光学玻璃BK7具有优异且稳定的物理和化学性能,被广泛应用于新能源、生物医疗和航空航天等领域。光学玻璃的磨削加工能够兼顾高效率及高精度的加工需求,而近年来工程砂轮因其优秀的磨削性能受到广泛关注,但其磨削机理仍未明确,因此目前工程砂轮在光学玻璃上的应用较少。本文首先对工程砂轮表面的磨粒排布的模型进行分析,建立了新的工程砂轮排布模型,解决了旧模型对排布角度的限制。同时,为了更好地描述不同砂轮表面磨粒排布的有序性,提出了一种基于分子动力学中键角统计的分布函数,对相邻磨粒间的连线与轴向的夹角进行统计,揭示了普通单层砂轮和工程砂轮之间的排布有序性差异。建立了BK7磨削的运动学模拟,创新地引入了应力场解析法对残余应力分布进行模拟,研究了排布参数对磨削力、表面粗糙度和残余应力的影响机制。其结果表明大排布角度有利于降低粗糙度和残余应力,由此,本文提取了磨粒的最小排布单元,将磨粒之间的位置关系分类为对工件表面的“先后”和“同步”作用。为研究磨粒先后作用的相互影响的作用机理,进行了在脆性域以及在脆塑转变临界区的先后双刻划实验,揭示了划痕之间的裂纹相互影响机制。发现近距离下不同划痕下方的裂纹不仅会相互交织促进材料的脆性去除,部分裂纹在相邻划痕的影响下进一步扩展,引起更严重的亚表面损伤。通过脆塑转变临界区的双刻划实验,发现了磨粒之间相互影响导致的特殊裂纹行为及其演变规律,通过应力场解析法揭示了磨粒之间相互影响机制。研究发现在1μm的间距左右,“先”作用的划痕下方的残余应力场的压应力区能够帮助抑制“后”作用的划痕下方的中位裂纹的萌生,能够有效降低亚表面损伤、提高脆塑转变临界深度。为研究磨粒同步作用的相互影响的作用机理,用FIB加工了具有微米级间距的双刻划刀具,进行了在脆性域以及在脆塑转变临界区的先后双刻划实验,揭示了划痕之间的裂纹相互影响机制。结果发现双刃在刻划的过程中,其典型的裂纹系统与先后刻划的并不相同,在两个刃下方并没有出现独立的裂纹系统,而是出现了横梗中间区域的横向裂纹以及从中间山脊位置直接向下延展的中位裂纹。通过应力场解析法分析其特殊裂纹系统的成因是应力场的叠加强化。同步刻划中中间区裂纹的提前出现和持续存在,降低了脆塑转变临界深度。基于双刻划的结果以及磨削过程的运动学模拟的结果,设计出具有不同排布角度、不同间距的工程砂轮排布。通过激光对砂轮表面绝缘层的修饰,然后进行电镀,制作出单列有序排布的工程砂轮。后续通过安装调整和干磨削修整,保证砂轮的跳动一致且较低的情况下,在BK7玻璃表面进行了磨削实验。磨削实验的结果与运动学的模拟预测相符,通过运动学模拟分析,排布角度增大在不改变磨粒密度的情况下通过调节磨粒之间的相对位置,有效降低了磨粒的未变形切屑厚度,从而降低了表面粗糙度和残余应力,但在角度超过60°时,会引起工作磨粒数量增加,导致未变形切屑厚度总和上升,导致磨削力呈现先降后升的趋势,并在60°达到最低值。