微结构表面往往具有某些特殊功能,例如改变工件的光学、热学或力学特性。在机械领域,具有柱面的杆件或轴件经常被使用,如内燃机活塞杆、阀门阀芯等,微结构表面的叠加使其获得了减阻减磨等功能。因此近年来,在此类柱面零件表面上制备微结构表面受到了越来越多的关注。利用表面具有微米级宏观结构的砂轮进行纹理磨削是制造微结构表面的一种高效方法,但砂轮磨损极大限制了其实际应用。CVD金刚石砂轮作为一种新型的磨削工具,具有磨粒密度高、磨粒分布均匀、耐磨性好等特点,但其容屑能力有限,接触面积大,磨削力较大。基于此,本文将开展基于跨尺度结构化CVD金刚石砂轮的柱面微结构磨削工艺研究,将宏观与微观结构相结合,利用微米级结构表面以改善CVD砂轮的磨削性能,同时基于宏观结构以实现柱面微结构表面的加工,本文具体研究内容如下:首先,分析了CVD金刚石砂轮磨粒的形状、尺寸、姿态、分布等表面形貌特征的统计学信息;并采用正态及瑞利分布完成了其数据拟合,在建立了随机单磨粒模型的基础上,实现了微结构化CVD金刚石砂轮表面形貌的空间建模;利用模型与改进算法计算了CVD金刚石砂轮的有效磨粒数与未变形切屑厚度。其次,利用喷雾辅助激光加工装置制备了不同微结构形式的CVD金刚石镀层磨块,然后搭建了磨损实验平台以研究CVD金刚石磨削碳化硅时的磨损特性,研究不同微结构参数对CVD金刚石镀层的耐磨性的影响,当微结构形式为45°交叉槽、结构化率为20%、微沟槽宽度为20μm时,镀层的磨削力最小、磨削比最大;通过拉曼光谱以及SEM表征的方式,从成分转变与表面形貌的角度分析了CVD金刚石的磨损机制,发现了CVD金刚石的主要磨损形式为摩擦磨损,当磨损非常严重时,会发生镀层的脱落以及基体的破碎。最后,建立了宏观结构化砂轮模型,并对其磨削柱面工件的原理进行了分析;在对CVD金刚石砂轮基体进行修整并镀层后,利用喷雾辅助激光装置制备了跨尺度结构化CVD金刚石砂轮;然后搭建了柱面微结构磨削实验平台,研究了磨削工艺参数对柱面微结构的影响规律,速度比的增加会导致微结构宽度的减小,当超过临界速度比后,微结构宽高度也会随之减小,而轴向进给速度越小,微结构沿工件轴向的分布越密集。