在极重载、强酸性、强冷热交替等极端使用环境下,球轴承滚动体的材料和制造精度对航空航天飞行器、深潜舰艇、风电机组、重载车辆等装备性能具有重要影响。氮化硅（Si3N4）具有硬度高、密度小、熔点高、比刚度大、热膨胀系数小、耐磨性好、耐酸碱性强等优点,是一种替代轴承钢的优选滚动体材料,通常采用精密研磨方法加工成形。由于氮化硅具有硬度高和脆性大等难加工特性,基于同心圆V型槽的传统研磨方法在研磨氮化硅球体时存在研磨效率低、精度差等问题。球体研磨成形由多个球面研磨轨迹组成,其球面分布均匀性决定了研磨精度、轨迹包络收敛性决定了研磨效率。因此,球体在研磨过程中的换向能力对其研磨成形具有重要影响,而无循环扰动的同心圆V型槽研磨方法存在难以换向等问题。因此,本文针对氮化硅材料特性及其球体研磨特点,提出了一种基于圆弧拼接变曲率V型槽的高精度氮化硅球体高效研磨方法。以圆弧拼接变曲率沟槽氮化硅球体研磨过程为研究对象,通过数学建模、运动学仿真和研磨实验相结合的方式,深入分析研磨过程中球体运动行为和球-盘相互作用形式,以及V型槽几何参数对材料去除效率和球面研磨轨迹的影响规律。本文所展开的具体研究如下:首先,开展了V型槽氮化硅球体研磨理论研究。分析了球体研磨过程中的受力状态,推导了球体的运动形式以及边界条件。建立了球体运动学解析模型和研磨轨迹计算方法。开展了多因素摩擦磨损实验来获得氮化硅-铸铁磨损方程,并分析影响氮化硅材料去除效率的主要因素。耦合运动学解析模型和磨损方程构建了氮化硅球体研磨模型。其次,开展了圆弧拼接变曲率V型槽参数设计和优化研究。综合考虑研磨轨迹球面分布均匀性、材料去除效率等指标,建立了研磨盘对球体加工能力的综合评价指标。基于理论模型和评价指标分析了传统V型槽研磨盘研磨能力的不足,并提出了圆弧拼接变曲率V型沟槽方案。以提高球体研磨材料去除效率和均匀性为目标,对圆弧拼接变曲率V型沟槽几何参数进行了仿真优化。最后,开展了氮化硅球体圆弧拼接变曲率V型槽研磨实验。搭建了恒压立式球体研磨实验装置和共聚焦光谱快速无接触球度检测装置,设计并制造了圆弧拼接变曲率V型槽研磨盘,并进行球体研磨实验方案设计。系统地开展了不同圆弧拼接变曲率V型槽几何参数的氮化硅球体研磨实验,并通过对球度和表面粗糙度进行表征评价了氮化硅球体材料去除效率和研磨均匀性。将实验结果与理论模型预测结果进行对比,验证了理论模型的正确性。同时表明所提出的氮化硅球体圆弧拼接变曲率V型槽研磨方案在研磨精度和研磨效率上较同心圆V型槽具有显著优越性。