高速磨削不仅可以提高加工效率,而且可以提高加工表面质量,已成为当今精密高效加工的发展趋势。但是由于高速磨削过程中高度非线性的力、热、化学及其耦合作用,人们对高速磨削加工机理还缺乏足够的认识,还不能掌握磨削工艺参数、砂轮材料及其性能参数对不同工件材料磨削质量和效率等的影响,因此开展高速磨削机理研究,尤其是高速外圆磨削机理具有重要的现实意义和实用价值。由于受试验设备及手段的限制,目前国内对CBN砂轮高速外圆磨削机理的工艺试验研究尚处于起步阶段,因此开展CBN高速外圆磨削机理的仿真研究,揭示磨削力、磨削热及其耦合作用对表面质量的影响,乃至高速砂轮主轴系统及磨床关键部件的相关研究,减少物理实验等的消耗,进一步建立完善的高速外圆磨削理论显得尤为重要。本文在对国内外高速磨削技术研究的历史和现状进行分析,并对外圆磨削理论进行总结和推导的基础上,提出了基于DEFORM-3D的热力耦合高速外圆磨削仿真模型的外圆磨削研究方法。在通过相关的试验,验证了该方法的合理性后,运用该模型以实验研究、仿真分析和理论推导相结合的方法,对40Cr材料的高速外圆磨削机理进行了研究。所做的工作主要包括:(1)基于DEFORM-3D对单颗磨粒外圆磨削过程进行了系统的研究。根据试验结果,深入分析了磨削工艺参数、比磨削能等对磨削力、磨削热的影响。仿真结果显示:磨削力随砂轮线速度的增大而减小,由于随着磨削力的增大,磨削热也相应增大,由于力、热的耦合作用,磨削力出现减小的趋势。磨削力随磨削深度的增大而增大,其中磨削深度的影响最显著;磨削力比随材料磨除率的增大略有增大;而比磨削能随材料磨除率的增大而减小,并且逐渐趋于一个稳定值;磨削温度随磨削深度的增大而增大,随砂轮线速度的增大而先增大后减小,其变化规律与“萨洛蒙”曲线基本一致,工件转速对磨削温度影响较小;在单个磨削周期内,沿磨削弧区方向,磨削温度先以极大的梯度上升,大约在弧区中心位置达到最大值,随后缓慢下降;同时在弧区中心位置产生最大热流,且热流分布形状可近似的看成是二次曲线分布。(2)设计高速外圆磨削实验方案,在MK 1432/H数控万能外圆磨床上搭建磨削力、磨削热测试平台,由于受到条件的限制,利用已有的平面磨削测力仪,通过设计加工测力基座,将外圆磨削过程中工件受到的三向力传到测力仪表面,从而进行数据采集;设计制作温度采集卡,自制热电偶工件进行磨削热的测量。(3)对高速外圆磨削工艺试验结果进行了分析研究,验证了本文所提出的仿真模型的合理性。工程试验结果显示:砂轮线速度v_s＜80m/s时,磨削力、磨削温度的变化规律与仿真结果一致;砂轮线速度v_s＞80m/s时,由于试验设备的限制,暂时无法验证。(4)对磨削试验后的工件进行表面粗糙度检测,结果显示:工件表面粗糙度值随砂轮线速度的增大而减小,但影响较小,其粗糙度值的变化基本在0.1μm之间;工件表面粗糙度值随磨削深度的增大而增大;随工件转速的增大而减小,但减小趋势较平缓。