带有凸轮止动表面的凸轮开槽机的制作方法

本申请基于在2017年5月3日提交的美国实用新型专利申请no.15/585,457并要求其优先权，并且所述实用新型专利申请以其整体通过引用并入本文。

本发明涉及通过使用凸轮来冷加工管元件的机器。

背景技术：

管元件的冷加工（例如，在管元件中压印周向凹槽来接受机械管联接件）有利地使用轧辊开槽机来完成，所述轧辊开槽机具有接合管元件的内侧表面的内轧辊以及与内轧辊相对的同时接合管元件外侧表面的外轧辊。当通常通过驱动内轧辊而使管围绕其纵向轴线旋转时，逐渐迫使外轧辊朝向内轧辊。所述轧辊具有在其旋转时压印到管元件周向部分上的表面轮廓，从而形成周向凹槽。

如果要以所需公差将管元件冷加工到必需精度，则此技术面临各种挑战。最迫切的是与在所期望公差范围内生产具有所期望半径（从管元件膛孔的中心测量到凹槽的底部）的凹槽相关联的困难。这些考虑已经导致复杂的现有技术装置，其例如需要用于迫使轧辊与管元件接合的致动器以及操作者调节轧辊行程以实现所期望的凹槽半径的能力。另外，现有技术轧辊开槽机具有低生产率，通常需要管元件的多次回转来实现所完成的周向凹槽。明显需要简单但在较少操作者参与的情况下仍产生结果的装置，例如，通过使用凸轮来冷加工管元件的这些装置。

技术实现要素：

本发明涉及一种用于冷加工管元件的凸轮。在一个示例性实施例中，所述凸轮包括具有旋转轴线的凸轮主体。凸轮表面在凸轮主体周围延伸。凸轮表面包括半径增大的区域以及凸轮表面的中断部。凸轮表面还可以包括与中断部相邻地定位的半径恒定的区域。所述半径是围绕旋转轴线并从旋转轴线测量的。牵引表面在凸轮主体周围延伸。牵引表面包括横向于旋转轴线延伸的多个突出部。牵引表面具有在其中的间隙。所述间隙与凸轮表面的中断部轴向对准。止动表面横向于旋转轴线从凸轮主体突出。第一止动表面与凸轮表面的中断部相邻地定位。在一个示例性实施例中，肋部从凸轮主体突出。所述肋部与凸轮表面相邻地定位并且在凸轮主体的一部分周围延伸。第一止动表面定位在所述肋部的第一端部上。另一示例还包括定位在所述肋部的第二端部上的第二止动表面。第二止动表面横向于旋转轴线从凸轮主体突出。第二止动表面与凸轮表面的中断部相邻地定位并且与第一止动表面处于间隔开的关系。在示例性实施例中，第一止动表面和第二止动表面各自具有凹曲率。

在一个示例性实施例中，牵引表面覆盖在凸轮表面上面。在另一示例性实施例中，牵引表面定位在凸轮主体上、与凸轮表面处于间隔开的关系。作为示例，所述凸轮还包括与旋转轴线同轴地安装在凸轮主体上的齿轮。在一个示例性实施例中，凸轮表面定位在所述齿轮和牵引表面之间。还作为示例，凸轮表面接近于牵引表面定位。在另一示例中，止动表面定位在齿轮和凸轮表面之间。

在示例性实施例中，牵引表面具有围绕旋转轴线并从旋转轴线测量的恒定半径。

在另一个示例性实施例中，所述凸轮包括具有旋转轴线的凸轮主体。多个凸轮表面在凸轮主体周围延伸。每一凸轮表面包括半径增大的相应区域。每一凸轮表面还可以包括半径恒定的相应区域。所述半径是从旋转轴线并围绕旋转轴线测量的。所有凸轮表面彼此周向对准。凸轮表面的相应中断部定位在凸轮表面中的每一者之间。作为示例，至少一个止动表面或多个止动表面横向于旋转轴线从凸轮主体突出。每一止动表面与凸轮表面的相应中断部中的一者相邻地定位。在示例性实施例中，每一止动表面可以具有凹曲率。示例性实施例还包括至少一个肋部或多个肋部。每一肋部与凸轮表面中的相应一者相邻地定位并且在凸轮主体的一部分周围延伸。每一肋部具有第一和第二相对设置的端部。止动表面中的一者定位在肋部的每一端部处。作为示例，所有肋部可以彼此周向对准。

在示例性实施例中，所述凸轮还包括在凸轮主体周围延伸的多个牵引表面。每一牵引表面包括横向于旋转轴线延伸的多个突出部。牵引表面中的相应间隙定位在牵引表面中的每一者之间。每一间隙与凸轮表面的相应中断部轴向对准。在示例性实施例中，所有牵引表面彼此周向对准。在特定示例中，牵引表面覆盖在凸轮表面上面。在另一示例中，牵引表面定位在凸轮主体上、与凸轮表面处于间隔开的关系。

作为示例，所述凸轮还包括与旋转轴线同轴地安装在凸轮主体上的齿轮。在具体示例中，凸轮表面定位在齿轮和牵引表面之间。在另一示例中，凸轮表面接近于牵引表面定位。具体示例性实施例包括凸轮表面中的至多两者以及凸轮表面的中断部中的两者。另一示例性实施例包括凸轮表面中的至多两者、凸轮表面的中断部中的两者、牵引表面中的两者以及牵引表面中的间隙中的两者以及止动表面中的至少两者。在示例性实施例中，一个或多个止动表面定位在齿轮和凸轮表面之间。

本发明还包含一种用于冷加工管元件的装置。在一个示例性实施例中，所述装置包括壳体。多个齿轮安装在所述壳体内。所述齿轮中的每一者可围绕多个旋转轴线中的相应一者旋转。所述旋转轴线彼此平行。齿轮围绕用于接纳管元件的中心空间定位。多个凸轮主体各自安装在所述齿轮中的相应一者上。多个凸轮表面中的每一者在凸轮主体中的相应一者周围延伸并且可与接纳在中心空间内的管元件接合。凸轮表面中的每一者包括半径增大的区域以及凸轮表面的中断部。凸轮表面中的每一者还可以包括与中断部相邻地定位的半径恒定的区域。所述半径中的每一者是围绕旋转轴线中的相应一者并从旋转轴线中的相应一者测量的。至少一个牵引表面在凸轮主体中的一者周围延伸。所述至少一个牵引表面包括横向于所述一个凸轮主体的旋转轴线延伸的多个突出部。所述至少一个牵引表面具有在其中的间隙。所述间隙与环绕所述一个凸轮主体的一个所述凸轮表面的中断部轴向对准。至少一个止动表面横向于所述齿轮中的一者的旋转轴线从凸轮主体中的一者突出。所述至少一个止动表面与所述一个凸轮主体上的凸轮表面的中断部相邻地定位。小齿轮（pinion）安装在壳体内的中心空间内。杯形物与所述小齿轮相邻。所述杯形物在管元件被插入时接纳所述管元件。小齿轮与所述多个齿轮啮合并且可围绕平行于旋转轴线取向的小齿轮轴线旋转。在一个实施例中，小齿轮可沿着小齿轮轴线相对于壳体移动以将杯形物定位在第一位置和第二位置之间，在所述第一位置中，杯形物接合止动表面，从而防止凸轮主体的连续旋转，在所述第二位置中，杯形物与止动表面脱离接合，从而准许凸轮主体的连续旋转。作为示例，弹簧在小齿轮和壳体之间起作用以使杯形物偏置到第一位置中。杯形物可以固定地安装在小齿轮上或相对于小齿轮自由旋转。在另一示例性实施例中，弹簧在杯形物和小齿轮之间起作用以使杯形物偏置到第一位置中。示例性实施例还包括从所述一个凸轮主体突出的肋部。所述肋部与所述一个凸轮主体上的凸轮表面相邻地定位并且在所述一个凸轮主体的一部分周围延伸。第一止动表面定位在所述肋部的第一端部上。在示例性实施例中，第二止动表面定位在所述肋部的第二端部上。第二止动表面横向于旋转轴线从凸轮主体突出。第二止动表面与所述一个凸轮主体上的凸轮表面的中断部相邻地定位并且与第一止动表面处于间隔开的关系。在示例性实施例中，第一止动表面和第二止动表面可以各自具有凹曲率。

另一示例性实施例包括多个牵引表面。所述牵引表面中的每一者在凸轮主体中的相应一者周围延伸。所述牵引表面中的每一者包括横向于旋转轴线中的相应一者延伸的多个突出部。所述牵引表面中的每一者具有在其中的间隙。每一间隙与凸轮主体中的每一者上的凸轮表面中的一者的中断部中的相应一者轴向对准。在示例性实施例中，所述装置还包括多个止动表面。所述止动表面中的每一者与凸轮主体中的每一者上的凸轮表面中的一者的中断部中的相应一者相邻地定位。示例还可以包括多个肋部。每一肋部从凸轮主体中的相应一者突出。所述肋部与每一凸轮主体上的凸轮表面相邻地定位并且在凸轮主体的一部分周围延伸。在此示例中，每一止动表面定位在所述肋部中的每一者的端部上。

在示例性实施例中，所述至少一个牵引表面覆盖在所述凸轮表面中的一者上面。在另一示例性实施例中，所述至少一个牵引表面定位在所述一个凸轮主体上、与在所述一个凸轮主体周围延伸的凸轮表面处于间隔开的关系。在另一示例中，至少一个止动表面定位在凸轮表面和所述一个凸轮主体上的齿轮之间。作为示例，装置可以包括至多三个齿轮。每一齿轮包括所述凸轮主体和所述凸轮表面中的一者。另一示例性实施例可以包括至多两个齿轮。每一齿轮包括所述凸轮主体和所述凸轮表面中的一者。

在示例性实施例中，所述一个凸轮表面定位在齿轮与所述一个凸轮主体的所述至少一个牵引表面之间。作为另一个示例，所述一个凸轮表面接近于所述一个凸轮主体的所述至少一个牵引表面定位。

示例性实施例还包括邻接小齿轮的杯形物。所述杯形物在管元件插入到中心空间中时接纳所述管元件。在一个示例性实施例中，杯形物可以例如通过紧固件附接到小齿轮或与其一体地形成。

作为另一个示例，第一指状物沿平行于旋转轴线中的第一者并且从旋转轴线中的第一者偏移的方向从所述凸轮主体中的所述第一者延伸，凸轮主体中的第一者围绕旋转轴线中的第一者旋转。致动器可移动地安装在壳体上。所述致动器可移动成与第一指状物接合，以用于使所述凸轮主体中的所述第一者围绕所述旋转轴线中的所述第一者旋转。在示例性实施例中，所述致动器包括可枢转地安装在壳体上的杆。所述杆具有第一表面，所述第一表面可与第一指状物接合以用于使所述凸轮主体中的所述第一者围绕所述轴线中的所述第一者旋转。在另一个示例中，所述杆具有第二表面，所述第二表面可与所述指状物接合以用于在所述凸轮主体中的所述第一者旋转时使杆枢转到准备就绪位置中。在另一示例中，第二指状物沿平行于旋转轴线中的第二者并且从旋转轴线中的第二者偏移的方向从所述凸轮主体中的第二者延伸，凸轮主体中的第二者围绕旋转轴线中的第二者旋转。止动件可移动地安装在壳体上。所述止动件可移动成与第二指状物接合，以用于防止所述凸轮主体中的所述第二者围绕所述旋转轴线中的所述第二者旋转。在致动器移动成与第一指状物接合时，所述止动件还可移动成与第二指状物脱离接合，以用于准许所述凸轮主体中的所述第二者的旋转。

在一个示例性实施例中，所述止动件包括可枢转地安装在壳体上的钩部。所述钩部具有凸刺，所述凸刺从所述钩部延伸并且可与致动器接合以用于在致动器移动时旋转所述钩部使其与第二指状物脱离接合。

示例性装置还包括用于接纳管元件的卡盘。所述卡盘可围绕卡盘轴线旋转。卡盘轴线与小齿轮轴线同轴地布置。作为示例，壳体可枢转地并且轴向可滑动地安装成与卡盘相邻。

在另一示例性实施例中，所述装置还包括与小齿轮接合的电动机（electricalmotor）。在具体示例性实施例中，所述电动机可以包括伺服电机或步进电机。所述装置还包括控制器，所述控制器与电动机通信以用于控制电动机的旋转次数并且从而控制凸轮主体的旋转次数。

另一示例性实施例包括离合器，其在电动机和小齿轮之间操作以用于控制小齿轮的旋转次数并且从而控制凸轮主体的旋转次数。另一个示例性实施例包括与小齿轮联接的曲柄。所述曲柄准许手动转动小齿轮并且从而手动转动齿轮。在特定示例性实施例中，所述曲柄与小齿轮直接联接。

本发明还包含一种用于冷加工管元件的示例性装置，其包括壳体。多个齿轮安装在所述壳体内。所述齿轮中的每一者可围绕多个旋转轴线中的相应一者旋转。所述旋转轴线彼此平行。齿轮围绕用于接纳管元件的中心空间定位。所述示例性装置具有多个凸轮主体，每一凸轮主体安装在所述齿轮中的相应一者上。多个凸轮表面在每一凸轮主体周围延伸。每一凸轮表面可与接纳在中心空间内的管元件接合，并且包括半径增大的区域以及半径恒定的区域。所述半径是围绕旋转轴线中的一者并从所述旋转轴线中的一者测量的。每一凸轮主体上的所有凸轮表面彼此周向对准。凸轮表面的相应中断部定位在每一凸轮主体上的凸轮表面中的每一者之间。多个止动表面横向于所述凸轮主体中的一者的旋转轴线从所述一个凸轮主体突出。止动表面与所述一个凸轮表面的中断部相邻地定位。小齿轮安装在壳体内的中心空间内。小齿轮与所述多个齿轮啮合并且可围绕平行于旋转轴线取向的小齿轮轴线旋转。杯形物与小齿轮相邻。所述杯形物在管元件插入到中心空间中时接纳所述管元件。在一个示例性实施例中，小齿轮可沿着小齿轮轴线相对于壳体在第一位置和第二位置之间移动，在所述第一位置中，杯形物接合止动表面中的一者，从而防止凸轮主体的连续旋转，在所述第二位置中，杯形物与止动表面脱离接合，从而准许凸轮主体的连续旋转。在一个示例性实施例中，弹簧在杯形物和小齿轮之间起作用以使杯形物偏置到第一位置中。在另一示例性实施例中，一个或多个弹簧在小齿轮和壳体之间起作用以使杯形物偏置到第一位置中。

另一示例性实施例还包括在每一所述凸轮主体周围延伸的多个牵引表面。每一牵引表面包括横向于旋转轴线中的一者延伸的多个突出部。牵引表面中的相应间隙定位在每一所述凸轮主体上的牵引表面中的每一者之间。每一间隙与凸轮表面的中断部轴向对准。作为示例，凸轮表面定位在齿轮与每一凸轮主体上的牵引表面之间。在具体示例性实施例中，凸轮表面接近于每一所述凸轮主体上的牵引表面定位。在另一示例性实施例中，凸轮主体中的每一者包括凸轮表面中的至多两者以及中断部中的两者。作为另一个示例，凸轮主体中的每一者包括凸轮表面中的至多两者、凸轮表面的中断部中的两者、牵引表面中的两者以及牵引表面中的间隙中的两者。

本发明还包含一种在管元件中形成凹槽的方法。在一个示例性实施例中，所述方法包括：

使管元件与多个凸轮表面同时在管元件上的多个位置处接触；

旋转管元件，从而同时旋转凸轮表面，每一凸轮表面以增加的半径接合管元件，并且从而使所述管元件变形以形成凹槽。

所述方法的示例性实施例还包括：使管元件与安装在包括所述凸轮表面中的一者的至少一个凸轮上的至少一个牵引表面接触。另一示例性实施例包括：使管元件与多个牵引表面接触。在此示例中，一个所述牵引表面安装在所述凸轮中的相应一者上。所述凸轮中的每一者包括所述多个凸轮表面中的一者。

另一示例性实施例包括使凸轮表面的旋转彼此同步。另一个示例性实施例包括：使用致动器来启动所述凸轮表面中的一者的旋转。

附图说明

图1是根据本发明的装置的示例性实施例的等轴视图；

图2是图1中所示的装置的一部分的分解等轴视图；

图3是图1中所示的装置的部件的分解等轴视图；

图3a是图1中所示的装置的纵向截面视图；

图4是图1中所示的装置的部件的分解等轴视图；

图4a是根据本发明的示例性凸轮的端视图；

图4b是根据本发明的示例性凸轮的侧视图；

图4c是根据本发明的示例性凸轮的端视图；

图4d是根据本发明的示例性凸轮的等轴视图；

图5是装置10的在图1的线5-5处截取的横截面视图；

图6至图9以及图9a是额外横截面视图，其示出了装置10的操作；

图6a和图6b是图1中所示的装置的一部分的等轴视图，其示出了凸轮上的止动表面的操作；

图10至图12是横截面视图，其示出了当管元件沿错误方向旋转时装置10的安全反向模式；

图13是根据本发明的装置的另一示例性实施例的局部视图；

图14是根据本发明的另一示例性凸轮的端视图；

图15和图16是根据本发明的装置的示例性实施例的等轴视图；以及

图17是根据本发明的装置的另一示例性实施例的等轴视图。

具体实施方式

图1示出了用于冷加工管元件（例如，在管元件的外表面中形成周向凹槽）的示例性装置10。装置10示出为可枢转地安装在旋转动力卡盘12上。这种卡盘是众所周知的，示例是由俄亥俄州伊利里亚市的ridgid公司销售的ridgid300动力驱动装置。

图2示出了包括壳体14的装置10的分解视图。壳体14由壳体主体16和盖18形成。多个齿轮（在此示例中，三个齿轮20、22和24）可旋转地安装在相应的轴26、28和30上，所述轴由壳体主体16和盖18支撑并且限定相应的旋转轴线32、34和36。轴线32、34和36彼此平行布置。在实际设计中，每一齿轮20、22和24具有相应的带凸缘衬套38，并且还可以具有止推垫圈40和压缩弹簧42。压缩弹簧42在齿轮20、22和24与盖18之间起作用，以使所述齿轮远离所述盖偏置。

齿轮20、22和24围绕中心空间44定位，所述中心空间接纳待由装置10冷加工的管元件136。盖18中的开口46提供到中心空间44的出入口并且准许管元件插入到装置10中。如图2、图3和图3a中所示，小齿轮48在中心空间44内安装在壳体主体16上。小齿轮48与齿轮20、22和24啮合，并且因此使齿轮20、22和24及其相关联的凸轮主体的运动同步，如下文所述。在此示例中，小齿轮48包括小齿轮轴50，小齿轮轴50限定平行于齿轮20、22和24的轴线32、34和36取向的小齿轮旋转轴线52。小齿轮轴50由固定地附接到壳体主体16的带凸缘小齿轮衬套54支撑。在实际设计中，止推轴承56和止推垫圈58插置在小齿轮48和壳体主体16之间。

为了便于组装，在此示例中，小齿轮轴50由保持环60保持在壳体14内（参见图3a），保持环60接纳在小齿轮轴50中的周向凹槽62内。当衬套54存在时，环60接合所述衬套54。一个或多个弹簧66可以在壳体主体16和止推垫圈58之间（参见图2）起作用，以使小齿轮朝向壳体盖18偏置，沿该方向的运动受到保持环60和衬套54之间的接合的限制。替代性地，还可以使用与凸轮主体中的一者的垂直部分的接触来限制小齿轮轴行程（参见图3a）。通过使用弹簧66和保持环60来附接小齿轮48允许小齿轮在沿着小齿轮轴线52的方向上相对于壳体14移动。使用小齿轮48的此轴向运动来锁定和解锁凸轮主体以准许或防止其旋转运动，如下文所述。

为了提供小齿轮48和管元件之间的接触，杯形物68与小齿轮48相邻地定位并且捕获在凸轮主体之间。在实际设计中，杯形物68可以固定地附接到小齿轮（如图3a中所示）、或自由旋转（free-wheeling）（如图2和图4中所示）。如图4中进一步所示，弹簧67可以定位在小齿轮48和杯形物68之间以使杯形物偏置，所述杯形物可在壳体14内在沿着小齿轮轴线52的方向上移动。使用杯形物68的轴向运动来锁定和解锁小齿轮以准许或防止凸轮主体的旋转运动，如下文所述。杯形物68接纳管元件并维持所述管元件成与小齿轮48对准，使得管元件可以在冷加工所述管元件时转动，如下文所述。杯形物68还有助于限制冷加工期间的管端部扩口。

如图4中所示，装置10包括多个凸轮69，在此示例中，所述多个凸轮为具有相应的凸轮主体70、72和74的三个凸轮。每一凸轮主体70、72和74安装在相应的齿轮20、22和24上。每一凸轮主体70、72和74包括相应的凸轮表面76、78和80。每一凸轮表面76、78和80在其相应的凸轮主体70、72和74周围延伸。凸轮表面76、78和80可与接纳在中心空间44内的管元件接合。

如图4a中详细所示，凸轮表面76、78、80中的每一者（76被示出）包括具有中断部86以及增加的半径82a的区域82。凸轮表面中的每一者还可以包括与中断部86相邻地定位的具有恒定半径84a的区域84。半径82a和84a（当存在时）是围绕齿轮20、22和24的相应旋转轴线32、34和36并且从所述旋转轴线32、34和36（针对凸轮表面76示出齿轮20的轴线32）测量的。如图5中所示，中断部86在面向中心空间时提供空隙，从而准许管元件插入到杯形物68中。再次参考图4a，示例性装置10具有三个凸轮主体70、72和74。半径恒定的区域84沿着弧长延伸，所述弧长是管元件中的所完成的周向凹槽的周向部分（circumference）的至少1/3，使得所述凹槽可以在每一凸轮主体72、74和76的一次回转期间在管元件的整个周向部分周围形成为均匀半径。在示例性实际设计（参见图4a）中，半径增大的区域82可以对着大约260°的角度88，并且半径恒定的区域（当存在时）可以对着大约78°的角度90，中断部86对着大约22°的角度92。对于具有除三个以外的多个凸轮以及凹槽在所述凸轮中的每一者的一次回转中在管元件的整个周向部分周围形成为均匀半径的约束条件的装置10，每一凸轮主体的半径恒定的区域的弧长有利地为1/n，其中“n”是设计中凸轮的数量。然而，完全减少或消除半径恒定的区域是可行的。此区域的消除将减小形成凹槽所需的扭矩。

如图4和图4b中所示，有利地在凸轮主体中的一者（诸如70）上包括至少一个牵引表面94。在示例性装置10中，每一凸轮主体70、72和74具有相应的牵引表面94、96和98。牵引表面94、96和98在其相应的凸轮主体70、72和74周围周向地延伸，并且具有围绕相应的旋转轴线32、34和36并且从所述旋转轴线32、34和36测量的恒定半径。凸轮表面76、78、80定位在齿轮20、22和24和牵引表面94、96和98之间，凸轮表面接近于牵引表面定位。如图4b中所示，每一牵引表面（94被示出）包括横向于相应的旋转轴线32、34和36延伸的多个突出部100。突出部100在凸轮主体70、72和74与牵引表面所接合的管元件之间提供机械接合和固着（purchase）。每一牵引表面94、96和98还具有间隙102。每一牵引表面94、96和98中的每一间隙102基本上与每一凸轮表面76、78、80中的相应中断部86轴向对准以提供空隙，从而准许管元件插入到杯形物68中和从杯形物68收回。在图4d中所示的另一凸轮实施例69a中，牵引表面94覆盖在凸轮表面76上。牵引表面94中的间隙102同样与凸轮表面76中的中断部86对准。

如图4b和图4c中所示，一个或多个止动表面71、73从凸轮主体中的至少一者（70被示出）突出。第一和第二止动表面71和73横向于凸轮主体旋转轴线32突出并且与凸轮表面76的中断部86相邻地定位。在图4b和图4c中所示的实际示例中，止动表面71和73定位在肋部79的第一和第二端部75、77上。肋部79在齿轮20和凸轮表面76之间在凸轮主体70周围周向地延伸。止动表面71和73可以具有凹曲率81（如图4c中所示），以在装置10的操作期间与杯形物68更好地协作，如下文所述。虽然针对凸轮主体70示出和描述了止动表面71、73，但是应理解，相同的止动表面还可以也存在于凸轮主体72和74上。

如图5中所示，进一步有利的是包括致动器106以启动凸轮主体70、72和74的运动。在此示例性实施例中，致动器106包括可枢转地安装在壳体主体16上的致动器杆108。致动器杆108具有第一表面110，其接合凸轮主体74上的指状物112以启动凸轮主体的旋转。指状物112从凸轮主体74的旋转轴线36偏移并且沿平行于轴线36的方向从凸轮主体74延伸（还参见图2）。指状物112的偏移允许致动器杆108在围绕其枢转轴线108a（平行于小齿轮轴线52对准）枢转时向凸轮主体74（齿轮24）施加扭矩并使其围绕轴线36旋转。这使所有的凸轮主体70、72和74旋转，因为其相应的齿轮20、22和24与提供同步功能的小齿轮48啮合，因此转动任何一个齿轮或转动小齿轮的动作转动所有齿轮。致动器杆108还具有第二表面114，其在凸轮主体74旋转时由指状物112接合。第二表面114在此示例中是弯曲的并且允许旋转的凸轮主体74重置指状物112和致动器杆108的相对位置，使得在凸轮主体74的旋转一圈时，致动器杆108枢转到“准备就绪”位置（如图6中所示），准备向凸轮主体施加扭矩并启动旋转。

进一步有利的是包括止动件116，其可移动地安装在壳体主体16上以防止凸轮主体的运动。在此示例性实施例中，止动件116包括钩部118，其可枢转地安装在壳体主体16上，其中枢转轴线118a平行于小齿轮轴线52对准。钩部118接合凸轮主体70（齿轮20）上的指状物120。指状物120从凸轮主体70的旋转轴线32偏移并且沿平行于轴线32的方向从凸轮主体70延伸（还参见图2）。所述偏移允许钩部118中止凸轮主体70的逆时针方向运动，如下文所述。切表面122和124定位在钩部118的端部处以用于在装置的操作期间与指状物120接合，如下文所述。扭力弹簧126（还参见图2）在钩部118和壳体主体16之间起作用，以围绕枢转轴线118a沿逆时针方向偏置钩部。钩部118还具有凸刺（spur）128，凸刺128从钩部延伸到枢转轴线118a的相对侧（还参见图2和图4）。致动器杆108具有足部130，当致动器杆108移动成与指状物112接合时，足部130接合凸刺128以使钩部118枢转成与指状物120脱离接合，从而逆时针方向迫使凸轮74启动凸轮主体70、72和74的运动，如下文所述。

在凸轮主体70、72和74如图6中所示地那样对准的情况下开始装置10的操作，使得凸轮表面76、78和80中的中断部86（还参见图4）以及牵引表面94、96和98中的间隙102同时面向小齿轮轴线52。如图6a中进一步所示，杯形物68由弹簧66（参见图3a）或弹簧67（参见图4）轴向地偏置到第一位置中，在所述第一位置中，所述杯形物接合凸轮主体72上的第一止动表面71。当杯形物68在此位置中时，防止凸轮主体70、72和74围绕其相应的轴线32、34和36旋转。如图1中所示，装置10安装在从旋转卡盘12的一端延伸的管子132上。壳体盖18中的开口46面向卡盘12（参见图2）。小齿轮轴线52与卡盘12的旋转轴线134同轴地对准。管元件136插入到卡盘12的相对端部中，使得管元件的端部从卡盘朝向装置10向外延伸。拧紧卡盘12以紧固管元件，并且然后朝向管元件沿着管子132移动装置10并使其移动成与管元件接合。

参考图2和图4，管元件穿过开口46并且进入到中心空间44中。对准的中断部86和间隙102提供准许管元件经过凸轮表面76、78和80和牵引表面94、96和98而被接纳在杯形物68中所需的空隙。因此，管元件与小齿轮轴线52对准。进一步朝向卡盘12移动装置10（参见图1），以便致使杯形物68沿着小齿轮轴线52轴向地移动，并且充分压缩弹簧66（参见图2）或弹簧67（参见图4）以将杯形物68移动到图6b中所示的第二位置中，其中，所述杯形物与凸轮主体72或任何其他凸轮主体上的止动表面71不接合。当杯形物68在此第二位置中时，准许凸轮主体70、72和74的旋转。然后致动卡盘12，其使管元件顺时针方向地旋转，如在图5和图6中所观察的。替代性地，可以启动管元件的旋转，并且然后可以使装置10滑动成与管元件接合。

当杯形物未固定到小齿轮时，管元件和杯形物68之间的接合可以致使杯形物与管一起顺时针方向地旋转。当杯形物68相对于小齿轮48自由旋转时，经由杯形物68和小齿轮48之间的摩擦所传递的扭矩可以试图使小齿轮、并且因此使齿轮20、22和24旋转。通过钩部118与从凸轮主体70（齿轮20）延伸的指状物120之间的接合容易防止齿轮的运动。此外，在管元件和凸轮主体之间不存在显著接合，因为凸轮表面76、78和80中的中断部86（还参见图4）以及牵引表面94、96和98中的间隙102同时面向小齿轮轴线52，并且此时并不显著接触管。如果杯形物68固定地附接到小齿轮48，则钩部118和指状物120之间的接合再次防止齿轮和小齿轮的运动，管元件仅在杯形物内旋转。

为启动齿轮和凸轮主体旋转，压下致动器杆108，从而致使其围绕其轴线108a逆时针方向地枢转，如在图6中所观察的。如图7中所示，致动器杆108的枢转致使其第一表面110接合从凸轮主体74延伸的指状物112，并且还致使足部130接合钩部118的凸刺128。钩部118围绕其轴线118a顺时针方向地枢转并且卷绕其偏置弹簧126（还参见图2）。致动器杆108、钩部118及其凸刺128的几何形状被设计成使得当经由致动器杆108的第一表面110与指状物112的接合而施加扭矩以使凸轮主体74旋转时从钩部118释放凸轮主体70上的指状物120。图7示出了即将从钩部118释放的指状物120以及恰在与管元件接合之前的凸轮主体74。如图8和图4中所示，致动器杆108的进一步枢转使钩部118枢转并且使指状物120从钩部释放（从而准许齿轮20的运动），同时向凸轮主体74（齿轮24）施加扭矩以启动小齿轮48和齿轮20、22和24以及其相关联的凸轮主体70、72和74的旋转。凸轮主体逆时针方向地旋转，并且其凸轮表面76、78和80和牵引表面94、96和98接合管元件的外表面。凸轮主体70、72和74然后通过旋转的管元件驱动。凸轮表面76、78和80的半径增大的区域82（参见图4a）首先接合管元件并且在凸轮主体70、72和74旋转时开始在所述管元件中形成周向凹槽。牵引表面94、96和98（参见图4b）还接合管元件并提供机械接合，其防止凸轮表面76、78和80与管元件之间的滑动。当凸轮表面和管元件之间的接触点处的半径增加时，使凹槽半径更小，直到接触点过渡到每一凸轮表面76、78和80的半径恒定的区域84（图4a）。对于具有带有半径恒定的相应区域的三个凸轮主体的装置10，半径恒定的每一区域84在管元件中的所完成的周向凹槽的周向部分的至少1/3上延伸。半径恒定的区域的半径被设计成借助所有三个凸轮主体的一次回转在管元件的整个周向部分周围以均匀半径向管元件中的周向凹槽赋予最终所期望的凹槽半径。替代性地，当在凸轮上不存在半径恒定的区域时，凹槽半径是不均匀的，而是形成若干单独局部螺旋，每一凸轮形成一个独局部螺旋。虽然不均匀，但是凹槽的半径落在凹槽的预期用途的所需公差内。

如图9和图9a中所示，凸轮主体74接近完成其单次回转，并且指状物112接触致动器杆108的第二（弯曲）表面114。指状物112和表面114之间的相互作用致使致动器杆108围绕其枢转轴线108a顺时针方向地枢转并且返回到图6中所示的起始位置。钩部118跟随、由弹簧126偏置以逆时针方向地枢转到准备接纳指状物120的位置中。当发生凸轮主体70的继续旋转时，这使指状物120移动到钩部118中，这使齿轮20、22和24的运动停止。还可行的是，将弹簧126设计为具有足够刚度，使得当致动器杆被释放时，弹簧126将使钩部118和致动器杆108两者都枢转回到图6中所示的起始位置中。在凹槽形成完成时，卡盘12停止，并且可以从装置10移除现在已被开槽的管元件。由弹簧66（参见图2）或弹簧67（参见图4）偏置的杯形物68轴向移动到第一位置中（参见图6a），其中杯形物68与止动表面71中的一者或多者接合。

图10至图12示出了其中管元件无意地逆时针方向旋转的异常状况。这可能因操作者错误而发生，因为动力卡盘（诸如ridgid300）能够沿两个方向施加显著的扭矩。

如果在管元件已经开槽之前施加反向扭矩（即，将使管元件在如在图10中所观察的逆时针方向旋转的扭矩），则管元件将仅相对于凸轮主体70、72和74及其相关联的齿轮20、22和24旋转，因为凸轮表面76、78和80中的中断部86（还参见图4）以及牵引表面94、96和98中的间隙102同时面向小齿轮轴线52，并且因此两个表面都不接触管元件。另外，即使管元件和凸轮表面进行接触，凸轮表面中的中断部的端部（其在半径恒定的区域84的端部处）对管元件来说也太陡以致于无法通过摩擦接触来攀爬。压下致动器杆108将没有显著效果，因为此动作将试图使凸轮和齿轮沿与在反向扭矩下旋转的管元件将如何在杯形物未固定地附接到小齿轮时试图经由杯形物68和小齿轮48之间的摩擦来转动凸轮主体的方向相反的方向旋转。

然而，如果在管元件已经开槽之后无意地施加反向扭矩，则凸轮表面76、78和80的半径恒定的区域84处于与凹槽的底部大致相同的半径，并且因此将获得固着并使凸轮主体70、72和74顺时针方向旋转。当管元件进一步接触牵引表面94、96和98时，凸轮主体（及其相关联齿轮20、22和24）上的扭矩将增大。由于显著扭矩施加到管元件，因此采取措施以防止对装置10的损坏。

图10至图12示出了其中反向扭矩施加到已经开槽的管元件的状况。如图10中所示，顺时针方向驱动凸轮主体70、72和74。凸轮主体70上的指状物120远离钩部118移动，但是凸轮主体74的指状物112被驱动抵靠致动器杆108。致动器杆108响应于此所施加的力而自由地顺时针方向枢转，所述枢转运动允许指状物112从致动器杆108的第一表面110脱落并接合第二（弯曲）表面114，从而避免对装置10的任何损坏。如图11中所示，凸轮主体继续顺时针方向旋转，并且凸轮主体70的指状物120与钩部118的端部上的两个切表面122和124中的第一者进行接触。如图12中所示，第一切表面122被成角度地取向成使得其准许指状物120响应于由指状物120施加的力而使钩部118抵靠其偏置弹簧126顺时针方向枢转。钩部118的枢转运动进一步防止对装置10的损坏。当指状物120过渡到第二切表面124时，准许钩部118在其偏置弹簧126的力的作用下逆时针方向枢转并再次移动到图10中所示的准备就绪位置，凸轮主体74上的指状物112也是如此。此运动将重复，直到管元件的运动停止。

图13示出了具有至多两个齿轮140、142的根据本发明的装置138的另一示例性实施例。齿轮140、142安装在壳体144内，以围绕相应轴线146、148旋转。轴线146、148彼此平行取向。小齿轮150在中心空间152内安装在壳体144上，中心空间152接纳管元件以供加工。小齿轮150与齿轮140、142啮合并且围绕平行于轴线146和148取向的小齿轮轴线154旋转。

凸轮主体156、158分别安装在齿轮140、142上。如图14中所示，每一凸轮主体（156被示出）包括多个凸轮表面，在此示例中，每一凸轮主体包括两个凸轮表面160和162。包括具有单个凸轮表面的凸轮或具有多于两个凸轮表面的凸轮的其他凸轮实施例也是可行的。凸轮表面160和162在相应凸轮主体156和158周围延伸并且可与接纳在中心空间152内的管元件接合。凸轮表面160和162彼此周向对准。每一凸轮表面160、162包括半径增大的相应区域164以及半径恒定的区域166。所述半径分别是围绕旋转轴线146和148并且从旋转轴线146和148测量的。相应中断部168、170定位在每一凸轮主体156、158上的每一凸轮表面160、162之间。

图13还示出了每一凸轮主体158、159上的多个止动表面157、159。止动表面157、159横向于相应凸轮主体旋转轴线146和148突出并且与凸轮表面160、162中的中断部168、158相邻地定位。每一凸轮主体158、159上的止动表面157、159分别定位在齿轮140、142和凸轮表面160和162之间。

如图14中进一步所示，多个牵引表面（在此示例中，两个牵引表面172、174）在每一凸轮主体156、158（156被示出）周围延伸。在此示例中，牵引表面172、174彼此周向对准。牵引表面172、174各自包括横向于相应旋转轴线146、148延伸的多个突出部176。相应间隙178、180定位在每一凸轮主体156、158上的每一牵引表面172、174之间。间隙178、180分别与凸轮表面160、162中的中断部168、170对准。如在较早论述的实施例中，每一凸轮主体156、158上的凸轮表面160、162可以定位在相应齿轮140、142和牵引表面172、174之间，并且所述凸轮表面可以接近于每一凸轮主体上的牵引表面定位。

具有多个凸轮表面和牵引表面的凸轮被定尺寸成使得其针对旋转的一部分形成完整周向凹槽。例如，具有至多两个凸轮表面和两个牵引表面的如图13和图14中示出的凸轮182在所述凸轮的一半回转中形成完整周向凹槽。

虽然本文中示出了具有两个和三个凸轮的装置，但是具有多于三个凸轮的设计有利于形成具有一致半径的凹槽，尤其是在具有2英寸或更大的标称管尺寸的管元件中，或针对具有多种壁厚度的任何尺寸的管元件。

图15示出了用于冷加工管的装置的另一实施例184。实施例184包括壳体14，凸轮69（被示出）或凸轮182可旋转地安装在所述壳体中并与小齿轮48啮合。在此实施例中，电动机186直接或通过齿轮箱联接到小齿轮。在此布置结构中，有利的是，电动机186是伺服电机或步进电机。伺服电机或步进电机允许对凸轮69的回转次数进行精确控制，使得凸轮表面中的中断部以及牵引表面中的间隙在开槽程序的开始和结束时对准，使得可以容易地插入和移除管元件。通过使用可编程逻辑控制器188或其他类似的基于微处理器的计算机来实现对电动机186的控制。

图16示出了其中离合器192在电动机186和小齿轮48之间操作的另一装置实施例190。在此示例中，电机186通过减速齿轮194联接到离合器192。离合器192通过环链轴联接件（linkchainshaftcoupling）196接合小齿轮48，环链轴联接件196补偿离合器和小齿轮之间的不对准。离合器192是缠绕弹簧类型，其示例在市场上可从康涅狄格州的新哈特福德的inertiadynamics公司购得。缠绕弹簧式离合器可容易调节以根据需要自动接合和脱离接合以产生小齿轮48的所期望的回转次数，以便实现形成周向凹槽所需的凸轮69的回转次数，并且使凸轮表面的中断部以及牵引表面中的间隙在开槽过程结束时面向小齿轮。

图17示出了其中装置直接支撑在被冷加工的管元件136上的另一示例性装置实施例198。管元件136又支撑在管钳200或其他方便的支撑装置上，当绕管元件的轴线202施加扭矩时，所述支撑装置将防止管元件转动。装置198大致类似于上文所描述的装置10，但是具有曲柄204，曲柄204与小齿轮48联接以用于手动转动所述小齿轮、并且从而手动转动齿轮20、22和24以及其相关联的凸轮主体70、72、74、凸轮表面76、78、80和牵引表面94、96、98（还参见图2），以在管元件136的整个周向部分上形成具有均匀半径的凹槽。曲柄204可以通过直接接合小齿轮轴52而联接到小齿轮48（曲柄和小齿轮之间的“直接”联接），或者齿轮系（未示出）可以插置在曲柄和小齿轮轴之间以减小手动操作所需的扭矩。

在操作中（参见图2和图17），将管元件136固定到管钳200，并且使壳体14的盖18中的开口46与管轴线202对准。然后使开口46与管元件136接合，并且使壳体14滑动到管元件上，管元件进入中心空间44并且接纳在杯形物68内以将管元件136的端部安置到装置198内的适当深度，使得凹槽形成在距管元件的端部的所期望距离处。任选地，为确保适当管元件安置，装置198可以配备有如上文所述的可轴向移动的杯形物68或小齿轮48。当存在此特征时，进一步迫使壳体14朝向管元件以轴向移动小齿轮48或杯形物68并且使所述杯形物与凸轮主体上的一个或多个止动表面脱离接合。曲柄204的转动将然后转动小齿轮48，这将通过齿轮20、22和24与小齿轮48啮合来使凸轮69转动。齿轮的旋转使凸轮表面76、78和80和牵引表面94、96和98与管元件接合，并且装置198围绕管元件136旋转以形成半径均匀的周向凹槽。在凸轮69旋转一圈时，凹槽完成，并且此状况通过突然减小使曲柄204转动所需的扭矩来向操作者传递信号。在牵引表面中的间隙102以及凸轮表面中的中断部86面向管元件136的情况下，提供空隙，并且可以从所述管元件移除装置198。然后可以从所述管钳200移除开槽管元件。

期望根据本发明的装置来有效地操作管元件并且精确地将管元件冷加工到所期望的尺寸公差，同时在无需操作者干预的情况下更快速和简单地操作。