家电、汽车、造船、航空等产业急需附加高性能的自由曲面零部件。采用金刚石砂轮进行自由曲面磨削,可以加工出高光滑的工件表面,但是,微切削用磨粒的自锐性会导致砂轮轮廓快速磨损,无法控制形状误差。通常,利用数控技术通过多次检测进行多次的补偿加工,但工艺复杂和效率低。因此,提出自由曲线环面砂轮轮廓误差自适应补偿的自由曲面精密磨削方法,即在磨削过程中,利用砂轮曲线轮廓与工件曲面间的相互磨损,在磨削过程中直接补偿砂轮轮廓误差,减小曲面加工的形状误差。其特点是:不需要砂轮轮廓的精密修整和后续的补偿加工,实现自由曲面的高效率精密磨削加工。在研究中,根据微磨粒自锐性的砂轮磨损规律,砂轮因磨损具有自修整能力。首先通过实验建立砂轮与工件之间的砂轮磨损率工艺参数化模型,在磨损稳定后控制最优材料去除量使砂轮轮廓误差的自适应补偿达到最佳;然后,构建砂轮轮廓误差与曲面形状误差相关联的自由曲面磨削过程模型,通过仿真分析轮轮廓误差与曲面形状误差的作用关系,发现自由曲面形状误差随砂轮环面平均曲率增大而减小,随曲面平均曲率的减小而减小。当砂轮环面曲率较小时,曲面形状误差会随曲面曲率的增大而急剧增大;最后,基于工件自由曲面特征设计具有自适应修整能力的自由曲线砂轮轮廓,构建自由曲线砂轮轮廓误差自适应补偿模型,分析不同磨削工艺参数的自适应补偿可行区,发现切削深度和进给速度的增大会导致轮误差补偿率增大,提高曲面形状精度。切削深度为主要影响参数,例如,从10μm增至30μm时,砂轮误差补偿率提高53%。基于所构建的提高自由曲面磨削精度的砂轮轮廓误差自适应补偿模型,对金刚石砂轮曲面磨削模具钢工件进行实验验证。结果显示:切削深度为15μm和30μm时,砂轮误差补偿率分别为20.1%和28.8%,这与砂轮磨损率模型修正后砂轮轮廓误差补偿仿真结果基本一致。切削深度为45μm时,砂轮误差补偿率仅为8.0%。因此,切削深度要控制到金刚石磨粒尺寸以下,才能有效地实现砂轮误差自适应补偿。此外在相同工艺参数组合不同的材料去除量下,自适应补偿的砂轮曲线轮廓误差减小27.8%时,加工的曲面形状精度提高17.2%,因此,构建的自由曲面自适应补偿磨削加工的仿真模拟模型是可行的。