具有用于调节进给速率的可更换的齿轮的强制进给工具的制作方法与工艺

本申请要求2013年2月26日提交的题为进给钻具的美国申请61/769,736以及2013年5月14日提交的题为进给钻具的美国申请61/822,959的优先权。

背景技术：
本申请涉及用于在推进和回缩两种进给方向上移动主轴的工具，并且特别地涉及具有用于调节主轴进给速率的可更换的齿轮。强制进给工具，例如但不仅限于常规已知的用于在由诸如钢、铝、钛以及复合材料等物质构成的工件上进行操作的进给钻具。所述强制进给工具包括工具进给机构，所述工具进给机构将刀头进给到工件中。除了其他应用之外，强制进给工具的常规应用包括在飞机的不同部分钻孔。所述强制进给工具通常包括马达，所述马达驱动齿轮头中的齿轮用于移动主轴。齿轮头中的不同齿轮构造成用于控制主轴的进给速率。设置适合不同材料的不同孔尺寸的进给速率。为了改变进给速率，现有工具需要拆卸整个齿轮头并且替换一个或多个齿轮。这是一个要及时完成而有时难以完成的繁琐工作。此外，整个齿轮头的拆卸会影响工具的整体使用寿命。其他设计包括齿轮头中的附加齿轮。然而，附加齿轮增加了工具的重量、尺寸以及复杂性。此外，这些齿轮头通常比较昂贵。

技术实现要素：
本申请涉及能够调节主轴进给速率的强制进给工具及其使用方法。所述工具和方法包括可更换的进给齿轮，每个齿轮设置成与工具内的另一个齿轮啮合。不同的进给齿轮包括不同齿数来提供不同的进给速率。该设计使用最少的齿数，但仍然无需完全拆卸齿轮头就能够改变进给速率。一个涉及强制进给工具的实施例，所述强制进给工具包括壳体、主轴、主轴旋转机构，所述壳体围绕内部空间延伸，所述主轴连接至壳体并且相对于壳体沿延伸穿过壳体的进给路径移动，所述主轴旋转机构定位在壳体的内部空间中并且连接至主轴来旋转主轴。所述工具还包括差动进给齿轮，所述差动进给齿轮定位在壳体的内部空间中并且由主轴旋转机构驱动。所述差动进给齿轮包括沿外围的轮齿。安装位置位于差动进给齿轮和主轴处的内部空间中。壳体内的开口延伸至内部空间中。所述工具还包括第一和第二主轴进给齿轮，每个主轴进给齿轮构造成连接至主轴并且每个主轴进给齿轮包括沿外围定位的与差动进给齿轮的轮齿啮合的轮齿。每个主轴进给齿轮包括连接主轴的连接件，并且每个主轴进给齿轮的尺寸使得主轴进给齿轮适合于穿过壳体内的开口。安装位置定尺寸成用于接收其中一个主轴进给齿轮。借助安装在安装位置并连接至主轴和差动进给齿轮的第一主轴进给齿轮，当差动进给齿轮以第一速度使第一主轴齿轮旋转时，所述第一主轴进给齿轮包括多个轮齿和齿轮轮廓用于以第一速率沿进给路径移动主轴。借助安装在安装位置并连接至主轴差动进给齿轮的第二主轴进给齿轮，当第二主轴齿轮安装在安装位置并且由差动进给齿轮以第一速度使第二主轴齿轮旋转时，所述第二主轴进给齿轮包括不同的第二齿数和齿轮轮廓用于以不同的第二进给速率沿进给路径移动主轴。所述开口可以定位成比主轴旋转机构和差动进给齿轮更接近安装位置。所述进给工具可以进一步包括可拆卸地附接在壳体上的封盖，所述封盖定尺寸成延伸穿过开口。所述封盖可以延伸穿过进给路径，并且主轴可以延伸穿过封盖内的开口。所述进给工具可以进一步包括偏置构件，所述偏置构件定位在封盖和安装位置之间的内部空间中。所述偏置构件可以构造成用于向位于安装位置的第一和第二主轴进给齿轮中的一个主轴进给齿轮施加偏置力。所述进给工具可以包括凸轮机构，所述凸轮机构定位在封盖和安装位置之间的内部空间中。在主轴旋转的过程中，所述凸轮机构可以构造成用于向主轴施加振荡力。另一实施例涉及一种强制进给工具的操作方法。借助定位在进给工具的壳体内的第一主轴进给齿轮和差动进给齿轮，和与差动进给齿轮的轮齿啮合的第一主轴进给齿轮的第一轮齿，和连接至主轴的第一主轴进给齿轮，所述方法包括以第一速度旋转差动进给齿轮，从而旋转第一主轴进给齿轮并使得主轴以第一速率沿进给路径移动。所述方法包括通过壳体内的开口移除第一主轴进给齿，同时使差动进给齿轮保持在壳体内。所述方法包括通过壳体中的开口插入第二主轴进给齿轮，以及使第二主轴进给齿轮的第二轮齿与差动进给齿轮的轮齿啮合，以及将第二主轴进给齿轮连接至主轴。所述方法包括以第一速度旋转差动进给齿轮从而旋转第二主轴进给齿轮，并且导致主轴以不同于第一进给速率的第二进给速率沿进给路径移动。所述方法可以进一步包括通过壳体内的开口移除第一主轴进给齿轮，同时使主轴驱动机构保持在壳体中。所述方法可以进一步包括将偏置构件通过开口从内部空间移除，并且将替换用偏置构件插入内部空间中。所述替换用偏置构件所施加的偏置力不同于上述偏置构件。所述方法可以进一步包括围绕主轴旋转第一主轴进给齿轮，并且通过开口移除第一主轴进给齿轮。所述方法可以进一步包括保持差动进给齿轮与驱动齿轮轴向啮合，同时通过开口移除第一主轴进给齿轮，并且通过开口插入第二主轴进给齿轮。所述方法可以进一步包括沿进给路径移动主轴，同时使与主轴连接的限深器接触抵靠与封盖连接的停止构件。根据需要，不同的实施例的各个方面可以单独或任意结合使用。附图说明附图1所示为直角强制进给工具的立体图。附图2所示为同轴强制进给工具的立体图。附图3所示为强制进给工具的组件的侧视示意图。附图4所示为齿轮头的侧向截面图。附图5所示为处于推进进给操作中的齿轮头的侧向截面图。附图6所示为处于回缩操作中的齿轮头的侧向截面图。附图7所示为具有形成阈值离合器一部分的斜坡的差动驱动齿轮的俯视图。附图7A所示为附图7的两个斜坡的侧视图。附图8所示为在差动驱动齿轮和差动进给齿轮之间形成的阈值离合器的侧向立体图。附图9A所示为工具在推进进给操作中，处于穿过进口的第一位置的活塞的侧向截面图。附图9B所示为工具在回缩操作中，处于远离进口的第二位置的活塞的侧向截面图。附图10所示为具有可更换的齿轮的主轴进给齿轮的分解立体图。附图11所示为包括封盖的齿轮头的一部分的侧向截面图。具体实施方式本申请涉及强制进给工具，所述强制进给工具包括主轴，所述主轴轴向移动以对工件进行加工。所述工具包括具有多个齿轮的齿轮头，所述多个齿轮构造成用于旋转和轴向移动主轴。所述工具用于转换齿轮头内的齿轮来改变主轴的进给速率。无需完全拆卸齿轮头就能够更换所述齿轮。附图1所示为直角强制进给工具10的示例，以及附图2所示为强制进给工具的同轴结构。直角和同轴是指马达12相对于主轴30的轴线的位置。所述强制进给工具10通常包括具有主轴30的齿轮头14，除旋转外，所述主轴30每次旋转时会朝向被钻孔的工件推进预定的量。所述齿轮头14设置在壳体50内，所述壳体50围绕用于移动主轴30的不同的齿轮延伸。所述主轴30设计为用于以推进或向前的方向A朝向工件移动，以及以回缩(即相反)的方向R远离工件。所述马达12构造成用于向所述齿轮头14施加动力使齿轮旋转。所述马达12可以由空气、液压或电动马达驱动。在一个或多个实施例中包括空气马达12，加压空气源(未图示)提供空气用于驱动齿轮头14并且因此使得主轴30旋转。附图3示意性地示出齿轮头14，所述齿轮头14包括外部壳体50。所述齿轮头14包括多种齿轮和驱动机构以移动包括主轴旋转机构的主轴30，所述主轴旋转机构包括差动驱动齿轮41和主轴驱动齿轮31、差动进给齿轮42以及主轴进给齿轮32。封盖54延伸穿过壳体50中的开口，并且是可拆卸的，以接近并替换主轴进给齿轮32，由此改变主轴30的进给速率。该设计无需完全拆卸齿轮头14就能够改变进给速率，并保持齿轮头14剩余组件的完整性。所述主轴进给齿轮32围绕主轴30延伸，并且所述进给齿轮32包括与差动进给齿轮42上的相应轮齿啮合的轮齿。该设计利用差动进给齿轮42和主轴进给齿轮32之间的变位获得了在建立的设计限制内同心的多种齿轮比。对于一组比率，差动进给齿轮42上的轮齿数量保持不变，但改变主轴进给齿轮32上的轮齿数量。这使得能够仅通过转换主轴进给齿轮32就能够改变差动进给比率，并且改变进给速率。所述齿轮头14安装至马达12并由马达12驱动。附图4所示为与马达12(附图4中未图示)分离的直角进给齿轮头14的侧视图。所述齿轮头14包括输入轴20，所述输入轴20由马达12驱动。采用一组锥齿轮22使得输入齿轮23旋转，所述输入齿轮23可操作地连接至差动单元49，所述差动单元49进而驱动包括主轴30的主轴单元39。类似的构造可以用于具有输入齿轮23的同轴工具，所述输入齿轮23直接由马达12驱动，或直接或通过通常称为行星齿轮箱的减速齿轮箱驱动。对于直角齿轮头14和同轴齿轮头14两者来说，所述主轴单元39和差动单元49基本相同。此外，壳体50基本相同。如附图5和6所示，所述差动单元49由马达12驱动，并且啮合和驱动主轴单元39。所述主轴单元39包括一个或多个主轴30、主轴驱动齿轮31以及主轴进给齿轮32。所述差动单元49包括一个或多个差动驱动齿轮41、差动进给齿轮42以及进给轴40。单元39、49通常对准与进给轴40平行的主轴30。所述主轴30为细长构件，所述细长构件包括一个或多个与驱动齿轮31啮合的槽，以及与进给齿轮32啮合的螺纹。所述主轴30的远端构造成接收用于对工件进行加工的刀头。一个或多个限深构件81可以附接至主轴30来控制主轴30在推进和回缩方向上轴向移动的程度。所述限深器81附接至主轴30并且与主轴30一起轴向移动。在一个或多个实施例中，限深器81为套环，所述套环螺纹连接在主轴30上。所述限深器81从主轴30径向向外延伸并且定尺寸成接触抵靠各自的接触构件82来防止主轴30的附加的轴向移动。为了防止损坏，一个或两个接触构件82在主轴30不再能被向前驱动的接触点处包括有轴承。在附图5和6所示的一个或多个实施例中，所述主轴30包括两个停止部件81：在主轴30上部的限深器81，以及在主轴30下部的归位/回缩停止部件81。这些停止部件81用于提供对于主轴冲程的操作的限制。第一限深器81沿主轴30近端部段定位以控制向前方向的移动程度。所述限深器81在齿轮头14的顶部接触抵靠接触构件82用于防止向前方向的附加的轴向移动。所述第二归位/回缩停止部件81沿主轴30的远端部段定位以控制反向移动的程度。该归位/回缩停止部件81在齿轮头14的下部接触抵靠接触构件82。在一个或多个实施例中，所述齿轮头14构造成用于适应在相反方向上主轴30的超程。所述接触构件82可移动地附接至齿轮头14的壳体。偏置构件38以向外远离壳体的方向偏置接触构件82。如果停止构件81接触抵靠接触构件82且主轴30仍向相反方向移动，所述接触构件82能够朝向壳体向内轴向移动来抵抗偏置构件38的力。在限深器81已接触抵靠接触构件82之后，附加超程距离提供了主轴30附加的轴向移动。主轴驱动齿轮31和主轴进给齿轮32分别包括具有用于接收主轴30的中央开口的环形形状。所述主轴进给齿轮32包括螺纹连接在外螺纹上的内螺纹，所述外螺纹沿主轴30的长度方向延伸。因此，当主轴进给齿轮32相对于主轴30旋转时，所述主轴30将通过主轴进给齿轮32在推进方向上进给。在一个或多个实施例中，主轴30的外螺纹为左旋螺纹。所述主轴30还包括在其长度方向延伸的槽。所述主轴驱动齿轮31包括内部外花键(malespindle)，所述外花键与主轴30上的驱动槽啮合。因此，当主轴驱动齿轮31旋转时，所述主轴30也旋转。围绕每个齿轮31、32外围的齿与差动单元49的齿轮中的相应齿啮合。偏置构件37定位成用于朝向主轴驱动齿轮31推动主轴进给齿轮32。在差动单元49内，驱动齿轮41和进给齿轮42中的每个围绕进给轴40延伸，并且包括围绕在它们外围分别与主轴单元39的相应齿轮31、32啮合的齿。所述差动进给齿轮42附接至进给轴40并且与进给轴40一起轴向移动。所述差动驱动齿轮41围绕进给轴40延伸，但是并不与进给轴40一起轴向移动(即进给轴40滑动穿过差动驱动齿轮41中的中央开口)。所述活塞43附接至进给轴40并且与进给轴40一起轴向移动。所述活塞43定位在缸体44的内部，并且定尺寸成穿过缸体44延伸。进口45定位在缸体44的底部。所述进口45定尺寸成包括小于缸体44的截面尺寸的面积。偏置构件46在活塞43和差动驱动齿轮41之间沿进给轴40延伸。所述偏置构件46朝向进口45偏置活塞43。所述差动驱动齿轮41通过马达12驱动。差动驱动齿轮41与驱动齿轮31啮合，所述驱动齿轮31可操作地连接至主轴30从而使得主轴30旋转。所述差动驱动齿轮41还可操作地连接至差动进给齿轮42并使差动进给齿轮42旋转。所述差动进给齿轮42与主轴进给齿轮32啮合，所述主轴进给齿轮32螺纹连接在主轴30上。所述进给齿轮32、42使得主轴30在驱动齿轮41/驱动齿轮31和进给齿轮42/进给齿轮32之间比率基础上的进给速率和方向在推进和回缩方向上移动。在一个或多个实施例中，主轴30上的螺纹由左旋螺纹形成，因此通过使主轴进给齿轮32比主轴驱动齿轮31旋转得更快来实现主轴在推进方向上进给。在另一实施例中，所述主轴30制造为右旋的，因此通过使主轴进给齿轮32比主轴驱动齿轮31旋转得更慢来实现主轴30在推进方向上的进给。为了在回缩方向上移动主轴30，所述差动进给齿轮42从差动驱动齿轮41上脱离。由于差动进给齿轮42未以其他方式被驱动，所述差动进给齿轮42变为静止。因为进给齿轮32通过进给齿轮42驱动，所述主轴进给齿轮32也变为静止。借助仍由主轴驱动齿轮31驱动(通过差动驱动齿轮41)的主轴30，由于沿主轴30长度方向的螺纹啮合在当前静止的主轴进给齿轮32中，导致主轴30的回缩。所述工具10可以包括多种使差动进给齿轮42从差动驱动齿轮41脱离的方式。所述脱离方式包括使差动进给齿轮42和差动驱动齿轮41轴向移动分离。这种方式包括一个或多个差动进给齿轮42和差动驱动齿轮41之间的转矩过载离合器70、移动差动进给齿轮42的机械升降环29和两级活塞43。在一个或多个实施例中，所述工具10包括这些方面的每个方面。其他实施例包括仅具有这些方面中一个方面的进给工具10。还有其他实施例可以包括具有这些方面的两个或多个的进给工具10。在一特定实施例中，所述工具10包括升降环29和两级活塞43。在另一特定实施例中，所述工具10包括转矩过载离合器70和两级活塞43。转矩过载离合器70是使工具10在向前和回缩方向之间转换的一种方式。所述离合器70包括在差动驱动齿轮41和差动进给齿轮42的接触面上匹配的坡道85。坡道85与驱动齿轮41共同配合使得进给齿轮42旋转。所述偏置构件46的力使相对齿轮41、42上的坡道85之间保持啮合。附图7所示为差动驱动齿轮41的俯视图，所述差动驱动齿轮41包括圆形截面形状。所述中央开口86的尺寸定尺寸成用于接收进给轴40。轴向面84朝向包括坡道85的差动进给齿轮42，每个坡道85包括在附图7A被最好地图示的倾斜凸轮面87。所述凸轮面87与轴向面84以角度α对齐。所述角度α可以根据所需啮合的程度而变化。在一个或多个实施例中，所述坡道85完全围绕中央开口86延伸。其他实施例可以包括不同数量和构造的坡道85。所述差动进给齿轮42包括与相应的坡道85配合在一起的相似构造。在相对的齿轮42、41上的坡道85可以包括相同或不同的角度α。附图8所示为例如当工具10在推进方向上操作时配合在一起的差动驱动齿轮41和进给齿轮42。相对坡道85的凸轮面87相互接触在一起用于使驱动齿轮41旋转进给齿轮42。所述驱动齿轮41还包括沿外围的轮齿89，所述轮齿89与主轴驱动齿轮31的相应轮齿啮合。同样地，所述进给齿轮42包括外围轮齿83，所述外围轮齿83与主轴进给齿轮32上的轮齿啮合。至少通过由偏置构件46施加在齿轮41、42上的偏置力使坡道85保持接触。如果不能驱动差动进给齿轮42，则两个齿轮41、42将沿差动进给轴40的轴线分离。用于导致分离的转矩过载量是由偏置构件46施加的力和凸轮面87的角度α的函数。如附图5所示当工具10以向前方向操作时，所述差动进给齿轮42通过离合器70联接至差动驱动齿轮41，所述离合器70包括匹配的坡道85，所述匹配的坡道85通过偏置构件46的偏置力保持接触。所述主轴进给齿轮32以相对于主轴驱动齿轮31差速旋转，从而导致主轴30的推进。在推进方向上的主轴30的移动程度处，通过上限深构件81接触抵靠接触元件82来停止主轴30的附加移动。在限深器81和接触构件82之间的接触中，仍然由差动进给齿轮42(通过差动驱动齿轮41)产生对于主轴进给齿轮32的驱动。由于阻止了主轴30向前的轴向移动，但是主轴30仍通过主轴驱动齿轮31旋转，螺纹连接在主轴30上的主轴进给齿轮32沿主轴30向后轴向移动。该移动导致主轴进给齿轮32抵靠偏置构件37移动。该结构会产生“推力过载”，并且其特别有利于用于钻埋头孔的工具，其中主轴冲程最后的短暂停留时间非常有利于精准的埋头孔深度以及保持埋头孔形状的光洁(cleanfinish)。在一个和多个实施例中，所述偏置构件37包括一个或多个贝式垫圈(Bellevillewasher)、波形弹簧、磁体以及压缩弹簧。所述构件37具有近似等于齿轮头14的额定推力的预加载。主轴进给齿轮32沿主轴30的反向移动导致齿轮32抵靠偏置构件33移动。这导致需要附加转矩来通过差动进给齿轮42使主轴进给齿轮32旋转。该附加转矩反过来需要差动驱动齿轮41供应附加转矩。差动驱动齿轮41和差动进给齿轮42之间所需的附加转矩导致凸轮面87彼此滑动抵靠并且使齿轮41、42轴向分离和脱离。该脱离导致差动进给齿轮42变为静止，并且因此主轴进给齿轮32变为静止。通过静止的进给齿轮32旋转主轴30导致主轴30开始在回缩方向上移动。在另一实施例中，或者与离合器70结合，所述主轴进给齿轮32包括升降环29。如附图5和6所示，所述环29径向向外延伸超过主轴进给齿轮32的齿，并且在差动进给齿轮42的下方。当主轴30以向前方向移动，所述升降环29在差动进给齿轮42的底部轴向面之下延伸。在冲程或推力过载条件的最后，如上所述，主轴进给齿轮32向后移动。由于主轴进给齿轮32沿主轴30轴向移动，所述升降环29作用于差动进给齿轮42，并且移动升降环29远离差动驱动齿轮31。在一个或多个实施例中，所述升降环29可以附接至主轴进给齿轮32。所述升降环29和进给齿轮32可以作为一个整体部件形成，例如作为单件一起模制，一体化结构。所述升降环29还可以通过一个或多个机械紧固件和/或粘合剂附接至进给齿轮32的下侧。所述升降环29也可以是单独的元件，其通过偏置构件38保持接触抵靠进给齿轮32的下侧。在一个或多个实施例中，所述转矩离合器70和/或升降环29使差动进给齿轮42轴向移动限定量，以使其从差动驱动齿轮41上脱离。可以进一步将活塞43构造成提供差动进给齿轮42的附加轴向移动。活塞43、进给轴40和差动进给齿轮42连接在一起以作为一个单元轴向移动。如附图9A和9B所示，所述活塞43定位在缸体44内，所述缸体44包括外壁57和底壁58。所述缸体44的截面形状与活塞43匹配，使得活塞43穿过缸体44延伸，并且活塞43能够在缸体44内轴向移动。所述底壁58包括进口45，所述进口45用于引入空气作用于活塞43的面积A1，面积A1小于缸体44的面积。来自于空气逻辑系统的空气以箭头Q的方向移动进入进口45。如附图9A所示，当工具10以向前方向操作时，所述活塞43定位在底壁58处并且在进口45的上方延伸。因此，空气仅作用于面积等于A1的部分活塞43上，所述部分通过进口45暴露。偏置构件46下压在活塞43上的力大于空气施加在活塞43的缩小的面积A1上的力。因此，所述活塞43(以及附接的进给轴40和差动进给齿轮42)保持在相同的轴向位置中。一旦通过升降环29和/或阈值离合器70开始移动差动进给齿轮42，所述活塞43也在缸体44中轴向移动远离底壁58，同时通过差动进给轴40联接至差动进给齿轮42结合。活塞43的底部移动远离进口45，从而使得空气作用于活塞43的更大面积A2。这导致通过空气提供了更大的力。更大的力克服偏置构件46并轴向移动活塞43，并且因此还移动差动进给齿轮42使其与保持机构接触。使用空气移动活塞43大大降低了将差动进给齿轮42从向前位置转换为回缩位置的时间。这还大大降低了阻塞的可能性。如附图10所示，壳体50围绕齿轮头14的外部延伸。所述壳体50形成受保护的内部空间，所述内部空间定尺寸成用于容纳差动单元49和主轴单元39。进一步地，主轴30以允许主轴30相对旋转和轴向移动的方式延伸穿过壳体50。所述壳体50可以由多种不同材料构成，包括但不限于塑料和多种金属。开口52延伸穿过壳体用于接近(accessing)、移动和替换主轴进给齿轮32。所述开口52大于齿轮头14中使用的主轴进给齿轮32。这种更大的尺寸使得操作者能够移动安装在内部空间中的第一主轴进给齿轮32，并插入第二主轴进给齿轮32和将其安装在内部空间中。所述开口52可以包括多个不同的形状和尺寸，从而允许插入和移除多个主轴进给齿轮32。如附图1所示，所述开口52定位成用于接近内部空间内的安装位置53，所述主轴进给齿轮32安装在该位置上。在一个和多个实施例中，主轴驱动齿轮31、差动进给齿轮42以及差动驱动齿轮41依然安装在齿轮头14内。因此，所述开口的定位比用于接入和移动主轴进给齿轮32的这些齿轮更接近安装位置53。在如附图10所示的一个或多个实施例中，所述开口52位于主轴30处(即主轴30延伸穿过开口52)。在主轴进给齿轮32的移动过程中，所述主轴30可以基本保持附接至壳体100。将开口52定位在主轴30处使得主轴进给齿轮32能够围绕主轴30旋转，以使得所述主轴30解螺纹并且从内部空间中移除。以相似的方式，通过将新的齿轮32螺纹连接到主轴30上并且旋转齿轮32以使其沿主轴30轴向移动，可以将另一主轴进给齿轮32插入穿过开口52并且使其进入安装位置53处的位置。封盖54可拆卸地附接至壳体50并且定尺寸成在开口的整体或部分上延伸。所述封盖54可以通过一个或多个紧固件55(例如螺钉或螺栓)附接至壳体50。在一个或多个实施例中，所述开口52位于主轴30处，所述封盖54包括一个用于接收主轴30的开口。因此，主轴30延伸穿过壳体50的内部空间并且穿过封盖54中的开口。所述封盖54可以由包括塑料和不同金属的各种材料构成。如附图11所示，所述封盖54包括横向构件51，所述横向构件51延伸穿过部分或整体宽度。所述横向构件51的上表面提供用于定位上接触构件82的底座，所述上接触构件82为附接至主轴30的上停止构件81提供限深。横向构件51的下表面提供偏置构件37的底座，所述偏置构件37抵靠主轴进给齿轮32作用，并提供推力过载力。环形构件36可以定位在偏置构件37和主轴进给齿轮32之间。由偏置构件37所施加的力通过环形构件36施加于主轴进给齿轮32。所述环形构件36可以安装在轴承35上，从而使得环形构件36不与齿轮32一起旋转。在一个或多个实施例中，凸轮构件93可操作地连接至主轴进给齿轮32并与主轴进给齿轮32一起旋转。所述凸轮构件93可以是一个具有中央开口的单独的构件，所述中央开口围绕主轴30延伸。所述凸轮构件93还可以是主轴进给齿轮32顶部轴向面的一部分。每个凸轮构件93和环形构件36包括一个或多个凸轮面。在凸轮构件93和环形构件36相对旋转的过程中，凸轮面啮合在一起。在主轴进给齿轮32的旋转过程中，所述凸轮面啮合在一起为主轴30提供振荡(oscillation)。所述可更换的主轴进给齿轮32用于在不拆卸整体齿轮头14的情况下改变主轴30的进给速率。每个主轴进给齿轮32设计为与差动进给齿轮42啮合，并且当不同的齿轮32以相同速度旋转时，向主轴30提供不同的进给速率。每个主轴进给齿轮32包括变位设计，所述变位设计在建立的设计限制内提供在相同的中心上的多个齿轮比。齿轮32中的每个齿轮设计用于适应差动进给齿轮42，所述差动进给齿轮42包括给定数量的齿83。不同的齿轮32可以包括不同数量的齿和/或与齿83啮合的不同的齿构造。因此，可以仅通过改变齿轮32来改变主轴30的进给速率。所述装置10可以根据所需的进给速率的数包括各种不同的主轴进给齿轮32。在一个或多个实施例中，不同的齿轮32各自包括不同齿数。在一个或多个实施例中，不同的齿轮32各自包括不同的齿构造。在一个或多个实施例中，不同的齿轮包括不同齿数和不同的齿构造。每个不同的齿轮32以相似的方式构造成安装至主轴30。使用附图10所示的示例，当操作者想要改变进给速率时，操作者从壳体50中的开口52移除封盖54。这可能包括移除将封盖54保持在壳体50上的适当位置中的一个或多个紧固件55。操作者随后能够移除当前处于使用中的主轴进给齿轮32a。这可能需要操作者移除一个或多个偏置构件37、环形构件36以及凸轮构件93。操作者随后能够插入第二主轴进给齿轮32b并将其定位在安装位置53以与差动进给齿轮42啮合。所述进给齿轮32b进一步构造成与主轴30啮合。操作者随后可以替换其他已经从内部空间中移除的部件。一旦完成，将所述封盖54重新安装至壳体，而所述齿轮头14可供使用。该设计还用于替换一个或多个偏置构件37和凸轮机构(由构件92、93形成)。可以替换偏置构件37来改变齿轮头14的推力过载设置。为了将不同的频率或振幅应用于主轴30，可以替换/移除凸轮机构。不同的偏置构件可以包括多个不同的构造。所述偏置构件可以包括单一构件或多个构件。所述多个构件可以相同或可以不同。所述构件可以包括但不限于贝式垫圈(Bellevillewasher)、波形垫圈、波形弹簧和压缩弹簧。在一个或多个实施例中，所述主轴旋转机构由与主轴驱动齿轮41啮合的被驱动的差动驱动齿轮31形成。所述主轴30还可以通过由马达12驱动的单一齿轮旋转，并且所述单一齿轮也可以连接至主轴30。空间相关的术语例如“下方”，“之下”，“下”，“上方”，“上”等等是用于简化描述以解释一个元件相对于第二个元件的位置。这些术语旨在包含除了附图中所示的不同方向之外的装置的其他方向。此外，例如“第一”、“第二”等术语还用于描述不同元件、区域、部段等，并且也不旨在限制。相似的术语参见整个说明书中的相似元件。如本文中使用的术语“具有”、“包含有”、“包括”，“包含”等开放性术语表示存在声称的元件或特征，但并不排除附加元件或特征。冠词“一种”、“一个”、“所述”旨在包括复数和单数，文中另有明确指示的除外。本发明可以在不超出本发明范围和基本特性的情况下以不同于本文中所指出的其他特定方法实现。因此，当前的实施例可以被认为是为描述了全部方面而不是限制性的，并且所附权利要求的含义和等同范围内的所有变型旨在包括在其内。