螺旋锥齿轮是机械传动的基础元件,被广泛应用于各类高速运转的机械和一些对稳定性要求较高的低速传动中。目前国内外切削加工格里森齿制螺旋锥齿轮所采用的刀具是格里森铣刀盘。但是,格里森铣刀盘的结构复杂且造价高,铣刀盘的安装和调整也较为繁琐,刀齿磨损后需要专门的刃磨机对其进行刃磨。斜直齿螺旋锥齿轮由于结构复杂和独特,在工业上应用不广泛。常用切齿刀具是盘状齿轮成形铣刀或刨刀,刨刀由于体积小,加之切削热和冲击力的作用,刀齿失效快。本文依据产形线切齿理论设计的斜直齿螺旋锥齿轮铣刀的制造、安装、调整及刀齿的刃磨简单,且铣刀的成本大大降低。由于铣削加工具有多刃断续切削和变厚度加工的特点,铣刀齿的受力情况复杂,本文采用理论建模和软件分析相结合的方法对齿轮毛坯的铣削加工过程进行仿真。目前国内利用相关有限元仿真软件进行三维的切削加工物理仿真,尤其是在工件和刀具相对运动较为复杂的状态下对切削力、切削热和刀具磨损等情况进行分析的文献并不多见。利用有限元软件对螺旋锥齿轮切削加工过程中相关物理参数进行仿真分析的文献则几乎没有。本文以产形线切齿法理论为基础,设计符合要求的斜直齿螺旋锥齿轮铣刀并对所设计的铣刀进行几何仿真和物理仿真分析。通过软件的模拟能够及早发现铣削加工过程中存在的问题并且对加工过程中的主要物理参数进行预报,对铣刀结构的设计和加工参数的选择有着重要的作用,可以达到发挥铣刀的最佳切削性能的目的,是研发新型铣刀及其在铣削过程中金属塑性变形理论的一种行之有效的方法。对实际加工过程有着理论指导和验证意义。本文所做的研究工作如下：(1)以产形线切齿法理论为基础,结合金属切削原理及刀具设计理论,通过计算确定铣刀的外径和刀齿切削刃的主要几何尺寸。由于受到能够切削出完整齿面的产形线尺寸和齿轮小端齿槽尺寸的限制,铣刀直径较大而厚度较小。为了增加刀齿结构的刚度,将铣刀齿的前刀面设计成上窄下宽的梯形结构。考虑到铣刀的制造、装夹和刀齿刃磨等问题,采用机械夹固式的镶齿结构。建立铣刀的三维实体模型。将模型在AutoCAD中转换成二维工程图纸,绘制铣刀的装配图和各组成部件的零件图,用于铣刀的加工制造。(2)合理选择铣削用量并初步计算铣削力。利用大型通用有限元软件ANSYS建立刀齿的有限元模型并施加边界条件。将计算得到的铣削力作为载荷施加到刀齿上,对刀齿强度进行静力学分析,得出刀齿的应力分布图和位移等值线图,从而可以掌握刀齿的强度敏感部位。(3)在数控加工仿真软件VERICUT中建立机床、刀具系统、毛坯和夹具系统的三维实体模型。选择合适的控制系统,将切齿运动方程计算得出的数据点编写成G-Code并生成控制文件。对斜直齿螺旋锥齿轮左旋小轮和右旋大轮的齿面进行虚拟的实时加工仿真,直观的观察切削运动过程并检验加工过程中是否存在碰撞、过切、欠切等情况。达到验证切齿运动方程的正确性和合理选择铣刀几何参数的目的。(4)铣削过程属于多齿断续切削和变厚度加工,加之铣刀和齿轮毛坯之间的运动关系复杂。因此,本文针铣刀齿的受力情况进行了深入的分析。利用大型商用有限元软件DEFROM—3D作为计算平台,对切削仿真过程中的切屑分离准则、刀—屑之间的接触和摩擦关系、热力耦合理论等关键技术进行分析。设置相关参数,建立了刀具和工件的热力耦合有限元模型,按照实际加工中要求的刀具和工件的三轴联动运动关系,在两种不同的铣削宽度条件下对铣削加工进行三维数值模拟研究。得出了铣刀的应力、应变、铣削力、切削热和刀具磨损等物理量,对上述物理量进行深入的分析。将两组仿真结果进行比对,从如何减小铣刀的塑性变形、疲劳破损和延长刀具使用寿命的角度为铣削用量的选择提供依据。在满足刀齿强度和刚度的条件下达到发挥铣刀最佳切削性能的目的。