核主泵是核电站中驱动高温、高压和有放射性的冷却剂在堆芯和蒸汽发生器之间循环的核心设备,而密封环是保证核主泵安全、稳定、可靠运行的重要零件。核主泵密封环通常由具有良好机械强度、耐磨损、耐高温和耐化学腐蚀等优异性能的氮化硅、氧化铝、碳化硅和碳化钨等高硬度材料制造,要求达到亚微米级的面形精度和纳米级的表面粗糙度,加工难度极大,其核心制造技术只被国外少数几家公司掌握和垄断,因此研究新型的、有实用价值的密封环超精密加工原理和方法对核主泵的国产化具有重要意义。本文针对核主泵高硬度材料密封环高精度复杂形面的加工难题,提出了采用杯形砂轮以线接触方式磨削成形的原理和方法,并利用现有超精密磨床磨削密封环圆锥面对提出的原理和方法进行了实验验证。具体研究进展包括四个方面：(1)提出了采用杯形砂轮以线接触方式磨削密封环曲面的新方法,建立了杯形砂轮线接触式磨削环形曲面的数学模型并研究了其成形原理；通过求解定义域和定义特征点将砂轮圆周旋转投影曲线分为7类,可据此求解生成曲面原理性面形误差,以决定杯形砂轮相对工件空间位置参数的取值,为超精密机床的结构设计提供理论依据。(2)建立了基于四轴联动机床以杯形砂轮线接触式磨削密封环斜波纹面的数学模型,研究了机床结构参数和运动参数对磨削斜波纹面原理性面形误差的影响规律,提出了6种运动控制策略,并确定了原理性面形误差可控制在10nm以内的运动控制策略。(3)对碳化钨硬质合金、无压烧结碳化硅和反应烧结碳化硅高硬度材料圆片进行了杯形金刚石砂轮线接触式磨削实验,通过观察磨削表面微观形貌以及测量磨削表面粗糙度和划痕深度,研究了超精密磨削高硬度材料的表面质量,发现选用粒度比2000#更细的金刚石砂轮时,可以获得表面粗糙度Ra小于5nm的超光滑表面。(4)利用现有的立轴超精密磨床,建立了杯形砂轮线接触磨削密封环圆锥面的数学模型,分析了磨削表面锥度误差和径向轮廓误差与砂轮主轴倾角(俯仰角和侧偏角)的关系,提出利用平面平晶和激光位移传感器高精度调整砂轮主轴倾角的方法,进行了磨削圆锥面的验证实验,磨削后的圆锥面锥度误差为4.88μrad,径向轮廓误差为119.4nm,周向轮廓误差为231.6nm,表面粗糙度Ra在2nm左右,加工精度和表面质量均优于其技术指标要求。本论文的研究成果能够为我国核主泵密封环超精密制造提供拥有自主知识产权的先进加工原理和方法,有望解决核主泵国产化进程中的一项重要难题、打破发达国家的技术控制和封锁、提升我国大尺寸密封件高精度制造的技术水平和国际竞争力。