海底管线是海底油气传输系统的重要组成部分,海底环境恶劣复杂,长期服役于海底的油气管线时有发生破损事故。海底管线维修机具集多种功能于一体,能够有效地应对海底油气管线突发破损事件,降低因泄露引发的环境污染,减小经济损失。我国水下维修技术虽然已经起步,但是与国外相比还存在较大差距,为了继续推动水下维修技术的发展,本文在海底管线维修机具的基础上,对作业模块中的倒角工序进行关键技术研究,最后通过实验进行验证。海底管线随着输送压力的提高,材质的强度也越来越高,为减小维修机具对超高强度管线钢倒角的能耗,以减小作业切削力和切削功率为目标,设计一种用于超高强度管线钢倒角的刀具。以X100管线钢为研究对象,采用Johnson-Cook本构方程模拟该管线钢材料属性,利用Advant Edge软件在逐一控制变量的方法下,比对二维切削仿真结果确定刀具前角、后角等参数。构造该刀具三维模型后,通过对该刀具进行最大进给量和最大切削速度的三维切削仿真分析,得到倒角刀具的最大切削功率和最大切削扭矩。通过控制刀具上刀刃运动轨迹线的变化来间接保证管线倒角面的加工质量,以防止管线切口处的毛刺刮伤后续作业设备。根据维修机具的工作原理和加工方式,基于车铣原理,推导了刀具切削速度与进给速度的表达式,并建立了刀具偏置安装和非偏置安装下刀刃的两种运动轨迹矢量方程。根据刀刃运动轨迹矢量方程中的转速比、偏置量和顺逆铣的不同设置,得出六种倒角加工方式。在Creo软件中编程输入运动轨迹矢量方程,通过控制单一变量的方法,分析仿真结果得出表面加工质量最好的倒角加工方式。针对海底管线维修机具倒角时过切或少切问题,分析了问题引发的原因,并设计了一种求解偏心误差的方法,然后通过计算得到误差轨迹,设计了一种修正轨迹误差的方法,将刀具的轨迹误差控制在一定范围内。为了使刀具在管径方向上能平稳地进给,避免接触管道过大而受到冲击,设计了基于PID控制的刀具进给速度控制系统,采用三角函数加减速算法控制刀具进给马达的转速,以此来控制刀具径向进给速度,并在AMESim软件中对机具的进给速度进行了仿真,仿真结果验证了该算法的合理性。为了使刀具切削速度不受外负载影响,在刀具主轴旋转液压马达和C盘旋转液压马达前各安装一个比例调速阀,对调速阀流量稳定性进行研究。在AMESim软件中对此液压系统进行仿真分析,结果显示调速阀可以满足在外负载波动下向液压马达能快速地输出稳定的流量,并满足不同转速要求。进行了海底管线维修机具倒角实验研究,实验结果表明针对倒角质量不均匀而设计的修正轨迹误差方法使管线的倒角质量得到明显改善;刀具沿管径方向进给位移变化平稳;液压马达切削转速平稳,满足机具加工要求。本文通过理论研究与实验研究相结合,完成了海底管线维修机具作业模块中倒角工序的关键技术研究,为海底管线维修机具工程样机的海试奠定基础。