高档数控机床制造能力在很大程度上反映着一个国家科技水准和综合实力。我国已将其列为《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》16个重大专项之一，如何提高高档数控磨床的磨削精度和效率，是当今高档数控磨床磨削领域研究的热门课题。本文正是为解决高档数控非圆磨床的磨削加工精度和效率的难题，在国家科技部支撑项目资助下，对精密高效非圆磨削关键控制技术进行了深入系统地研究，主要内容包括：（1）针对高档数控非圆磨床磨削精度和效率难以提高的难题，根据切点跟踪磨削法、恒磨除率原理及凸轮形状与砂轮空间位置关系，建立了非圆磨削砂轮进给、工件旋转两轴联动的理想运动学数学模型。根据系统传动机构特性、系统驱动能力、凸轮磨削加工精度等要求，确定了砂轮进给、工件旋转的限定条件，解决了非圆磨削的难加工的问题。（2）针对凸轮磨削加工效率低的问题，以砂轮进给为研究对象，在限定弓高误差、砂轮进给速度、加速度、加加速度等约束条件下，提出了砂轮进给双向寻优自适应同步加速控制方法，在保证加工精度的前提下，解决了非圆磨削的高效加工难题。通过相关实验验证了上述方法的正确性和有效性。效率比原机床提高了16.78%。（3）针对凸轮磨削过程中存在局部升程误差超差的问题，以升程误差为研究对象，提出了自适应加权支持向量机的凸轮升程误差离散点拟合方法，根据圆率符号确定了误差点之间的光滑性，以及不光滑点与相邻点之间夹角与加权值之间的关系，解决了凸轮升程误差的补偿问题，实现了非圆磨削的精密加工。通过实验，验证了该计方法的准确性与实用性。（4）针对砂轮磨损状态在线检测与修整的难题，以声发射信号为研究对象，提出了磨削过程砂轮状态在线检测与修整方法，通过小波包、FFT频谱分析的方法获得砂轮加工工件、金刚滚轮修整砂轮不同特征向量，根据该特征向量分别建立了砂轮加工工件、金刚滚轮修整砂轮的RBF神经网络，解决了砂轮磨损状态在线检测与修整的难题。经验证，该方法能准确辨析出砂轮修整锋利时刻和砂轮加工工件的钝化时刻。砂轮修整锋利时刻错误率低于10-4。（5）针对精密高效凸轮轴加工设备的需求，提出并设计了一种精密高效凸轮轴磨床控制系统原理框图，开发了砂轮进给直线传功模块、工件旋转模块、CBN高速动静压电主轴模块，研制了非圆磨削控制系统、数控加工程序和PLC控制程序。运行结果表明，该机床磨削精度从±0.025mm提升到±0.015mm以内，经测试表面粗糙度Ra由原来的0.32m提升到0.25m以内。加工效率由280秒提升到233秒（四缸8片凸轮轴）。本文提出的砂轮进给双向寻优自适应同步加速控制方法、自适应加权支持向量机的凸轮升程误差离散点拟合方法、砂轮磨损状态在线检测与预测控制方法为精密高效非圆磨削智能控制系统提供理论依据和技术支持，对其他数控非圆磨削装备的研制具有重要的参考价值和借鉴作用。目前，在课题研究基础上开发的系列化数控凸轮轴磨床，整机性能指标达到预期的设计目标，已批量投入市场应用，完成了数控凸轮轴磨床从产品研发、成果转化到产业化的全过程。