随着现代制造业的高速发展,深孔加工技术由最初的国防工业已经渗透到装备制造业的各个领域。深孔加工不是浅孔加工的简单延长,其加工难度高,工作量大,是机械加工中的关键工序。本课题针对深孔加工中超长管件难于加工的现象,设计出一种对大直径深孔管件内孔进行加工的设备,该设备就是将镗头置于深孔内进行加工的步进内置式深孔加工机器人。该深孔加工机器人不但可用于对管件内壁进行切削加工,而且可以进行管件内壁的除锈或除垢等工作。在继承了传统的深孔加工方法优点的基础上,该深孔加工机器人还具有加工深度大、体积小,搬运方便等优点。本文对深孔加工机器人的机械本体结构和步进原理进行了设计和研究,并得出了具体的设计方案。在Pro/E软件中运用三维建模技术建立了三维实体模型,对模型进行了质量、间隙和干涉检测,验证总体结构设计的正确性与合理性。同时采用虚拟装配技术完成了整机的虚拟装配,并利用ADAMS仿真软件对机器人进行了运动学仿真,对模型进行了运动性能测试,证明设计方案能够实现机器人在管件内的行走和切削加工,满足技术要求。建立的实体模型为以后的系统动态分析打下基础。为了保证加工过程的正常进行,验证机器人机械结构设计的合理性和加工的稳定性,提高管件的加工精度,在实体模型建立的基础上,采用有限元分析方法,应用大型商用软件ANSYS10.0对机器人整体结构和主轴部件进行有限元分析计算。通过对结构的模态分析,得到了前10阶固有频率与振型,实验结果为避免在其共振频率附近工作提供了参数依据；通过对结构的动力响应分析,得到了本体结构承受随时间变化的切削力作用下的频率响应情况,从而得到机构在工作时的最大位移和动刚度,为检验结构的合理性提供了理论依据。在分析结果的基础上,提出了提高深孔加工机器人稳定性的基本途径,为进一步改进机器人本体结构提供依据,从而使整机的动态性能得到提高。