随着现代制造技术的快速发展,机床加工领域正发生着深刻变革,相关研究朝着高精、高效、智能和绿色等方向不断深入。活塞是发动机中的重要零部件,由于其工作速度快、受力大且承受交变载荷,故对其生产要求较为严格。然而活塞表面的一些质量问题如其裙部的毛刺,在生产中常采用人工去除,但该方法存在去除不彻底、划伤工件及低效等弊端。目前,国内有关活塞裙磨削专机与磨削力控制方面的研究十分有限,因此深入此方面的研究或有望提高活塞裙的加工质量和效率。本文对活塞裙磨削专机磨削力进行了研究,得到了活塞裙部的磨削力数学模型,确定了主要对法向磨削力进行恒力控制研究,设计了一种用于活塞裙部磨削的专用机床,实现了纵向和横向磨削加工,设计并建立了活塞裙磨削专机气动力控制系统,对比极点配置优化和PID控制效果,引入时间最优控制方法,提高了该系统的动态性能。主要研究内容如下:（1）对活塞裙磨削专机磨削力进行研究,提出了活塞裙部磨削力的理论计算方法。将活塞裙部所受磨削力分为切屑形成力和摩擦力,研究单颗磨粒受力状态,推出了单位磨削力公式,分析了磨粒和磨粒与工件接触的性质,得出了切屑形成力的模型,推导了摩擦力数学模型,得到了活塞裙部磨削力的计算模型,代入相关参数进行算例分析,分析了影响磨削力大小的主要因素,并得知法向力为影响磨削加工的主要受力,确定了本文主要对法向磨削力进行恒力控制。（2）设计了活塞裙磨削专机的总体方案及机械结构。对专机总体加工方案进行了分析,计算了专机工作时的磨削用量,确定了专机的总体结构,进行了传动系统设计,结合活塞裙磨削力的计算公式,确定了专机工作的最大负载,计算结果作为文中设计磨削力控制系统的控制值。（3）对活塞裙磨削专机气动系统进行了设计和仿真。设计了专机气动力控制系统原理图,阐述了该系统的工作原理,进行气动系统设计,对系统中各部件作了相应计算与选型,为了验证所设系统是否合理,校核了其性能,并运用AMESim进行了仿真和分析。（4）对活塞裙磨削专机气动力控制系统进行了建模和仿真。建立了专机气动力控制系统的三大方程,完成了该系统的数学建模,采用Bode图、Nyquist图及Lyapunov方法等对控制系统进行了稳定性分析,确定了该系统能控能观,并对系统进行了MATLAB仿真分析。（5）研究了活塞裙磨削专机气动力控制系统的控制策略,提出了基于该系统的时间最优控制方法。运用极点配置和PID控制方法进行控制系统优化,针对系统响应仍存在滞后和不稳定的情况,引入了时间最优控制方法,设定了时间最优控制的性能指标,并对控制量进行约束,对目标函数进行降阶处理,建立了最优控制模型,得到了系统的时间最优控制响应曲线,结果表明该系统能够稳定且性能有了很大改善。本文主要创新点如下:（1）提出了活塞裙部磨削力的理论计算方法。由一般磨削力的推导过程,提出了活塞裙部磨削力的理论推导方法,并对活塞裙磨削力进行了估算。（2）设计了活塞裙磨削专机及其气动力控制系统。该系统主要对活塞裙部进行纵向和横向磨削,去除裙部的毛刺和余量,实现了对活塞裙的专用加工及恒力磨削,满足了磨削加工工艺要求。（3）将时间最优控制理论应用到活塞裙磨削专机气动力控制系统。设置最优控制目标,确定控制规律边界条件,对目标函数进行降阶处理,建立了最优控制模型,得到了该系统的时间最优控制方法,力控制系统经优化后性能得到了明显提高。