[发明专利]主轴驱动系统及使用这种系统加工构件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于进行材料修整、材料处理和材料去除的系统和方法，包括但不限于抛光、磨光、表面处理、研磨、铣削和钻孔。在某些具体方面，本发明涉及一种系统，其中，向刀具主轴施加动力，该刀具主轴在工件内朝向主轴臂的轴线倾斜一定角度。

背景技术

现有技术公开了多种常规大位移(extended reach)直角加工系统，其中，这些系统中的一些针对某些应用在从构件内去除材料的过程中具有有限位移(例如，约四十英寸)以及大的外部尺寸(例如，约五英寸)。由于存在共振和振动并且由于用于制造这种系统的方法存在多种缺点，所以某些现有系统(其中的大位移主轴臂由整体式轴和外壳制成)存在问题。

某些常规直角加工头的设计适用于多种应用，但一些位移超过四十英寸的系统效率较低。一些现有系统的轴尺寸使轴相对较长，轴承支架处于具有低临界速度的任一端。轴系统的弯曲或下垂能够使轴产生甚至更低速度的抖动(whipping)。由于外壳尺寸和轴颈(bearing location)直径的原因，整体式轴装置具有较小横截面积，从而能够限制扭矩并降低抗扭刚度(torsional stiffness)。通常来说，在较高每分钟转数的操作中平衡相对较长的整体式轴并不实际。由于需要用抗扭刚度防止疲劳，并且如果周期性振动被传递到主轴头，则特定现有系统的主轴中的振荡缩短了刀具寿命和主轴头寿命。

整体式地制造轴，会产生加工精度(例如，有关同心度、圆度、直线性和平行定位面)上的严重生产问题。相对长的轴和外壳的不均匀热膨胀会在操作期间增加抖动或对轴承产生额外负荷。在轴相对长的某些情况下，为轴上的切削头提供附属服务较为困难，例如，为齿轮箱提供冷却/润滑油；为加工刀具提供冷却剂；以及去除切屑。

现有技术公开了用于去除材料的多种系统，例如但不限于，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所公开和涉及的内容，全部整体地结合于此，用于各种目的。

现有技术公开了多种井下电机(downhole motor)、泥浆电机、电源部分、人工升举螺杆泵、工业螺杆泵和上述系统的零件，以及用于制造上述系统的方法，包括但不限于，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2005年4月14日公开的美国专利申请No.20050079083；2003年5月15日公开的美国专利申请No.20030089621，全部整体地结合于此，用于各种目的。

我们共同待决的国际专利申请No.PCT/GB2008/001278(以本发明的发明人的名义)公开了大位移驱动装置，其中设有向延伸到待加工的构件内的固定主轴外壳，并且其中，所述主轴外壳内的旋转轴和外壳本身分成多个段，各段之间设有轴承壳，用于支撑驱动轴和保持驱动轴的同心度。另外，在刀具受驱动的刀具头处设有支撑装置，所述支撑装置将刀具头抵靠支撑在构件上，借此提供刚性极高的结构。

但是，任何大位移系统都存在一个问题，即，特定长度的材料的刚性与所述材料的截面的极二次矩(polar second moment)成正比。遗憾的是，相比横截面，构件的长度很少能充分减少以保持相对刚性。因此，对于直径较小的构件，通常较难实现具有足够刚性的系统。

因此，本发明发明人认识到，需要一种用于进行材料表面修整、表面处理或从构件内部去除材料的有效的大位移系统，特别需要用于形成井下电机的定子和这种定子的内部结构的系统和方法。

发明内容

在某些实施例中，本发明公开了用于材料加工工艺(包括但不限于，材料修整或处理工艺和构件内的材料的去除去除)的系统和方法。在某些方面，公开了这样的系统和方法，其具有动力主轴以进行初级表面修整或处理工艺或材料去除工艺，例如抛光、磨光、研磨、铣削和钻孔。

根据本发明的一个方面，提供了用于加工构件内部的加工系统，所述系统包括：

能够在构件内定位的主轴系统，