装备制造业是为国民经济发展和国防建设提供技术的基础性产业。近几年，随着现代机械日益向高速、高效、高精度和大型集成化发展，对机床等机械设备整机特性研究提出了更高的要求。因为机械零部件之间的结合面性能对整机装备的静、动态特性、抗振性、运动响应敏捷性等性能有重要影响，因而结合面特性参数的研究对于提升高端装备制造具有重要理论意义和应用价值。本文围绕结合面基础特性参数，从表面形貌描述和表征、实验平台设计与搭建、结合面微观接触建模和分析、结合面接触特性的预测仿真等几个方面进行研究。　　进行了机械加工表面形貌的测量、描述和表征研究。通过表面形貌测量仪测量了实际加工粗糙表面的二维和三维形貌。根据机械加工表面具有统计自相似和尺度不变性的结构，应用M-B分形函数模拟了不同维数下的表面粗糙形貌，并对分形理论表现的自仿射性、尺度不变性等进行了研究。通过几种获得粗糙表面分形维数方法的计算误差比较，得出用小波变换的方法计算分形维数精度最高。提出采用工程常用的三种小波函数小波变换系数方法评价表面形貌的分形特征，以M-B分形函数构造的曲线为标准，通过提取不同分解尺度下的小波系数，计算出各分形维数，并将计算结果与标准分形维数进行对比和分析，实现了最优的计算小波函数、阶数和分解尺度级数，这为结合面接触刚度建模奠定理论基础。同时，对实验获得的机械结合面试件的分形维数进行了表征计算。研究表明:采用二阶Daubechies和Symlets小波在分解尺度7级下各分形维数计算精度较高。　　设计集静、动、热于一体的特性参数实验平台，获得了一定条件下的静态法向、切向特性参数和动态特性参数。在对结合面特性参数的影响因素、实验特点和有限元分析的基础上，设计了结合面特性参数法向和切向实验装置以及相应的实验测试系统;给出了单位结合面静态特性参数和动态特性参数的获取原理，获取了不同结合面条件下特性参数的实验拟合曲线，并由此计算出了部分材料在特定加工方法下的静态法向和切向刚度计算公式。最后对结合面法向动态特性参数进行了实验研究，得到了部分结合面法向动刚度和阻尼随振动频率、动态相对位移幅值和法向载荷的变化规律。研究表明:对于结合面静态接触特性而言，法向和切向接触刚度与载荷之间是指数函数关系;对于结合面法向动态特性而言，激振频率和动态相对位移幅值对法向动刚度的影响很小，法向面压对结合面动刚度具有非线性影响;振动频率和法向面压对结合面的阻尼影响较大，且具有较强的非线性;相对位移幅值对结合面阻尼影响很小，几乎可以忽略不计。　　提出了基于分形几何理论和接触力学理论的结合面法向接触刚度数学模型，揭示了分形维数、尺度系数、塑性指数、材料等影响因素对结合面特性参数的影响规律。根据建立的粗糙表面分形几何模型表征了结合面表面形貌特征参数，依据接触力学理论将粗糙表面单个微凸体的接触分为弹性、弹塑性和塑性三个阶段，给出了相应的接触载荷、接触面积和接触刚度模型。将分形几何和接触力学理论有机地结合，根据所建立的微观法向接触刚度模型，仿真和分析了法向接触刚度与法向载荷、接触面积等主要量纲一因素间的关系，并分别以本文法向接触刚度的实验结果和相关文献中的实验结果作为算例，对本文的接触刚度理论模型计算结果进行实验验证和比较分析。研究结果表明:结合面法向接触刚度与影响因素之间存在非线性关系，非线性程度的强弱受塑性指数影响，当塑性指数值较小时，表面微凸体以弹性变形为主，此时，法向接触刚度与影响因素之间存在非线性关系较弱，反之，随着塑性指数的变大，这种非线性关系越明显。通过算例对比分析，本文模型更与实验结果符合，表明了本文所建模型的合理性和有效性。　　提出了应用仿生学理论对结合面法向和切向刚度实验数据进行仿真预测建模的方法。针对传统粒子群算法的易陷于局部极值和收敛精度不高的缺点，采用改进粒子群算法训练BP神经网络的参数，实现了改进粒子群-BP神经网络混合优化算法。针对影响结合面的主要因素进行特征提取与特征描述。以实验结果作为算例，对结合面法向和切向接触刚度实验曲线和预测曲线进行对比和相对误差分析。研究结果表明:MPSO-BP神经网络算法具有收敛性快，预测精度高的优点，改善了BP网络泛化能力，提高了预测精度，算例结果表明，机械结合面法向和切向接触刚度预测精度可达92％以上。　　通过机械结合面微观形貌、表面接触机理、实验的研究，揭示了机械结合面法向接触特性;采用理论建模和实验研究相结合，评价了结合面理论模型的有效性和可行性，为后续的研究奠定了理论与实验研究基础。