光学复杂自由曲面正在逐步替代球面和非球面,可以使光学系统小型化和高性能化。同时,光学制造产业也朝着高精度光学零部件的模具化批量生产方向发展。但是,金刚石砂轮轮廓在磨削中如何自适应复杂曲面工件的轮廓特征是高效率精密磨削的技术瓶颈。因此,本课题设计出自适应曲面面型磨削的自由曲线环面砂轮轮廓、开发出复杂曲线砂轮轮廓的离散点控制修整工艺并建立自由曲线环面砂轮的复杂曲面数控磨削刀位点算法。通过实验研究砂轮和工件间的去除量机制,构建自由曲面磨削中的砂轮自由曲线轮廓误差动态仿真模型。研究的目的是实现智能化的复杂曲面精密磨削加工。研究表明,相比于只有30%-50%轮廓参与加工的圆弧轮廓砂轮,自适应自由曲线环面金刚石砂轮可以保证砂轮轮廓实际参与加工区域达到60%左右。自由曲线轮廓砂轮修整后,厚10 mm和高2 mm的砂轮轮廓误差平均可达27μm以下,证明离散点控制修整工艺是可行的。而且,砂轮曲线轮廓仿真模拟可以展现磨削中砂轮轮廓误差的自修复过程,称为砂轮轮廓的自适应修整性,且结果显示自由曲线轮廓砂轮可提高在线修复精度14%,而圆弧环面砂轮在磨削非回转对称曲面时并没有自修复过程。在模具钢的自由曲面磨削实验中,砂轮轮廓平均误差由21.5μm下降到15.7μm,因此,自由曲线环面砂轮轮廓能够在在线磨削中实现自修复。磨削加工的面积为30 mm×6 mm自由曲面形状误差为15.1μm,表面粗糙度Ra为50 nm。因此,自适应自由曲线轮廓砂轮修整及其自由曲面磨削方法可以实现高效率高精度的复杂曲面磨削加工。