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剐齿是先进的齿轮制造技术,具有广阔的应用前景。剐齿刀的设计与制造理论是推动该技术发展的最重要因素。前期基于插齿刀设计理论设计的剐齿刀存在理论刃形误差,并且,在加工中,工件与刀具之间极易发生干涉,严重地影响齿轮加工精度。为了解决上述问题,本文提出一套无理论刃形误差剐齿刀设计与制造方法,主要研究内容和创新性工作如下:(1)依据剐齿的探索性研究成果,给出剐齿概念和剐齿原理。据此,分析剐齿中齿面的形成过程,建立齿面的数学模型,提出适合剐齿技术的刀具设计要求。(2)根据剐齿刀的设计要求,提出一种无理论刃形误差剐齿刀的结构设计方案。采用球面、圆锥面、L-C曲面分别作为剐齿刀的前刀面、顶后刀面、主后刀面。与基于插齿刀设计理论设计的剐齿刀进行比较,所提出的刀具结构不仅无理论刃形误差,而且具有较大的切削后角,可以有效地避免剐齿中的干涉。(3)提出一种刀具参数和加工参数优化方法。以避免干涉、满足齿轮精度要求为目标,建立上述参数优化模型。基于该模型,采用正交实验手段进行参数优化。计算实例表明,采用该方法能够快速地获得适合剐齿加工的参数组合。(4)分析主后刀面的几何特点,提出一种主后刀面的磨削方法。以磨削点处的切平面、法向量和砂轮磨削面的切平面、法向量分别重合为准则,建立主后刀面的磨削模型,用以实现磨削点轨迹规划以及干涉的检查与规避。以一剐齿刀的主后刀面磨削为例,采用该方法进行加工,获得的曲面误差最大值为0.0095mm、粗糙度为Ra0.3。该结果满足主后刀面误差小于0.01mm、表面粗糙度Ra0.4的精度要求,表明所提出的主后刀面磨削方法是有效的。(5)以一个典型工件的剐齿加工为例,验证本文提出的无理论刃形误差剐齿刀设计与制造方法的有效性,同时,提出适合剐齿技术的同步运动控制方法。实验结果表明,加工获得的齿轮综合精度达GB/T6级,完全满足齿轮GB/T7级的精度要求,并且两次刃磨后的加工结果均满足齿轮GB/T7级的精度要求。该结果证明本文提出的剐齿刀设计方法、刀具参数和加工参数优化方法、主后刀面磨削方法和同步运动控制方法是有效的,并适合于剐齿技术。上述研究内容和创新性工作为无理论刃形误差剐齿刀的设计与制造奠定了理论基础,对促进剐齿技术的发展具有重要意义。