剐齿技术是21世纪才真正实现了的齿轮加工新技术,具有工艺不可替代性、高精度、高效率和绿色环保等优势。目前,剐齿刀设计理论与剐齿加工原理不完全适应,成为制约剐齿技术发展的关键因素之一。为了推动剐齿技术的产业化应用,迫切需要进行剐齿刀设计理论和方法的研究与创新。本文对剐齿加工共轭旋切原理进行深入研究,分析了齿形成形原理和齿面形成过程。与剐齿加工原理相适应,提出“先刃后面”的剐齿刀设计思路,进而提出无理论误差刃形设计原理和等前角、恒精度刀面构造原理。基于曲面共轭原理,建立了工件齿面的共轭面的解析模型。根据提出的剐齿刀设计原理,针对不同类型的工件,进行了剐齿刀设计方法研究。通过在共轭面上选取曲线构造切削刃,采用自由曲面表达前刀面和后刀面。通过切削角度计算证明了该方法的合理性和正确性,并在渐开线剐齿刀、摆线轮剐齿刀和针齿壳圆弧齿剐齿刀的设计实例中得到应用。为了进一步提高剐齿刀切削性能,提出了基于混沌函数的参数优化算法,进行剐齿刀参数优化。根据切削刃的扫掠轨迹,分析了被加工齿面的形状特点,据此研究了剐齿加工干涉产生的原因,提出了干涉判定条件,同时计算了理论加工误差。以理论加工误差最小为目标,以无干涉为约束条件,建立参数优化模型。基于以上理论研究成果,将针齿壳内圆弧齿作为典型件,进行了刀具设计和参数优化试验。根据剐齿刀结构和刀面形状特点,研究了前、后刀面的五轴磨削工艺方法,进而在五轴工具磨床上完成了刀具制造。最后在剐齿加工机床上进行了工件切削实验,检测结果表明刀具设计完全达到了预期目标,证明本文提出的剐齿刀设计理论与方法是正确的和有效的。