CN108213534A - 一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽加工装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置及加工方法，所述装置包括支撑机构、加工机构、旋转机构和进给机构，支撑机构安装在所述旋转机构外部；旋转机构的输出端与所述加工机构的其中一轴端相连；加工机构的另一轴端与进给机构的动作端相连；且定义支撑机构的一端为前，进给机构的一端为后；所述方法包括将需加工管道固定好，调整进给机构，直至切割刀具组件来到待加工位置；调整支撑架的形状，使其压紧管道内壁；调整切割刀的切割刃与待加工管道内壁接触；启动旋转部分开始加工管道内壁沟槽；重复以上操作，可实现待加工管道内仿生沟槽的连续加工。本发明的有益效果是：适用范围极广，不受管壁尺寸影响；具有自锁功能，精度较高；加工质量高。

Description

一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽加工装置及加工方法

技术领域

本发明涉及一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置及加工方法。

背景技术

随着世界能源危机的日渐加剧，节能问题迫在眉睫。而现阶段的主要节能手段之一就是减少在输送过程中的摩擦损耗。据调查表明，在距离较长的管道输送过程中，泵站提供的能量几乎都用在了克服表面摩擦阻力上。在这些管道表面的大部分区域，流动都处于湍流状态，所以研究如何湍流减阻是现阶段的首要任务。

目前的各种湍流减阻方法中，沟槽表面减阻技术以其减阻效果显著和易于推广使用的特点，被公认最具使用潜力。通过在管道内表面加工具有一定尺寸形状的沟槽结构(就能达到良好的减阻效果。根据国内外一些学者对沟槽减阻的试验研究表明，V形沟槽的减阻性能最佳。

水泵进水管是流体进入水泵的入口，流体在进水管中的流动状态、稳定程度很大程度上决定了后续水泵的运行效率和扬程等因素。所以本发明针对水泵的进水管道进行沟槽加工。但是现有的沟槽加工装置只能加工内径相同的直管道，不适用于水泵进水管道这种锥形的管道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种加工方便、操作简单的水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置及加工方法。

本发明所述的一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置，其特征在于：包括用于支撑整个加工装置卡入水泵锥形进水管内的辅助支撑机构、用于在水泵锥形进水管内壁加工仿生沟槽的加工机构、用于驱动加工机构周向旋转的旋转机构和用于驱动整个加工装置沿管内壁轴向推进的进给机构，所述辅助支撑机构与所述旋转机构通过螺栓固定连接；所述旋转机构的输出端与所述加工机构的其中一轴端相连；所述加工机构的另一轴端与进给机构的动作端相连，实现对整个加工装置的推进；所述旋转机构的中心轴、所述加工机构的中心轴重合，且定义支撑机构的一端为前，进给机构的一端为后；

所述辅助支撑机构包括套筒、压缩弹簧、滑套、套筒支撑轮架、套筒滑套支撑杆、导向键和支撑轮，所述套筒分为左右两段，每段套接一始终处于压缩状态的压缩弹簧，而套筒每段圆弧面轴向开有一个键槽，且键槽内配装一导向键；所述滑套由两个半圆滑套通过螺栓固定成套在套筒外的环状结构，滑套其中一端面与压缩弹簧一端接触，压缩弹簧另一端与套筒中部端面接触，且滑套内壁设有可与导向键滑动配合的滑槽，滑套在导向键导向作用下沿套筒轴向滑动，用于带动压缩弹簧作用恢复原状；所述套筒中部圆周面上周向均匀铰接三个套筒支撑轮架，所述套筒支撑轮架末端支撑部配装有用于支撑在管内壁的支撑轮，所述套筒轮架支撑杆两端分别与所述套筒和套筒支撑轮架铰接；

所述旋转机构包括旋转机构外壳、第一电机支撑架、第一伺服电机电机、第一联轴器、第一连接轴和第一端盖，所述旋转机构外壳安装在所述辅助支撑机构的固定件上，并且保持旋转机构外壳中心轴与所述套筒的中心轴重合；所述第一端盖固装在所述旋转机构外壳的端部，与所述的旋转机构外壳共同围成密封腔；所述密封腔内固装第一电机支撑架，所述第一伺服电机安装在所述第一电机支撑架上，所述第一连接轴通过相应的轴承沿旋转机构外壳轴向架设在旋转机构外壳的内腔，实现第一连接轴绕其中心轴的转动，所述第一连接轴的一端通过第一联轴器与所述第二电机的输出轴相连，另一端伸出旋转机构外壳后通过第二联轴器与所述加工机构的动力输入端相连；

所述加工机构包括加工机构外壳、第二连接轴、传动齿轮、切割刀具组件、第三连接轴、锥齿轮组、第二伺服电机、第二电机支撑架、第四连接轴、第二联轴器、第三联轴器和第二端盖，所述加工机构外壳的一端安装第二连接轴，二者转动连接；所述第二连接轴作为加工机构的动力输入端，其一端伸出加工机构外壳后通过第二联轴器与所述旋转机构的第一连接轴的一端相连，实现第一连接轴与第二连接轴的同步转动；所述第二连接轴的另一端固装传动齿轮，并且所述传动齿轮与加工机构外壳沿内壁周向设置的齿啮合；所述第三连接轴、所述第四连接轴均通过相应的轴承水平架设在加工机构外壳内，第三连接轴与加工机构外壳转动连接，且第三连接轴、第四连接轴同轴；所述第三连接轴的一端作为动力输出端，通过锥齿轮组与沿加工机构外壳径向分布的切割刀具组件动力输入端相连，带动切割刀具组件动力输出端并从加工机构外壳的径向孔内伸出的切割刀沿其自身中心轴旋转，所述第三连接的另一端作为动力输出端，通过第三联轴器与第二伺服电机的输出轴相连；所述第二伺服电机安装在所述第二电机支撑架上，并且所述第二电机支撑架与第四连接轴伸入加工机构外壳内腔的一端相连，所述第四连接轴的另一端与所述进给机构的移动部分固接；

所述进给机构包括第三伺服电机、第三电机支撑板、螺纹杆、滑动件以及直线导轨。第三伺服电机支撑板有两块，所述第三电机安装在位于后端的第三电机支撑板上；所述螺纹杆的两端分别与同侧的第三电机支撑板螺接，并且螺纹杆的后端与第三电机的输出轴相连；所述直线导轨的两端各固装一块第三电机支撑板，滑动件底部与直线导轨滑动连接；滑动件作为进给机构的移动部分，其上部与第四连接轴的一端相连，滑动件与螺纹杆螺接，从而使得第三电机带动螺纹杆旋转，进而转化为滑动件带动整个加工装置沿待加工管壁轴向进给运动。

所述切割刀具组件包括第五连接轴、伸缩杆以及用于在管内壁加工仿生沟槽的切割刀。所述第五连接轴通过相应的轴承安装在加工机构外壳的径向通孔内，实现第五连接轴以其自身中心轴为转轴的自转；所述第五连接轴位于加工机构外壳内的一端通过锥齿轮组与第三连接轴的动力输出端相连，第五连接轴的另一端与所述伸缩杆插入加工机构外壳径向通孔内的一端螺接，所述伸缩杆位于加工机构外壳外的一端设有用于用于在管内壁加工仿生沟槽的插入切割刀的光孔；所述切割刀通过紧定螺钉固装在伸缩杆末端的光孔内，并且所述切割刀的切割刃面向待加工管壁，使得切割刀沿加工机构外壳的径向伸缩以加工管内壁。

所述锥齿轮组包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第三连接轴的前端键连接，所述第二锥齿轮与所述第五连接轴的内端键连接，并且所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合，使得第三连接轴的转动带动第五连接轴的旋转。

所述加工机构外壳内沿其轴向从前向后依次设有用于安装第四连接轴的第一轴向孔、用于容纳第三电机的电机安装腔、用于安装第三连接轴的第二轴向孔、用于安装切割刀具组件的刀具安装腔以及用于安装第二连接轴的第三轴向孔，所述加工机构外壳沿其径向设有至少一个用于安装切割刀具组件的径向通孔，第一轴向孔、第二轴向孔和第三轴向孔均同轴布置，所述径向通孔的一端与所述刀具安装腔连通，另一端延伸至加工机构外壳外壁上；所述刀具安装腔靠近第二连接轴的一端内壁沿其周向设有一圈用于与齿轮啮合的齿以及用于限制齿轮轴向移动的环形凸起，刀具安装腔靠近电机安装腔的一端和电机安装腔通过沿第二套筒轴向分布的第二轴向孔相互连通；第一轴向孔内插入第二连接轴，第二轴向孔内插入第三连接轴，而第三轴向孔内插入第四连接轴，径向通孔内插入第五连接轴，并且轴向孔与插入其内的连接轴转动连接。

三个轴向孔内各配有一对用于支撑相应连接轴的圆锥滚子轴承，即第一轴向孔、第二轴向孔和第三轴向孔内各配有一对圆锥滚子轴承，两圆锥滚子轴承相对的两端面分布通过相应连接轴的轴肩实现轴向固定，两圆锥滚子轴承相背离的两端面分别通过端盖以及套在相应连接轴上的套环实现轴向固定，并且圆锥滚子轴承的内、外圈分别与相应的连接轴以及对应的套环过盈配合，实现第二连接轴、第三连接轴以及第四连接轴的同轴布置；径向通孔内配有一对双列圆锥滚子轴承，双列圆锥滚子轴承的一端由第四套筒轴向定位，另一端由第二套筒的壁面进行轴向定位，双列圆锥滚子轴承的内、外圈分别与第五连接轴、加工机构外壳过盈配合，实现双列圆锥滚子轴承的周向定位。

所述加工机构外壳由第一半拱形结构和第二半拱形结构共同组成，所述第一半拱形结构与所述第二半拱形结构通过相应的螺栓固定成一个完整的圆筒型结构。

所述辅助支撑装置通过压缩弹簧的弹性可以将支撑轮按压在管道内壁上，由于支撑轮不是驱动轮，所需压力较小，弹簧完全可以提供。当遇到管道内径变化是，滑套压缩弹簧，进而可以达到支撑轮伸缩的效果。

所述旋转机构外壳一端封口，一端敞口，并且在敞口端通过一对对称布置的圆锥滚子轴承安装第二连接轴，且所述第一连接轴与所述旋转机构外壳之间夹有套杯，套杯的一端插入旋转机构外壳的敞口端，并且二者通过相应螺钉固定，另一端配装用于封口的套杯端盖；圆锥滚子轴承相对的两端面通过第一连接轴的轴肩轴向定位，圆锥滚子轴承相远离的两端面通过套杯轴向定位，且圆锥滚子轴承的内外圈分别与第一连接轴、套杯过盈配合，第一连接轴的一端从端盖中心通孔伸出后通过第二联轴器与所述加工机构的第二连接轴动力输入端相连。

所述滑动件包括上滑块和下滑块，所述上滑块通过相应的螺钉与所述下滑块固接，且上滑块的凹槽与下滑块的凹槽共同拼成用于与第二螺纹杆螺接的螺纹孔，下滑块底部与沿加工机构轴向布置的直线导轨滑动连接，螺纹杆在第三伺服电机去驱动下，将其旋转运动转化为滑动件沿直线导轨的轴向的进给运动。

利用本发明所述的一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置进行的加工方法，包括以下步骤：

(1)将需加工管道固定好，启动进给机构的第三伺服电机，推动整个装置沿管道轴向进入管道内部，使辅助支撑装置的弹簧压缩，六个支撑轮都按压在管道内壁上，使切割刀具组件来到待加工位置，此时关闭第三伺服电机电机；

(2)启动旋转机构的第一伺服电机，第一伺服电机旋转带动齿轮旋转，从而带动与齿轮啮合的加工机构外壳旋转，从而使刀具旋转，开始加工管道内壁沟槽；

(3)启动加工机构的第二伺服电机，第二伺服电机正转带动锥齿轮组中第一锥齿轮旋转，从而带动第二锥齿轮转动，进而使伸缩杆向外伸出，带动切割刀向待加工管道内壁靠近，开始加工沟槽；

(4)加工完成后，控制加工机构的第二伺服电机的反转使切割刀的切割刃离开已加工表面；

(5)重复(1)～(4)操作，可实现待加工管道内仿生沟槽的连续加工。

本发明的有益效果是：

(1)该装置能进入管道中进行加工，所以能加工不同长度的管道，适用范围极广；

(2)本装置的辅助支撑结构可以对内径沿轴向分布不同的锥形进水管进行支撑；

(3)通过3台电机分别控制加工装置的旋转、刀具的伸缩、装置的轴向定位，可以实现对不同管径管道内壁仿生沟槽的连续加工，既适用于等粗的管道，也适用于管径有变化的管道；

(4)进给部分和刀具进给部分均采用螺旋传动，螺旋传动具有自锁的优点，可以防止在加工过程中出现移动、偏差的情况，精度较高；

(4)采用三把刀具同时反向切削加工，可抵消三把刀具切削加工时所受到的切向反力，从而避免产生弯曲变形和扭转变形，使加工装置作业质量得以保证。

附图说明

图1为本发明结构的三维图。

图2为辅助支撑结构的三维图。

图3为旋转机构结构图。

图4为加工机构结构图。

图5为加工机构齿轮啮合结构图。

图6为进给机构的三维图。

图7为加工机构刀具进给结构图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

参照附图：

实施例1本发明所述的一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置，包括用于支撑整个加工装置卡入水泵锥形进水管内的辅助支撑机构1、用于驱动加工机构周向旋转的旋转机构2、用于在水泵锥形进水管内壁加工仿生沟槽的加工机构3和用于驱动整个加工装置沿管内壁轴向推进的进给机构4，所述辅助支撑机构1与所述旋转机构2通过螺栓固定连接；所述旋转机构2的输出端与所述加工机构3的其中一轴端相连；所述加工机构3的另一轴端与进给机构4的动作端相连，实现对整个加工装置的推进；所述旋转机构2的中心轴、所述加工机构3的中心轴重合，且定义辅助支撑机构1的一端为前，进给机构的一端为后；

所述辅助支撑机构1包括套筒11、压缩弹簧12、滑套13、套筒支撑轮架14、套筒滑套支撑杆15、导向键16和支撑轮17，所述套筒11分为左右两段，每段套接一始终处于压缩状态的压缩弹簧12，而套筒每段圆弧面轴向开有一个键槽，且键槽内配装一导向键16；所述滑套13由两个半圆滑套通过螺栓固定成套在套筒外的环状结构，滑套13其中一端面与压缩弹簧12一端接触，压缩弹簧12另一端与套筒中部接触，且滑套内壁设有可以与导向键16滑动配合的滑槽，滑套在导向键16导向作用下沿套筒11轴向滑动，用于带动压缩弹簧12作用恢复原状；所述套筒中部圆周面上周向均匀铰接三个套筒支撑轮架14，所述套筒支撑轮架14末端支撑部配装有用于支撑在管内壁的支撑轮17，所述套筒轮架支撑杆15两端分别与所述套筒11和套筒支撑轮架14铰接。

所述旋转机构2包括旋转机构外壳21、第一电机支撑架22、第一伺服电机23、第一联轴器24、第一连接轴25和第一端盖26，所述旋转机构外壳21采用剖分式结构，两结构通过8个螺栓固定；所述旋转机构外壳21安装在所述支撑机构1的固定件11上，并且保持旋转机构外壳21中心轴与套筒11的中心轴重合；所述第一端盖26通过6个周向布置的螺栓固装在所述旋转机构外壳21的端部，与所述的旋转机构外壳21共同围成密封腔；所述密封腔内固装第一电机支撑架22，所述第一伺服电机23安装在所述第一电机支撑架22上，所述第一连接轴25通过相应的轴承沿旋转机构外壳21轴向架设在第旋转机构外壳21内腔，实现第一连接轴25绕其中心轴的转动，所述第一连接轴25的一端通过第一联轴器24与所述第一伺服电机23的输出轴相连，另一端伸出旋转机构外壳21后通过第二联轴器31与所述加工机构3的动力输入端相连；

所述加工机构3包括加工机构外壳32、第二连接轴33、传动齿轮34、切割刀具组件35、第三连接轴36、锥齿轮组39、第二伺服电机37、第二电机支撑架38、第四连接轴311、第二联轴器31、第三联轴器310和312第二端盖，所述加工机构外壳32的一端安装第二连接轴32，二者转动连接；所述第二连接轴32作为加工机构3的动力输入端，其一端伸出加工机构外壳32后通过第二联轴器31与所述旋转机构2的第一连接轴25的一端相连，实现第一连接轴25与第二连接轴32的同步转动；所述第二连接轴32的另一端固装传动齿轮34，并且所述传动齿轮34与加工机构外壳32沿内壁周向设置的齿啮合，传动齿轮34转动，带动加工机构外壳32转动；所述第三连接轴36、所述第四连接轴311均通过相应的轴承水平架设在加工机构外壳32内，第三连接轴36与加工机构外壳32转动连接，且第三连接轴36、第四连接轴311同轴；所述第三连接轴36的一端作为动力输出端，通过锥齿轮组39与沿加工机构外壳32径向分布的切割刀具组件35动力输入端相连，带动切割刀具组件35动力输出端并从加工机构外壳32的径向孔内伸出的切割刀352沿其自身中心轴旋转，所述第三连接轴36的另一端作为动力输出端，通过第三联轴器310与第二伺服电机37的输出轴相连；所述第二伺服电机37安装在所述第二电机支撑架38上，并且所述第二电机支撑架38与第四连接轴311伸入加工机构外壳32内腔的一端相连，所述第四连接轴311的另一端与所述进给机构4的移动部分固接；

所述进给机构4包括第三伺服电机41、第三电机支撑板42、螺纹杆43、滑动件44以及直线导轨45，第三电机支撑板42有两块，所述第三伺服电机41安装在位于后端的第三电机支撑板42上；所述螺纹杆43的两端分别与同侧的第三电机支撑板42螺接，并且螺纹杆43的后端与第三伺服电机41的输出轴相连；所述直线导轨45的两端各固装一块第三电机支撑板42，滑动件44底部与直线导轨45滑动连接，且滑动件44沿加工机构3的轴线方向滑动；滑动件44作为进给机构4的移动部分，其上部与第四连接轴311的一端相连，滑动件44与螺纹杆43螺接，从而使得第三伺服电机41带动螺纹杆43旋转，进而转化为滑动件44带动整个加工装置沿待加工管壁轴向进给运动。

所述切割刀具组件35包括第五连接轴351、伸缩杆353以及用于在管内壁加工仿生沟槽的切割刀352。所述第五连接轴351通过相应的轴承安装在加工机构外壳32的径向通孔内，实现第五连接轴351以其自身中心轴为转轴的自转；所述第五连接轴351位于加工机构外壳32内的一端通过锥齿轮组39与第三连接轴36的动力输出端相连，第五连接轴351的另一端进行螺纹攻丝，与所述伸缩杆353插入加工机构外壳32的径向通孔内的一端螺接，伸缩杆353与加工机构外壳32间隙配合，并且所述伸缩杆353位于加工机构外壳32外的一端设有用于用于在管内壁加工仿生沟槽的插入切割刀352的光孔；所述切割刀通过紧定螺钉固装在伸缩杆353末端的光孔内，并且所述切割刀352的切割刃面向待加工管壁，使得切割刀352沿加工机构外壳32的径向伸缩以加工管内壁。

所述锥齿轮组39包括第一锥齿轮391和第二锥齿轮392，所述第一锥齿轮391与所述第三连接轴36的前端键连接，所述第二锥齿轮392与所述第五连接轴351的内端键连接，并且所述第一锥齿轮391与所述第二锥齿轮392啮合，使得第三连接轴36的转动带动第五连接轴351的旋转。

所述加工机构外壳32内沿其轴向从前向后依次设有用于安装第四连接轴311的第一轴向孔、用于容纳第二伺服电机37的电机安装腔、用于安装第三连接轴36的第二轴向孔、用于安装切割刀具组件35的刀具安装腔以及用于安装第二连接轴33的第三轴向孔，所述加工机构外壳32沿其径向设有三个用于安装切割刀具组件35的径向通孔，第一轴向孔、第二轴向孔和第三轴向孔均同轴布置，所述径向通孔的一端与所述刀具安装腔连通，另一端延伸至加工机构外壳32外壁上；所述刀具安装腔靠近第二连接轴33的一端内壁沿其周向设有一圈用于与传动齿轮啮合的齿以及用于限制传动齿轮34轴向移动的环形凸起，刀具安装腔靠近电机安装腔的一端和电机安装腔通过沿加工机构外壳32轴向分布的第二轴向孔相互连通；第一轴向孔内插入第二连接轴33，第二轴向孔内插入第三连接轴36，而第三轴向孔内插入第四连接轴311，径向通孔内插入第五连接轴351，并且轴向孔与插入其内的连接轴转动连接。

由于第二连接轴33、第三连接轴36以及第四连接轴311旋转时会产生较大的轴向力，因此三个轴向孔内各配有一对用于支撑相应连接轴的圆锥滚子轴承，即第一轴向孔、第二轴向孔和第三轴向孔内各配有一对对称布置的圆锥滚子轴承，两圆锥滚子轴承相对的两端面分布通过相应连接轴的轴肩实现轴向固定，两圆锥滚子轴承相背离的两端面分别通过第二端盖312以及套在相应连接轴上的套环实现轴向固定，并且圆锥滚子轴承的内、外圈分别与相应的连接轴以及对应的套环过盈配合，实现第二连接轴33、第三连接轴36以及第四连接轴311的同轴布置；第三连接轴36由于旋转和锥齿轮组39的配合会产生一个较大的轴向力，因此径向通孔内配有一对双列圆锥滚子轴承，双列圆锥滚子轴承的一端由套筒轴向定位，另一端由加工机构外壳32的壁面进行轴向定位，双列圆锥滚子轴承的内、外圈分别与第五连接轴351、加工机构外壳32过盈配合，实现双列圆锥滚子轴承的周向定位。

所述加工机构外壳32由第一半拱形结构和第二半拱形结构共同组成，所述第一半拱形结构与所述第二半拱形结构通过相应的螺栓固定成一个完整的圆筒型结构。

所述辅助支撑装置1通过所述压缩弹簧12的弹性可以将支撑轮17按压在管道内壁上，由于所述支撑轮17不是驱动轮，所需压力较小，弹簧12完全可以提供。当遇到管道内径变化是，滑套13压缩弹簧12，进而可以达到支撑轮17伸缩的效果。

所述旋转机构外壳21一端封口，一端敞口，并且在敞口端通过一对对称布置的圆锥滚子轴承安装第二连接轴33，且所述第一连接轴25与所述旋转机构外壳21之间夹有套杯，套杯的一端插入旋转机构外壳21的敞口端，并且二者通过相应螺钉固定，另一端配装用于封口的套杯端盖；圆锥滚子轴承相对的两端面通过第一连接轴25的轴肩轴向定位，圆锥滚子轴承相远离的两端面通过套杯轴向定位，且圆锥滚子轴承的内外圈分别与第一连接轴25、套杯过盈配合，第一连接轴25的一端从第一端盖26中心通孔伸出后通过第二联轴器31与所述加工机构3的第二连接轴33动力输入端相连。

所述滑动件44包括上滑块441和下滑块442，所述上滑块441通过2个螺钉与所述下滑块442固接，且上滑块441的轴向凹槽与下滑块442的轴向凹槽共同拼成用于与螺纹杆43螺接的螺纹孔，下滑块442底部与沿加工机构3轴向布置的直线导轨45滑动连接，螺纹杆43在第三伺服电机41的驱动下，将其旋转运动转化为滑动件44沿直线导轨45的轴向的进给运动。

实施例2利用实施例1所述的一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置进行的加工方法，包括以下步骤：

(1)将需加工管道固定好，启动进给机构的第三伺服电机，推动整个装置沿管道轴向进入管道内部，使辅助支撑装置的弹簧压缩，六个支撑轮都按压在管道内壁上，使切割刀具组件来到待加工位置，此时关闭第三伺服电机电机；

(2)启动旋转机构的第一伺服电机，第一伺服电机旋转带动齿轮旋转，从而带动与齿轮啮合的加工机构外壳旋转，从而使刀具旋转，开始加工管道内壁沟槽；

(3)启动加工机构的第二伺服电机，第二伺服电机正转带动锥齿轮组中第一锥齿轮旋转，从而带动第二锥齿轮转动，进而使伸缩杆向外伸出，带动切割刀向待加工管道内壁靠近，开始加工沟槽；

(4)加工完成后，控制加工机构的第二伺服电机反转使切割刀的切割刃离开已加工表面；

(5)重复(1)～(4)操作，可实现待加工管道内仿生沟槽的连续加工。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (9)

1.一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置，其特征在于：包括用于支撑整个加工装置卡入水泵锥形进水管内的辅助支撑机构、用于在水泵锥形进水管内壁加工仿生沟槽的加工机构、用于驱动加工机构周向旋转的旋转机构和用于驱动整个加工装置沿管内壁轴向推进的进给机构，所述辅助支撑机构与所述旋转机构通过螺栓固定连接；所述旋转机构的输出端与所述加工机构的其中一轴端相连；所述加工机构的另一轴端与进给机构的动作端相连，实现对整个加工装置的推进；所述旋转机构的中心轴、所述加工机构的中心轴重合，且定义辅助支撑机构的一端为前，进给机构的一端为后；

所述辅助支撑机构包括套筒、压缩弹簧、滑套、套筒支撑轮架、套筒滑套支撑杆、导向键和支撑轮，所述套筒分为左右两段，每段套接一始终处于压缩状态的压缩弹簧，而套筒每段圆弧面轴向开有一个键槽，且键槽内配装一导向键；所述滑套由两个半圆滑套通过螺栓固定成套在套筒外的环状结构，滑套其中一端面与压缩弹簧一端连接，压缩弹簧另一端与套筒中部接触，且滑套内壁设有可与导向键滑动配合的滑槽，滑套在导向键导向作用下沿套筒轴向滑动，用于带动压缩弹簧作用恢复原状；所述套筒中部圆周面上周向均匀铰接三个套筒支撑轮架，所述套筒支撑轮架末端支撑部配装有用于支撑在管内壁的支撑轮，所述套筒轮架支撑杆两端分别与所述套筒和套筒支撑轮架铰接；

所述旋转机构包括旋转机构外壳、第一电机支撑架、第一伺服电机电机、第一联轴器、第一连接轴和第一端盖。所述旋转机构外壳安装在所述辅助支撑机构的固定件上，并且保持旋转机构外壳中心轴与所述套筒的中心轴重合；所述第一端盖固装在所述旋转机构外壳的端部，与所述的旋转机构外壳共同围成密封腔；所述密封腔内固装第一电机支撑架，所述第一伺服电机安装在所述第一电机支撑架上，所述第一连接轴通过相应的轴承沿旋转机构外壳轴向架设在旋转机构外壳的内腔，实现第一连接轴绕其中心轴的转动，所述第一连接轴的一端通过第一联轴器与所述第二电机的输出轴相连，另一端伸出旋转机构外壳后通过第二联轴器与所述加工机构的动力输入端相连；

所述加工机构包括加工机构外壳、第二连接轴、传动齿轮、切割刀具组件、第三连接轴、锥齿轮组、第二伺服电机、第二电机支撑架、第四连接轴、第二联轴器、第三联轴器和第二端盖；所述加工机构外壳的一端安装第二连接轴，二者转动连接；所述第二连接轴作为加工机构的动力输入端，其一端伸出加工机构外壳后通过第二联轴器与所述旋转机构的第一连接轴的一端相连，实现第一连接轴与第二连接轴的同步转动；所述第二连接轴的另一端固装传动齿轮，并且所述传动齿轮与加工机构外壳沿内壁周向设置的齿啮合；所述第三连接轴、所述第四连接轴均通过相应的轴承水平架设在加工机构外壳内，第三连接轴与加工机构外壳转动连接，且第三连接轴、第四连接轴同轴；所述第三连接轴的一端作为动力输出端，通过锥齿轮组与沿加工机构外壳径向分布的切割刀具组件动力输入端相连，带动切割刀具组件动力输出端并从加工机构外壳的径向孔内伸出的切割刀沿其自身中心轴旋转，所述第三连接的另一端作为动力输出端，通过第三联轴器与第二伺服电机的输出轴相连；所述第二伺服电机安装在所述第二电机支撑架上，并且所述第二电机支撑架与第四连接轴伸入加工机构外壳内腔的一端相连，所述第四连接轴的另一端与所述进给机构的移动部分固接；

所述进给机构包括第三伺服电机、第三电机支撑板、螺纹杆、滑动件以及直线导轨，第三伺服电机支撑板有两块，所述第三电机安装在位于后端的第三电机支撑板上；所述螺纹杆的两端分别与同侧的第三电机支撑板螺接，并且螺纹杆的后端与第三电机的输出轴相连；所述直线导轨的两端各固装一块第三电机支撑板，滑动件底部与直线导轨滑动连接；滑动件作为进给机构的移动部分，其上部与第四连接轴的一端相连，滑动件与螺纹杆螺接，从而使得第三电机带动螺纹杆旋转，进而转化为滑动件带动整个加工装置沿待加工管壁轴向进给运动。

2.如权利要求1所述的一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置，其特征在于：所述切割刀具组件包括第五连接轴、伸缩杆以及用于在管内壁加工仿生沟槽的切割刀。所述第五连接轴通过相应的轴承安装在加工机构外壳的径向通孔内，实现第五连接轴以其自身中心轴为转轴的自转；所述第五连接轴位于加工机构外壳内的一端通过锥齿轮组与第三连接轴的动力输出端相连，第五连接轴的另一端与所述伸缩杆插入加工机构外壳径向通孔内的一端螺接，所述伸缩杆位于加工机构外壳外的一端设有用于用于在管内壁加工仿生沟槽的插入切割刀的光孔；所述切割刀通过紧定螺钉固装在伸缩杆末端的光孔内，并且所述切割刀的切割刃面向待加工管壁，使得切割刀沿加工机构外壳的径向伸缩以加工管内壁。

3.如权利要求2所述的一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置，其特征在于：所述锥齿轮组包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述第三连接轴的前端键连接，所述第二锥齿轮与所述第五连接轴的内端键连接，并且所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合，使得第三连接轴的转动带动第五连接轴的旋转。

4.如权利要求2所述的一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置，其特征在于：所述加工机构外壳内沿其轴向从前向后依次设有用于安装第四连接轴的第一轴向孔、用于容纳第三电机的电机安装腔、用于安装第三连接轴的第二轴向孔、用于安装切割刀具组件的刀具安装腔以及用于安装第二连接轴的第三轴向孔，所述加工机构外壳沿其径向设有至少一个用于安装切割刀具组件的径向通孔，第一轴向孔、第二轴向孔和第三轴向孔均同轴布置，所述径向通孔的一端与所述刀具安装腔连通，另一端延伸至加工机构外壳外壁上；所述刀具安装腔靠近第二连接轴的一端内壁沿其周向设有一圈用于与齿轮啮合的齿以及用于限制齿轮轴向移动的环形凸起，刀具安装腔靠近电机安装腔的一端和电机安装腔通过沿第二套筒轴向分布的第二轴向孔相互连通；第一轴向孔内插入第二连接轴，第二轴向孔内插入第三连接轴，而第三轴向孔内插入第四连接轴，径向通孔内插入第五连接轴，并且轴向孔与插入其内的连接轴转动连接。

5.如权利要求4所述的一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置，其特征在于：三个轴向孔内各配有一对用于支撑相应连接轴的圆锥滚子轴承，即第一轴向孔、第二轴向孔和第三轴向孔内各配有一对圆锥滚子轴承，两圆锥滚子轴承相对的两端面分布通过相应连接轴的轴肩实现轴向固定，两圆锥滚子轴承相背离的两端面分别通过端盖以及套在相应连接轴上的套环实现轴向固定，并且圆锥滚子轴承的内、外圈分别与相应的连接轴以及对应的套环过盈配合，实现第二连接轴、第三连接轴以及第四连接轴的同轴布置；径向通孔内配有一对双列圆锥滚子轴承，双列圆锥滚子轴承的一端由第四套筒轴向定位，另一端由第二套筒的壁面进行轴向定位，双列圆锥滚子轴承的内、外圈分别与第五连接轴、加工机构外壳过盈配合，实现双列圆锥滚子轴承的周向定位。

6.如权利要求5所述的一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置，其特征在于：所述加工机构外壳由第一半拱形结构和第二半拱形结构共同组成，所述第一半拱形结构与所述第二半拱形结构通过相应的螺栓固定成一个完整的圆筒型结构。

7.如权利要求1所述的一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置，其特征在于：所述旋转机构外壳一端封口，一端敞口，并且在敞口端通过一对对称布置的圆锥滚子轴承安装第二连接轴，且所述第一连接轴与所述旋转机构外壳之间夹有套杯，套杯的一端插入旋转机构外壳的敞口端，并且二者通过相应螺钉固定，另一端配装用于封口的套杯端盖；圆锥滚子轴承相对的两端面通过第一连接轴的轴肩轴向定位，圆锥滚子轴承相远离的两端面通过套杯轴向定位，且圆锥滚子轴承的内外圈分别与第一连接轴、套杯过盈配合，第一连接轴的一端从端盖中心通孔伸出后通过第二联轴器与所述加工机构的第二连接轴动力输入端相连。

8.如权利要求1所述的一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置，其特征在于：所述滑动件包括上滑块和下滑块，所述上滑块通过相应的螺钉与所述下滑块固接，且上滑块的凹槽与下滑块的凹槽共同拼成用于与第二螺纹杆螺接的螺纹孔，下滑块底部与沿加工机构轴向布置的直线导轨滑动连接，第二螺纹杆在第四电机去驱动下，将其旋转运动转化为滑动件沿直线导轨的轴向的进给运动。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的一种水泵锥形进水管内壁仿生沟槽的加工装置进行的加工方法，包括以下步骤：

(1)将需加工管道固定好，启动进给机构的第三伺服电机，推动整个装置沿管道轴向进入管道内部，使辅助支撑装置的弹簧压缩，六个支撑轮都按压在管道内壁上，使切割刀具组件来到待加工位置，此时关闭第三伺服电机电机；

(2)启动旋转机构的第一伺服电机，第一伺服电机旋转带动齿轮旋转，从而带动与齿轮啮合的加工机构外壳旋转，从而使刀具旋转，开始加工管道内壁沟槽；

(3)启动加工机构的第二伺服电机，第二伺服电机正转带动锥齿轮组中第一锥齿轮旋转，从而带动第二锥齿轮转动，进而使伸缩杆向外伸出，带动切割刀向待加工管道内壁靠近，开始加工沟槽；

(4)加工完成后，控制加工机构的第二伺服电机的反转使切割刀的切割刃离开已加工表面；

(5)重复(1)～(4)操作，可实现待加工管道内仿生沟槽的连续加工。