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弧齿锥齿轮具有承载能力强、重叠系数高以及传动平稳等优点,在精密仪器、钻探设备、重载汽车、远洋船舶等领域具有广泛的应用。目前,小模数弧齿锥齿轮传动中一般都采用修正摆线齿形,而加工方式的不同直接影响到齿形精度。由于尺寸小,存在刀具和工件的变形。因此如何建立合理的刀轨优化算法,减小加工变形是实现弧齿锥齿轮齿廓面数控高效高精加工的关键。为此,本文以小模数弧齿锥齿轮五轴数控加工为研究对象,综合运用五轴数控加工理论、刀具包络面理论、两点偏置法、有限元数值模拟技术等理论和手段,探索弧齿锥齿轮齿廓面加工变形,并对其实现有效控制,具体研究工作如下:(1)小模数弧齿锥齿轮的实体模型的建立和五轴数控加工刀轨的规划。利用UG建模弧齿锥齿轮的空间实体,通过分析弧齿锥齿轮的几何特征与结构特点,确定加工的参数,建立了基于模型特征的五轴数控加工刀轨规划方案,依托UG软件CAM模块对加工刀轨方案进行了分析。(2)齿廓精铣加工刀轨优化及误差分析。通过(1)建立的刀轨规划,基于单参数球族包络理论,运用MATLAB建立了齿廓面侧铣过程中的刀具包络面,对弧齿锥齿轮侧铣加工的齿廓面离散化,通过分析理论齿廓面与刀具包络面之间的法向误差,采用两点偏置法优化刀轴减少误差,重新建立了侧铣加工过程中精加工刀轨,减小侧铣过程中的误差量。(3)弧齿锥齿轮齿廓面加工变形分析。建立了小模数弧齿锥齿轮侧铣加工齿廓面变形与刀具变形的理论预测模型,结合铣削力模型及AdvantEdge PM模拟仿真,计算出理论变形量;运用ANSYS平台将实时铣削力导入,建立侧铣加工的有限元模型,分析侧铣加工中的齿廓变形以及刀具变形值,通过与理论预测模型的对比,探究侧铣时齿面与刀具变形分布规律;通过运用AdvantEdge PM模块优化侧铣过程中的切削参数,来优化铣削力,最终减小侧铣过程中出现的齿面和刀具的变形误差。(4)弧齿锥齿轮加工仿真与试验验证。基于Vericut7.3对弧齿锥齿轮进行加工仿真,然后通过加工试验及三坐标测量仪测量,对实际加工齿廓面与理论齿廓面的误差分析,验证了刀轨优化与控制加工变形的有效性。综上,本文的研究为小模数弧齿锥齿轮高精加工提供了参考依据,为提升我国小模数弧齿锥齿轮数控加工工艺水平奠定了理论基础。