如今众多高科技产品行业对大曲面造型的精度要求越来越高,而且对于这类复杂曲面类零件需求量的不断增加,造成单一使用传统采用柔性工具配合游离磨粒的加工方式,已很难满足实际加工应用的效率需求。迫切需要在提高复杂曲面类零件的加工效率的同时提高工件表面的加工质量。本文针对软固结磨粒群气压砂轮复杂曲面精密加工问题,提出了一种软固结磨粒群剪胀效应的分析模型,并以微观视角为切入点对研究气压砂轮软固结磨粒群的微观剪胀效应对被加工件的材料去除特性的影响规律展开了研究,并通过进行的相应的仿真、测力试验以及加工试验进行了验证,主要内容如下:(1)用微观分析的方法,根据磨粒群微观剪胀减缩结构分析,建立了孔隙率与粘结的磨粒系统的阻尼系数的数学模型,并借助平均平方梯度方法建立了软固结磨粒群的剪胀本构方程,分析了磨粒在柔性支撑环境下的剪胀效应,以及不同阻尼系数粘结剂中的磨粒群剪胀效果后的孔隙比变化对接触面的影响,解决了颗粒群在复杂曲面加工时非固定状态下的力学分析的难点。(2)通过PFC3D仿真,分析了不同阻尼系数粘结剂中的磨粒群发生不同程度的剪胀剪缩作用,内部孔隙比变化不同,所得应力规律,并通过力传感器测力设备验证了剪胀效应对接触力的影响,可通过阻尼系数的调整改变接触应力,通过仿真和试验分析揭示了软固结磨粒群剪胀态下的动态变化规律。(3)在软固结磨粒群粘弹性本构模型基础上,建立孔隙率与粘结的磨粒系统的阻尼系数的数学模型。根据磨粒群微观剪胀剪缩原理,以及气压砂轮磨粒孔隙比与平均应力的关系,得出气压砂轮的磨粒粘结层与作用接触面的应力方程,并结合赫兹接触理论,对Preston方程的系数进行了修正,对弹性磨粒粘结层在柔性支撑条件下的磨粒微观剪胀效应的应力方程进行修正,并针对软固结磨粒气压砂轮的抛光实验建立了工件材料的材料去除量理论模型。(4)进行了气压砂轮加工实验,通过材料去除试验,不同阻尼系数的粘结剂和磨粒粒径都影响材料去除的因素,通过调整磨粒群间阻尼系数和粒径大小,可使微观力链分布规律产生变化,从而实现加工表面质量和材料去除能力提升,并降低加工过程中的划痕损伤。对砂轮在实际抛光过程中的材料去除量模型进行了拟合,验证该方程应用于软固结气压砂轮的材料去除定量分析的可行性。可根据剪胀效应的规律,提高粘结剂阻尼系数来提高曲面工件的材料去除量,相同加工时间内,阻尼系数提高5.0×10~5左右,材料去除量累计提高近31.91%,曲面粗糙度提升近32.34%,工件划痕损伤明显减少。本文的研究成果为复杂曲面工件的高精度高效率加工奠定了理论基础,也为对复杂曲面工件的加工提供了操作指导。