磨削加工是机械制造中重要的加工工艺,通常被用于零件的最后一道加工工序,以获得光洁的加工表面和精确的公差,是目前应用最为广泛的高效、高精密加工工艺。磨削加工与车、铣等加工方法相比存在着巨大的优势,但是由于磨削工具的独特性,即砂轮表面上磨粒形状的不规则性、尺寸的不确定性、分布的随机性以及砂轮运动的高速性,使得对磨削加工机理的研究及磨削加工过程的预测分析较其它加工方法困难得多。采用传统的解析法和实验法研究磨削过程都存在一定的弊端,解析模型的应用范围有限,而实验工作任务繁重。仿真法弥补了这两种方法的不足,是磨削加工研究的新方法。虚拟磨削加工技术的应用进一步扩展了磨削加工仿真研究的范围。虚拟的磨削过程使研究者能够更加直观地观察砂轮的磨削行为及材料的去除过程,从而有利于研究者对砂轮的磨削性能及加工质量做出准确的评价,因此,将虚拟磨削加工技术应用于磨削加工理论的研究极具实际意义。本文采用虚拟磨削加工与实验相结合的方法,对磨削加工机理及虚拟磨削表面形貌系统的开发两个方面进行了较深入的研究。论文的研究工作主要包括以下几个方面：(1)根据磨削加工的特点,确立了磨削物理仿真研究的数值模拟方法。分析了有限元法和光滑粒子流体动力学法的特点与适用范围,并通过仿真实例验证了其应用于磨削加工仿真研究的可行性。(2)采用Lagrange/Euler耦合算法与Lagrange/SPH耦合算法分别进行了单颗CBN磨粒切削45钢的仿真研究。根据仿真结果分析了各自算法的优缺点,并选择最佳方法进行了不同加工参数下的单颗磨粒切削仿真,进而分析了磨粒的切削机理。(3)考虑到砂轮表面上磨粒形状的不规则性、尺寸的不确定性、分布的随机性特点,构建了具有实际砂轮地貌特征的虚拟砂轮模型。采用该模型进行了磨削加工物理仿真,进而分析了砂轮的磨削特性及工件表面形貌的创成机理。(4)采用光滑粒子流体动力学法模拟了CBN磨粒的磨耗、破碎过程。根据磨粒的磨损形态及断裂行为分析了CBN磨粒的磨损机理。(5)基于虚拟现实技术理论,采用Visual C++编程软件及三维图形软件标准接口OpenGL开发了虚拟磨削表面形貌系统。以正六面体作为磨粒的基本形态,将其随机分布在砂轮基体表面上,建立了虚拟砂轮模型；建立了虚拟磨粒与工件的干涉计算模型。以平面磨削为例,进行了不同加工参数下的磨削仿真,进而测试了虚拟砂轮的磨削性能,并分析了磨削加工参数对工件表面粗糙度的影响。(6)采用超高速陶瓷CBN砂轮贴片样块,设计了磨粒划擦实验、砂块磨削实验及砂块磨损实验。通过比较实验结果与仿真结果,初步验证了单颗磨粒切削仿真、虚拟砂轮建模及其加工仿真、砂轮磨损仿真的正确性。