氮化硅等陶瓷材料具有强度高、耐腐蚀、密度小、热膨胀系数低和弹性模量适中等优良的机械性能,被认为是制造陶瓷轴承最适合的材料。目前,采用氮化硅陶瓷球作为滚动体的全陶瓷轴承和混合陶瓷轴承已被广泛地应用于航空航天、石油化工、军事国防和高精密机械等领域,但由于氮化硅陶瓷材料属于脆硬性材料,加工难度较大,且陶瓷球的研磨加工工艺不完善和研磨设备较复杂等因素极大地限制了陶瓷球轴承的应用。本文以氮化硅陶瓷球的研磨加工为研究对象,采用理论分析、ABAQUS有限元仿真与研磨试验相结合的方法,对氮化硅陶瓷球的研磨轨迹、力学模型、材料去除机制和工艺参数优化等方面进行了研究。具体研究内容包括:(1)建立陶瓷球运动轨迹模型和动力学模型,利用MATLAB仿真分析研磨接触点在陶瓷球表面的运动轨迹。结果表明,在自转角充分变化的条件下,陶瓷球表面研磨轨迹均匀包络;随着研磨中压力和摩擦系数的增大,陶瓷球越不易发生打滑。为进一步探究多球系统下的成球机制,建立了多球系统下尺寸均匀性的力学模型,发现较小的研磨压力有助于提高球坯直径的均匀性。(2)建立磨粒运动模型和力学模型,采用试验分析不同工艺参数下材料去除方式,利用ABAQUS仿真多种磨粒运动形式。结果表明,当压力较大、研磨盘转速较高和研磨液浓度较小时,材料以两体磨损为主,陶瓷球表面易出现划伤缺陷;反之,材料以三体磨损为主,陶瓷球表面易出现凹坑和擦伤缺陷;多种磨粒运动形式下,当磨粒冲击作用时,表面材料会受微切削作用产生破碎去除,同时也会受挤压作用产生脆性断裂去除,当磨粒以滚动方式作用在陶瓷球表面时,陶瓷球表面易形成粉末化去除,且两体磨损材料去除率比三体磨损高。(3)采用正交试验对陶瓷球研磨工艺参数进行试验研究,分析工艺参数对研磨质量的影响程度和规律,并进行工艺参数优化。通过本文的研究,可以提高高精度氮化硅陶瓷球研磨效率,降低生产成本,为实现大批量、高精度陶瓷球的生产奠定了良好的基础。