行主表面 处理或切割加工。这些机器，在某些方面中，例如用电动机提供其 自身的动力。在某些具体实施方式中，根据本发明的长工作距离主 轴驱动系统安装在底座、安装座、车架或滑道上，从而系统的相对 中心高度是可调节的(例如，在一个方面中，在中心与相关轴线中 可获得的行程极限之间调节)。电动机通过动力输出单元提供旋转运 动，该动力输出单元安装并容纳电动机(原动机)，并且当使用同步 传动带(timing belt)时允许张力调节。从动的同步传动带滑轮128 由轴承组件和轴130的布置刚性地支撑，上述布置向相对一侧上的 主轴传动装置提供输出。
在某些方面中，将整合至动力轴中的波纹管联接器的一半设置 在系统100(动力输出(PTO)单元)的输出部上，在上述动力轴 的任一端上具有锥形压配合连接件。因此，如果将相同的压配合锥 形连接件连接并定位在需要动力的装置上，那么任何需要旋转运动 的装置都可联接至动力输出单元。
在某些方面中，不同尺寸的主轴臂可与PTO单元互换。数字 500指示的“主轴臂组件”是用来描述使得加工操作能够进行的配 件的集合术语，包括从PTO上的夹具组件到主轴臂的稳定端(在一 些方面中，包括主轴头、适配板和稳定装置)之间的部件。可选地， 将扭矩限制器整合到自PTO单元的动力轴的第一部分中，以防止过 载情况，并由此防止传输线下的部件的损坏。
动力轴(例如，见图1D的动力轴22’)横跨轴承壳体16’之间 的距离，还提供扭转刚性的扭矩传输，并且允许轴向偏差和角度偏 差。适当的动力轴22’包括市场上可购买的动力轴。动力轴22’设置 有内部万向节，以在达到临界极限之前增加运行转速。(第一、最接 近的)输入动力轴22’在连接端处不被支撑，所有支撑都来自于PTO 单元和锥形配合夹具联接器12’a。此动力轴22’横跨至下一个轴承 壳体16’，在此处，平面轴102允许动力轴22’与集成的夹紧系统(未 示出，但是可在下面看到)连接。
带有轴承壳体16’和延伸管14’的组件500具有适合于工件的内 部尺寸的横截面，并具有等于或小于被加工工件的内部尺寸和形状 的外部尺寸。
每个延伸区段14’在两端处具有向内加工出的凹槽，它们在非 常窄的范围内同心。这些特征为轴承壳体16’的内径122提供定位， 以保持延伸模块同心。“延伸模块”包括在再一次重复以增加主轴臂 长度之前用来完成一次横跨的部件，例如，延伸管14’，加上其动 力轴22’，加上轴承壳体16’及其轴102。同心性参照例如主轴头20’ 和PTO 100，以及它们之间的所有部件。轴承壳体16’将轴102支撑 在轴承104、106上。轴承承托108、110将轴承104、106保持在适 当的位置中。密封件(例如，见图2A中的密封件112、116)安装 在轴承壳体轴102的任一端，以防止污垢或污染物进入。
延伸管14’的PCD(节圆直径)上的一列锥形孔16’a中安装有 双头螺柱17，这些双头螺柱使用螺母16’c在轴承壳体16’与延伸管 14’之间实现夹紧。螺母16’c局部容纳在螺母凹槽118中。轴承壳 体16’也在所需要对主轴头提供辅助服务(例如，压缩空气/油/电线 通道等)的尽可能多的位置处交叉钻有通道145(见图1D和图2B)， 并且在两端设置密封特征以确保没有流体(空气/液体)损失。类似 地，顺着延伸管14’的长度设置纵向孔，该纵向孔与轴承壳体16’的 交叉钻孔相连，从而完成从电动机组件100到主轴头20’的连通路 径。通过轴承壳体与延伸管之间的压缩，密封件131来密封延伸管 通道和轴承壳体。
通过管子14’和轴承壳体16’连接的交叉钻孔通道145可用于为 主轴头20’提供冷却空气，并吹走工具的废料以防止加工过程重复 处理废料，这种重复处理将缩短刀头寿命并增加动力需求。还可以 将润滑剂供应至主轴头20’，以将工作温度保持在可接受的水平上， 并确保在其工作寿命中提供足够的润滑。电连接件可经过通道而到 达主轴头20’以连接转换器，以便测量由于加工扭矩而引起的组件 的扭矩/振动或扭转角，或是任何其他形式的头部处需要的电控制。 在某些方面中，主轴头20’具有适合于主轴速度和扭矩所需要的最 优加工需求的输入/输出比。
每个轴承壳体16’(也见图2A和图2B)均为动力轴22’提供刚 性的中间支撑，以保持动力轴平直，并防止系统中出现振荡或其他 谐波。壳体16’位于工件的内表面上，其本身能够在外部被夹紧。 壳体16’与其中的轴承25’和轴22’共用公共轴线，最终保持动力轴 22’在主轴臂组件500的轴线上旋转。
可用螺钉26’将接触板24’(图1B和图2B)拧入壳体的外部。
主轴头20’包括驱动件160，其从动力轴区段22’取得运动并改 变旋转轴线(使其倾斜成正角或负角直到垂直方向)以适应处理过 程。驱动件160包括轴160a和160b以及轴承160c至160f。轴160a 具有螺旋伞齿轮160g，其与轴160b上的螺旋伞齿轮160h驱动性地 啮合。
虽然并未示出，但是可使用为单个模块化单元的工具保持系统。 这种模块化单元使用带有螺柱和螺栓紧固件的凹槽，以与轴承壳体 16’基本相同的方式紧固。
在图3至图3F中，示出了目前描述的实施方式的内部稳定装 置18’，其包括设计为朝向工件的内侧推压耐磨垫172并朝向相对 侧推压主轴头20’的气动(或液压)致动器。这确保了物料去除的 一致深度，增加了刚度，并减小了主轴头/工具的振动。稳定装置18’ 具有壳体150，其可以具有任何适当的横截面形状。带有双O形环 密封件的两个活塞174连接/桥接耐磨垫172，并用帽顶螺钉(cap head screw)176锁定在适当的位置。在工作时，耐磨垫172用壳体 150(见图3A)和活塞174保持成脊状。在工作过程中的恒定例力 期间，作用距离(actuation distance)非常小，并且耐磨垫172在壳 体150中配合良好，以便释放任何应变条件下的活塞174。一旦在 活塞174的底座出现零压力情况，那么耐磨垫172就被两个压缩弹 簧178拉回。通过转动螺栓182并向下拉弹簧保持架184以增加弹 簧178的伸展，由此实现恰当水平的预加载。如果系统被加压时位 于工件的孔之外，那么，两个止动销186防止活塞174和耐磨垫172 被推离壳体150。将主轴头20’和稳定装置18’紧固在一起的适配板 32’还确保交叉钻孔通道准确地对准。图3A示出了用于内部为圆形 的工件的内部稳定装置的实例。
弹簧178的一端由销152保持，另一端由销154保持。柱塞156 塞住活塞174下方的凹槽158。用于移动活塞174的流体(例如， 空气)经由入口161进入。O形环密封件162密封活塞/壳体界面。
螺栓166将适配板32’闩在稳定装置18’上。适配板由容纳在主 轴头20中的螺柱151和其上的螺母167闩在主轴头20’上。流体从 延伸管14’的交叉钻孔通道进入入口250，流体进而被引向连接稳定 装置18’中所有活塞的通道251以驱动这些活塞。
在本发明的范围内可使用任何稳定装置，这些稳定装置将保持 刀头114的恒定深度，减小或消除振动，抵销扭曲(扭转卷拢)和/ 或保持系统在小张力下以减小自然下垂。
以下参照图4至图12描述长工作距离主轴驱动系统的第二实施 方式。除其他差异以外，第二实施方式包括第一实施方式的轴承壳 体和稳定组件的变型。
图4示出了长工作距离主轴驱动系统100’、500’的示图。驱动 系统包括电动机10、夹具壳体12、延伸管14a至14c、轴承壳体16、 稳定装置18和主轴头20。延伸管14a至14c通过轴承壳体16而彼 此分开。在图4公开的实施方式中，延伸管14a至14c由电动机延 伸管14a、中间延伸管14b和铣削延伸管14c组成。延伸管14a至 14c是包围动力轴22a至22c的壳体套筒(见图5)。与延伸管14a 至14c的命名法相似，上述动力轴由电动机轴22a、中间轴22b和 铣削轴22c组成。虽然，上面描述中公开的实施方式包括三个延伸 管14a至14c和轴22a至22c，但是，技术人员将理解的是，本发 明不限于这种情况，从而本发明的替代实施方式可包括n个延伸管 和轴，并且对于n＞1的情况，本发明进一步包括分隔延伸管和轴的 (n-1)个轴承壳体16。
从图5所示的驱动系统的剖面图中可以看到，电动机10具有旋 转输出部10a，该旋转输出部具有非圆形恒定横截面并与设置在夹 具壳体12内的夹具组件12a中的承座接合。夹具组件12a固定至电 动机轴22a的近端，并允许将无振动的且基本非弹性的扭矩从旋转 输出部10a传递至电动机轴22a。
图6给出了夹具组件12a的更详细的视图。优选地，使用角度 灵活的联接器12b，其包括交替地夹在动力轴22a和夹具12a上的 空心薄盘。另外，夹具组件12a可包括机械装置和/或电子装置，以 监测并限制传递至电动机轴22a的扭矩。例如，可结合扭矩限制器 (未示出)，以防止过载情况，并由此防止对传输线沿线的部件的损 坏。
轴22a至22c包括空心圆柱管，并从延伸管14a至14c的孔14d 内的夹具组件延伸开。为了角刚度(angular rigidity)的目的，直径 要尽可能大，使得上述空心圆柱管能被构造为相对薄壁的管子。在 远端处(相对于夹具组件12a而言)，电动机轴22a包括联轴器23 (见图7)，其容纳平面轴102的设置在轴承壳体16内的一端。平 面轴102具有非圆形横截面并与互补的联轴器23接合，从而它们驱 动性地连接，允许在没有滑动的情况下将扭矩从旋转的电动机轴 22a传递至平面轴102。在图7公开的实施方式中，平面轴102的端 部形成花键，在此处，这些花键与轴22a至22c的端部中的互补槽 接合。轴向弓形截面的孔23a将联接器23的在轴102的花键附近的 壁变薄。螺纹孔23b与轴向孔23a交叉，并允许平头螺钉(未示出) 将变薄的壁夹在平面轴102上，从而消除它们之间的旋转连接中的 任何松弛，同时仍保持同心。延伸管的壁中的径向孔允许键进入， 以对平头螺钉进行操作。
平面轴102由轴承25支承，以便在轴承壳体16的孔中旋转。 轴承保持器可将轴承25保持在适当的位置。密封轴承壳体16，以 防止不需要的物料进入其中并干扰其操作。考虑到被支撑的部件的 尺寸，轴承较小。然而，这由于两个原因而非常必要。首先，要被 轴承吸收的力较小，实质上仅包括动力轴22和平面轴102的重量。 第二，大的轴承需要大的预载荷，以接收不可避免的反冲。因此， 小轴承能吸收产生的较小的力，其次，其需要较小的预载荷，这意 味着其可相对更自由地运转。虽然轴承小，但是，这仅表示体积 (bulk)小，而非直径小，直径应尽可能大以保持系统的角刚度。 事实上，轴承的直径不应是驱动系统所有部件中最小的。具体地， 轴承的直径应大于联接器23的直径，在本实施方式中，联接器23 具有最小直径，由此，对于给定的扭矩其最可能扭曲。因此，轴承 的外径优选地是至少50mm，外径与内径的差小于10mm。事实上， 在一个实施方式中，外径是65mm，且外径与内径的差是15mm。 然而，这取决于轴承壳体16的外径DH，从而，轴承外径DB与轴承 壳体外径DH的比值R优选地在30％至60％之间。本实例中的轴承 壳体具有150mm的外径(R＝0.43)。此外，轴承外径与轴承内径的 差(DB-DBI)优选地在DB的10％至30％之间((DB-DBI)/DB＝0.23)。 优选地，轴承壳体外径DH在50mm至200mm之间。当然，这也 是管子的孔的内径。管子的长度(L)优选地在2m至5m之间， 从而，工具直径与工作距离的比值(DH/L)在1/100至1/10，优选 地在1/60至1/20之间。
轴承壳体16还包括多个接触板24，这些接触板被若干个螺钉 26附设至轴承壳体16的外表面。当设置接触板24时，螺钉26的 螺钉头深深地位于接触板24的螺钉孔24a内。螺钉26相对于管轴 线1径向地布置在螺钉孔24a中。这种布置使得驱动系统的操作员 能通过例如研磨而灵活地减小接触板24的厚度，而不会与螺钉26 相干涉，因此不影响接触板24与轴承壳体16的固定连接。当微调 驱动系统以将工件加工成具有特定内径时，操作员可能希望这样做。 当然，类似地，可用垫片填充接触板，以增加其直径。
由平行于管轴线的螺栓30将轴承壳体16固定至延伸管14a至 14c。使用者可经由轴承壳体16中的凹槽28接近螺栓30。在用螺 钉将接触板24拧紧在适当位置时，凹槽28被接触板24覆盖，从而 防止进一步接近螺栓30。
轴承壳体16可进一步包括交叉钻孔形成的孔，这些孔与延伸管 14a至14c中的相似通道排成直线。通过延伸管14a至14c和轴承 壳体16连接的交叉钻孔通道可用于向主轴头20供应冷却空气，并 吹走刀头上的废料，以防止加工过程重复处理废料，这种重复处理 将缩减刀头的寿命并增加动力需求。还可以向主轴头20供应润滑 剂，以将工作温度保持在可接受的水平，并确保在其工作寿命中提 供足够的润滑。电连接件可经过通道到达主轴头20以连接转换器， 以便测量由于加工扭矩而引起组件的扭矩/振动或扭转角，或是任何 其他形式的头部处需要的电控制。在某些方面中，主轴头20具有适 合于主轴速度和扭矩所需要的最优加工需求的输入/输出比。
在图8中，可以看到，铣削延伸管14c通过若干个螺栓34(在 图8中仅能看到一个螺栓34)连接至适配板32。使用者经由铣削延 伸管14c中的凹槽36可接近螺栓34。在铣削延伸管14c内，铣削 轴22c通过另一个角度灵活且轴向灵活(但是径向刚性)的联接器 22d连接至工具输入轴38，该联接器与上述的电动机轴22a与电动 机输出部10a之间的联接器12b相似。事实上，理想的是，在每个 动力轴22与轴承轴102之间均具有一个这样的联接器。工具输入轴 38具有非圆形恒定横截面(例如，花键形的)，并接合在铣削轴22c 的互补联接器23中，从而上述两个轴38、22c驱动性地连接(如上 所述的那样，用平头螺钉和弓形槽(未示出)夹住)。适配板32的 内径大于工具输入轴38的外径，但小于铣削延伸管14c的外径。适 配板32包括第一区段32a、第二区段32b和第三区段32c。第一区 段32a的外径与铣削延伸管14c的外径基本相等。第二区段32b从 第一区段32a沿着工具输入轴38的长度延伸，并具有小于第一区段 32a的外径。工具输入轴38由两组环形轴承40支承，以便在适配 板32的孔内旋转。适配板32具有螺钉33，这些螺钉保持环形轴承 40并允许它们如所需要的那样进行预加载。
当装配系统时，将稳定装置18置于第二区段32b上，并由螺 栓42a(在图8中仅能看到一个这样的螺栓42a)附设至第一区段 32a。垫圈(或垫片)43将稳定装置与第一区段32a分开，并由螺 栓42a将其紧密地保持在稳定装置与第一区段之间。一旦稳定装置 18附设于适配板32，主轴头20便可安装在剩下的、从稳定装置18 伸出的第二区段32b的第三区段32c上。由螺栓42b(在图8中仅 能看到一个这样的螺栓42b)将主轴头20附设于稳定装置。使用者 可通过稳定装置18的表面中的凹槽44接近螺栓42a、42b。注意， 主轴头20仅附设至稳定装置18，并且不直接闩在适配板32上，从 而如果没有螺栓42a，那么主轴头20和稳定装置18将相对于适配 板32围绕管轴线1自由地共同旋转。
在图8公开的实施方式中，适配板32包括通道46a，该通道将 铣削延伸管14c的交叉钻孔通道46b连接至主轴头20的交叉钻孔通 道46c。通道46a至46c可由钻孔形成，其中，端部可用密封件47 密封，以产生想要的通道路径。该路径包括主轴头20中的、围绕适 配板的第三区段32c的圆形槽46d。因此，不管主轴头与适配板围 绕工具输入轴38的轴线1的相对旋转方向如何，通道46a都可与通 道46c相连。
稳定装置18独立于通道46a至46c的体系。稳定装置用来朝向 工件的内侧推压多个球轴承接触48，并朝向相对侧推压主轴头20。 这确保了物料去除的一致深度，增加了硬度，并减小了主轴头20 和工具的振动。参照图9可更好地理解稳定装置18。
在图9中，球轴承48安装在装载于弹簧52上的承座50中。 承座50’被螺钉54保持，并通过平头螺钉51来防止承座50和其中 的球轴承48’的径向运动，平头螺钉51选择性地增加承座50’的视 厚度。相反地，由于平头螺钉不存在或是从承座50”’中的相应孔53 收回，因此其余的球轴承48”可与其各自的承座50”在弹簧52上自 由地径向移动。理想的是，固定的球轴承48’接触工件的与工具头 相对的内侧，以阻止其运动。图9所示的球轴承布置使得：由在工 件上工作的刀头所产生的垂直于管轴线1的力从所示的大约10:00 位置处被刚性地阻止。
由于以下进一步说明的原因，稳定装置18(也被称为量规装置) 在适配板32上围绕轴线1旋转的旋转位置被布置为可无限变化。至 少是这种意义：即球轴承接触48可相对于适配板设置在任何(或至 少，许多不同的)角方向上。将稳定装置18夹在适配板32上的螺 钉42a、42b设置在适配板中的孔中，这些孔设置在四个四分之一 圆周处(12:00、03:00、06:00和09:00)。图9的稳定装置18具有 七个角度均匀隔开的球轴承接触48，彼此隔开51.4°，这意味着任 何球轴承接触48和一个四分之一圆周之间均具有5个不同的角度， 即0°、a1＝51.4°、a2＝(90-51.4)＝38.6°、a3＝(2a1-90)＝12.9°、以及 a4＝(90-a1-a3)＝2a3＝a1/2＝25.7°。因此，如果稳定装置中的容纳螺钉 42a、42b的孔41是弓形的，并且以轴线为中心，并允许12.9°的最 小调节量，则可以实现稳定装置相对于适配板32的所有角位置。事 实上，在一般情况中，其中有m个螺钉42b和x个球轴承48，那 么弓形槽41的最小周向延伸范围p由p＝360°/(f1(m，x))给出，其中， f1(m，x)是基于m和x的值的函数，其返回稳定装置18相对于工具 头20和其工具支架60的有可能的不同方向的数量。
类似地，n个螺钉42b所穿过的弓形槽41的最小周向延伸范围 q取决于多个因素，包括已确定的延伸范围p以及螺钉42a、42b的 数量m和n。然而，技术人员能够确定需要什么来实现刀头输出部 60相对于适配板32、以及由此相对于端部套筒14的所有角方向， 以及需要什么来实现球轴承48相对于刀头输出部60的所有角方向。
下面说明了这些调节可能性存在的原因。然而，现在返回图8， 可以看到，工具输入轴38在主轴头20内终止。在输入轴38的终止 端，第一螺旋伞齿轮56与工具输出轴60上的互补的第二螺旋伞齿 轮58啮合。工具输出轴60平行于工具轴线2设置在主轴头内，并 相对于工具输入轴38和管轴线1垂直。第二伞齿轮58由螺钉64 和榫钉66固定至工具输出轴60的下端。共同地，螺钉64和榫钉 66分别防止伞齿轮58相对于工具输出轴60的不想要的轴向运动和 剪切运动。工具输出轴60由两对轴承68a、68b支承在主轴头20 内以进行旋转。
工具输出轴60的下端60a设置在主轴头20的下部20a的孔72 中。两对轴承68a、68b保持在适当的位置，并通过垫圈和相关的 螺钉70a、70b的组来预加载。垫圈70a、70b朝着主轴头20的内 凸缘20c的方向将轴承68a、68b的外环挤压在它们之间。内环挤压 在输出轴60的凸缘60c、垫片60d及伞齿轮58之间。然而，垫片 58a介入并且决定伞齿轮58的轴向位置(相对于工具输出轴60的 轴线2)。这是重要的，以使齿轮58与伞齿轮56精确地啮合。事实 上，同样地，垫片43的厚度决定了伞齿轮56的轴向位置(相对于 工具输入轴38的轴线1)。工具输出轴60具有上端60b，该上端通 过主轴头20的上部伸出。上端60b包括用于稳固地容纳刀头并向 其传递扭矩的工具主轴62。它们的连接是已知的，因而不需要进一 步解释。
参照图10可最佳地理解一种加工工件的内表面74的方法。将 工件(空心的钢筒，其形成步进式腔体泵或电动机的定子)插在主 轴头20和延伸管14a至14c上。在一个实施方式中，当工件在球轴 承48上经过时，球轴承对工件的内表面74进行划刻或使之形成凹 痕(indent，凹口)。从而，划痕对于以后工件在球轴承48上经过是 有利的，优选地，当工件插入到延伸管14a至14c上时，工件围绕 管轴线1旋转。如果这样做的话，划痕将用来在以下进一步说明的 后续加工过程中在球轴承48上导引工件，这些划痕形成了球轴承 48可重复沿着行进的轨迹。当工件在适当位置中时，工件的长轴线 (“工件轴线”)与管轴线1基本同心，并且主轴头20在靠近电动机 10的相对端处从工件的开口端伸出。
然后，将浅且宽的第一铣削刀头I(图10)插入工具主轴62并 固定在适当的位置，进而接通电动机10。随着刀头I旋转，工具100’、 500沿着管轴线1在远离工件的方向上移动，同时工件围绕管轴线1 旋转。第一铣削刀头I具有厚度T和宽度W，并且当垂直于工具轴 线2观察时，其具有矩形横截面(但是也可以在下面看到)。当工件 相对于刀头I移动时，刀头I在内表面74中铣削出螺旋形的槽。在 第一次行进(pass)之后，即，当已经移动刀头使得从工件的一端 到另一端铣削出槽时，则拆除刀头I，将工件再一次放置在延伸管 14a至14c上方，并且在执行第二次行进之前，重新插入钻头I。应 该注意，并非必须拆除刀头进而在将工具100’、500重新在工件中 定位之后重新插入刀头。相反地，使刀头I沿着在之前铣削操作过 程中产生的槽的路线行进，则工具可简单地依照轨迹返回工件上。 事实上，在这种情况下，电动机将连续工作以确保刀头不会停止运 转。工件可围绕轴线1进行少量的位置变化，以适应两个可能想要 的效果。第一个效果可能是，刀头顺着槽切口沿中心移动，需要记 住的是，无论动力轴14的扭转刚度是多大，其在加工过程中都将不 可避免地会有一些扭曲，将需要在返回途径(此处将没有用于保持 刀头于中心处的相应扭曲)上调节上述扭曲。第二个效果可能是确 保实际上在返回途径上完成切割。由于这将具有使刀头的边缘变钝 的效果，而不仅只是逆着之前铣削的表面摩擦工具，因此可能只是 很小的量来确保上述效果。
事实上，原则上，返回路径没有理由不能完全切出新的槽。然 而，如果这样布置，那么将需要把支撑元件放置在适当的位置，以 保持动力轴14平直并与轴线1同心。当电动机1相对于工件轴向前 进时，这些支撑元件将需要是可移动的。在工件附近，支撑元件将 需要围绕轴线1延伸360°，以在所有方向上支撑工具头，并确保仅 在轴线1的方向上具有一个自由度。然而，铰接蛤壳式(hinged clamshell-type)布置将是一个可能的布置。
上述选项(使刀头顺着其槽重新收回或在相反方向上切割新的 槽)仅是为了有效利用时间的目的而建议，而对于本发明来说不是 主要的。主要的是，使工具返回至其初始位置，从而使其能够第二 次进而更多次地穿过工件。
在第二次行进中，工具I在工件的表面74中铣削出与第一个槽 相同的槽，但是处在不同周向位置处。后续的过程产生所需数量的 槽和凸起，对于七个球轴承48的支撑来说，将是7个槽。一旦用刀 头I执行了所有的行进过程，则用刀头II重复该过程。与刀头I相 比，刀头II的厚度和宽度更小，但是能更深地(即，在径向上离轴 线1更远)穿透到工件中。用刀头II重复上述过程可使槽深度变深， 从而增加槽之间的凸起80的相对高度(见图11)。类似地，用后续 的刀头III至V进行进一步的行进过程以去除物料，从而在内表面 74中形成阶梯状槽75a。可用适当的成形刀头通过另外的行进过程 来去除剩余材料76(图10中的阴影)，以形成最终轮廓78。产生的 圆形截面槽78具有(较大的)直径D1，并且被直径为D2(较小的) 的突出的圆形凸起80外接。事实上，凸起80的轮廓使得直径D2 的圆伸入工件的表面74中，从而在每个凸起80上形成“平的”冠 部77。当然，上述冠部实质上并不是平的，而是具有初始的孔74 的轮廓。只有在离旋转中心(轴线1)等距这层意义上，才说上述 冠部是平的。
虽然可以认为，使用适当的成形刀头的单次行进会产生想要的 槽78和凸起80，但是，这种方法将对刀头要求非常高，并将产生 大量长切屑，有效去除这些长切屑是有难度的。虽然，图10公开的 实施方式使用具有矩形横截面的刀头I至V，但是，技术人员将理 解，其他实施方式将包括使用带有不同横截面的刀头来产生期望的 轮廓78、80。事实上，也可布置刀头V，以去除其下方的阴影部分， 由于为了用足够宽的刀头来去除凸起80附近的三角形物料，刀头将 必须旋转得足够快以有效去除这些物料，或旋转地足够慢以去除中 心部分(刀头V下方)。
虽然图10示出刀头I至V具有矩形截面且在由每个刀头产生 的各个阶梯之间留下连续系带(continuous ligament)76a，但这些 都不是优选的。在图10的右侧，刀头I至V的轮廓与左侧轮廓在两 个方面上不同。首先，每个刀头的直径W更大，从而它们延伸至最 终轮廓78中，并形成了最终轮廓的一部分。下面将解释此效果。其 次，每个刀头的拐角不尖锐，而是具有平滑的轮廓，从而在所有刀 头I至V行进之后，轮廓75b的内拐角平滑地弯曲。同样，下面进 一步解释此效果。
同样，虽然刀头I至V被描述为径向地横过保持架60，并围绕 径向横向轴线2旋转，但是有使刀头向后倾斜的情况。这种倾斜的 效果是使静止状态点(每个刀头的旋转中心)不与工件接触。因此， 尽管工具保持架60被示出为相对于工具头的公共轴线1是径向的， 但是，倾斜的话也可能具有一些优点。
事实上，当然要注意，电动机是可变速的，从而使工具以对于 正在进行中的任务来说适当的速度旋转。注意，在任何情况下，齿 轮56/58都是减速的。这具有一些作用。首先是，其减小了加载在 驱动系上直到工具输出轴上的扭矩，从而减小了轴承25上的负载。 扭矩减小的结果是扭曲更少，从而动力轴表现得刚度更大，并且减 小了扭转振动，这延长了工具寿命。这还意味着伞齿轮56的直径较 小，意味着齿轮58能更靠近轴线1并不太可能伸入工件的实心截面 中。
图11示出了从工件轴线1向下看的工件300的横截面的实例。 可清楚地看到槽78和凸起80。事实上，工件可被预定为形成泥浆 电动机或其他步进式腔体机的定子，并且可最终涂覆有弹性材料层 302，该弹性材料层缓冲并密封转子(未示出)与定子300之间的接 触。在附图的插图中示出了凸起80的局部放大部分。可通过任何方 便的手段来附着层302，但目前的程序包括：在施加弹性体之前， 沉积一层打底层，随后沉积一层粘合剂。众所周知，实心物体的尖 锐外拐角使施加在物体上的液体远离拐角流出，从而在使用粘合剂 的情况下，可能出现粘合剂不充足而无法实现这种尖锐边缘处的牢 固粘结。同样众所周知的是，尖锐的凹痕导致液体汇集到凹痕中。 在使用粘合剂的情况下，这可能具有阻止完全固化或增加粘合剂深 度的效果，每一种情况都可能导致无效粘结。另一方面，同样众所 周知的是，表面积越大，表面积越粗糙，那么粘结强度就越大。
因此，由于这些原因，弯曲轮廓75b是优选的。此外，虽然每 个刀头I至V的底角308是平滑弯曲的，(从而防止粘合剂汇集)， 但是该底角也会插入“最终”轮廓78中。这表示在邻近三角形76b 处决不会有任何系带76a相连。因此，当最终刀头去除三角形76b 时，可避免长切屑颗粒的形成。实际的最终轮廓也可能使弯曲峰点 310处在拐角308之间，上述拐角同样没有尖锐到导致粘合剂的损 耗。然而，这在以下方面非常重要，由于拐角308，管子的用于粘 接至弹性体层302的表面积增加。因此，本发明不仅提供了一种用 于形成定子的螺旋通道78的有效方法，还可以在弹性体层附着至其 上时提高弹性体层的连接强度。事实上，峰点310和拐角308在凸 起80的侧翼(flank)中限定出起伏形状。
图11的插图中还示出了其冠部77中的凹痕304，凹痕304是 在工具前后移动通过定子300时，球轴承48的重复轨迹运动中产生。 此凹痕在上述加工过程中是重要的。
当工具第一次插入孔中时，工具完成至少一个(可能多个)试 验行进(trial pass)，从而球轴承48在孔中加工出凹痕轨迹304。这 些凹痕不仅穿透表面77，还在任一侧上型锻出唇缘304a。在知道球 轴承48和管子300的材料的硬度以及由弹簧52施加的力的情况下， 可基于简单的计算而确定凹痕和唇缘的精确尺寸。然而，更重要地， 凹痕和唇缘在抵抗工具扭曲的同时切割出轮廓78。刀头的反作用力 相对于轴线1是周向的，因此球轴承必须拱到(ride up)唇缘304a 上方从而压缩弹簧52。当然，在唇缘上引起任何运动所需要的力是 很大的，从而此效果导致工具的扭转刚度显著增加。
顺便提及，因为凹痕304具有球轴承48的半径，所以当粘合 剂施加改变时不会引起粘合剂的汇集。唇缘304a也不会尖锐到引起 损耗。因此，这些特征还提高了弹性体层对定子300的孔的粘结强 度。
回到图8，主轴头20、稳定装置18和适配板32都可相对于彼 此围绕轴线1旋转。此旋转的自由度是这样的，其使得相对于主轴 头20和稳定装置18的球轴承48的方向而言，所有结构组合都是可 能的。这对于实现工件的最有效的减震和保持是重要的。球轴承48 相对于工具结构的方向也是重要的，因为希望球轴承48接触在加工 工件的内表面74时产生的凸起80并沿着这些凸起行进。
同样地，适配板32、稳定装置18和主轴头20相对于轴承壳体 16的可调节性允许凸起80接触对工件提供支撑的接触板24。优选 地，每个接触板24在任一次加工中都与至少两个凸起80接触。图 12示出了当工件沿着管轴线1移动同时围绕管轴线1旋转时，凸起 80在轴承壳体16的接触板24上方经过的路径72。
在工具的操作中，可能希望刀头能相对于工件以任何角度定向， 不必干涉夹具12、12’a。因此，将刀头挤压至一侧，或垂直向上地 挤压，有可能最有效地清除切屑。第二，理想地，槽、其节距及其 导程的数量都应该可根据最终装置的需求而进行选择，最终装置可 以是步进式腔体泵或电动机或其他装置。因此，槽的数量决定了它 们之间的凸起的数量，由此决定量规元件48的数量。由于工具和稳 定装置18之间不可避免地会有轴向分离，所以稳定装置的角位置必 须与螺旋槽的节距和导程紧密相关，当然所述节距和导程由槽的数 量(至少在对于节距的情况下)、管子围绕工具的相对旋转速度和工 具穿过管子的拉出速度而决定。
替代实施方式可在任何或所有主轴头20、稳定装置18和适配 板32上具有刻度，以帮助使用者来建立其想要的结构，这些结构与 螺旋槽78的节距P及其导程L(给定槽78的单个完全旋转的长度) 相关。
本发明的某些实施方式提供了如下特征中的一个、一些或所有：
a.以一定间隔支撑的刚性支持动力轴；
b.提供支撑以保持动力轴平直的轴承壳体；
c.由于上述a和b而增加的转速；
d.与小直径实心轴相比，增加的轴截面极惯性矩(polar second moment of area)；
e.增加的扭矩传递；
f.增大的轴刚度；
g.增加的动力；
h.减小的质量惯性矩；
i.对弯曲和未对准(横向/轴向/角度)的调节；
j.(通过动力轴)适应不同的热膨胀；
k.通过交叉钻孔通道可连接辅助装置；
l.方便地将短区段加工成紧密度公差是可能的，从而确保工件 的良好配合并增加刚度，以及降低加工过程中的振动(延长了工具 寿命)；
m.易于装配/维修；
n.可沿着工件长度增加或去除区段；
o.内稳定装置减小了振动并增加了切割深度的一致性；以及
p.动力轴具有适应轴向(由热作用导致)和角度(由头部运动 和弯曲导致)偏差的灵活性，并能够用来帮助将主轴头设计成具有 更小的横截面，从而使主轴头的旋转中心远离PTO的轴线。
总之，因此可以看到本发明和这里公开的实施方式非常适于实 现上述目的，并可达到所述目标。在不背离本发明的精神和范围的 前提下，可对主题进行某些改变。可以认识到，在本发明的范围内 进行改变是可能的，并且可进一步认为，每个元件或步骤均可理解 为表示所有等同的元件或步骤。可以认为，不管可能使用什么样的 形式，都旨在可尽可能宽地且尽可能合法地覆盖本发明。
在本说明书的描述和权利要求中，词语“包括”和“包含”及 其变型，例如“包括了”和“包含了”，表示“包括但不限于”，并 不旨在(也不会)排除其他组成部分、增加物、部件、整体或步骤。
在本说明书的描述和权利要求中，单数包括复数，除非在上下 文中另外要求。特别地，在使用不确定项的地方，说明书被理解为 考虑了复数和单数，除非在上下文中另外要求。
与本发明的特定方面、实施方式或实例结合在一起而描述的特 征、整体、特性、混合物、化学组成部分或组均被理解为可应用于 这里的描述的任何其他方面、实施方式或实施例，除非与这里描述 的内容不兼容。
读者的注意力关注所有与本说明书同时提交或在其之前提交 的、与本申请有关的论文和文献，这些论文和文献与本说明书一起 供公众审阅，所有这种论文和文献的内容结合于此以供参考。
本说明书中公开的所有特征(包括任何所附权利要求、摘要和 附图)、和/或由此公开的任何方法或工艺的所有步骤，能够以任何 组合方式组合，除了至少某些这种特征和/或步骤互相排斥的组合方 式以外。
本说明书中公开的每个特征(包括任何所附权利要求、摘要和 附图)，可被用于相同、等同或相似目的的替代特征替换，除非另外 明确说明。因此，除非另外明确说明，否则，公开的每个特征仅是 一系列同类的等同或相似特征中的一个实例。
本发明不限于任何上述实施方式的细节。本发明延伸至属于本 说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任 何新的特征、或任何新的特征组合，或者延伸至由此公开的任何方 法或工艺的步骤的任何新的步骤、或任何新的步骤组合。