齿轮的加工质量和加工效率在很大程度上反映了一个国家的机械工业水平。随着科学技术的发展,装备水平的提高,对齿轮传动产品的要求也越来越高。螺旋锥齿轮是传递交错动力的基础元件,因其形状复杂,技术问题多,制造难度大,一直以来深为业界所重视。目前国内螺旋锥齿轮加工所用的机床,其数控系统大多是国外的数控系统,如德国的SIEMENS、日本的FANUC和PHILIPS公司的3460系统,或者是在通用数控系统(如西门子840D)基础上进行二次开发来实现的,而将齿轮加工的相关技术嵌入到数控系统中,其专用性缺乏,可扩展性不强。为了提高齿轮的加工精度,传动性能,就应从源头开始即机床母机的大脑-数控系统出发,开发属于专业化的齿轮数控系统而不依赖于国外的数控系统。因此,本文提出了一种嵌入式的螺旋锥齿轮加工数控系统,进行了软件和硬件的设计开发,为了进一步提高螺旋锥齿轮数控加工的精度,开展了如下研究：1.通过对传统摇台式螺旋锥齿轮加工原理以及数控式加工机床的对比分析和研究,剖析了格里森制齿的大轮展成法加工、成形法加工,小轮刀倾法加工、变性法加工等四种切齿加工方法,应用空间坐标变换,分别推导出螺旋锥齿轮上述四种加工方法的数控加工模型。2.研究了刀具误差对齿面精度的影响,从盘形刀具的齿形角和刀盘半径出发,在不考虑机床运动精度情况下,推导出了刀具半径偏差与齿轮齿廓误差之间的定量映射关系模型以及刀具齿形角偏差与齿轮齿廓误差之间的定量映射关系模型；并对刀具半径偏差和刀具齿形角偏差对齿面的影响进行了仿真模拟。为了减小刀盘偏差所带来的齿面加工精度的下降,在开发螺旋锥齿轮数控系统时设计了刀具半径误差补偿量,并推导出其计算公式,并对该刀具半径误差补偿量进行了仿真模拟验证,既验证螺旋锥齿轮数控加工数学模型的正确性也说明了刀具误差补偿模型可有效提高螺旋锥齿轮数控加工的表面加工精度。3.根据所推导出的螺旋锥齿轮大轮展成法加工、小轮刀倾法加工、小轮变性法加工对多轴联动的不同要求,分别构建相应的电子齿轮箱结构模型。结合螺旋锥齿轮加工过程中刀具运动轨迹的特点,将交叉耦合控制模型应用在有联动要求的进给轴之间,建立其交叉耦合补偿模型,并进行了实验验证,其结果显示交叉耦合控制模型的有效性。4.为了提高螺旋锥齿轮数控机床的加工精度,在分析螺旋锥齿轮数控机床运动特点的基础上,建立了其运动模型,推导出了刀具与工件间的坐标转换关系式。接着基于多体系统理论对螺旋锥齿轮数控机床的拓扑结构进行了描述,对螺旋锥齿轮数控机床的基坐标系和各局部坐标系进行了设定,并结合机床误差运动学原理,推导出了用齐次变换矩阵描述的误差模型。针对误差补偿运动与误差模型(位姿误差)间存在的耦合关系,基于小误差补偿运动假设和微分变换原理,并结合螺旋锥齿轮数控加工的展成法加工电子展成的关系对误差补偿运动进行了解耦,获得了影响螺旋锥齿轮数控加工精度的各运动副的位置或方向误差补偿量。5.在嵌入式多CPU数控系统硬件平台的基础上,采用模块化思想,设计了数控系统软件总体架构,并对螺旋锥齿轮数控加工自动编程系统进行了设计,对螺旋锥齿轮数控加工自动编程系统的工作原理以及自动编程系统进行功能需求分析,并在此基础上提出系统架构,包括输入模块、输出模块、自动编程模块、系统参数设置模块、通信模块等等。详细剖析了数控系统软件内部的信息流向,为了实现螺旋锥齿轮数控的展成加工,将电子齿轮箱无缝隙地嵌入在齿轮加工数控系统中。分析并研究了电子齿轮箱打开与关闭瞬间速度的处理策略,避免电子齿轮箱突然开启或关闭时对跟随轴产生的速度突变。在自行开发的嵌入式齿轮加工数控系统中实现了电子齿轮箱的NC控制,通过程序运行实验数据与理论计算数据的对比分析,说明了电子齿轮箱软件执行的正确性。6.对自行开发的嵌入式螺旋锥齿轮数控系统进行通过程序运行实验数据与计算数据对比,说明该软件执行的正确性。将所设计开发包含电子齿轮箱控制模型的螺旋锥齿轮数控系统,在六轴实验平台上分别进行展成法加工和变性法加工的运动控制实验,并对实验结果进行定量分析和比较,证明本文所提出的螺旋锥齿轮的数控加工的控制结构和实现方式具有较好的可控性。