磨削加工是目前应用最为广泛的精密和超精密加工技术之一,一般作为机械加工的最后一道工序,以获得高精度和高质量的加工表面。与车削和铣削等加工方法相比,磨削加工方法存在着非常大的优势。但是由于砂轮表面磨粒分布的随机性,易引起砂轮表面磨粒堵塞,导致磨削时损伤工件,在影响加工工件表面质量的同时降低了砂轮的使用寿命。因此,对砂轮表面进行磨粒的有序化排布,提高加工表面质量的同时改善砂轮的磨削性能,成为磨削加工领域研究的热点问题。为此本文将生物学中的叶序排布理论引入到端面砂轮的设计中来,并进一步开展砂轮表面磨粒的有序化排布的研究,以使磨粒排布处于最致密均匀的状态,这对未来有序化可控排布砂轮的磨削研究和推动磨削技术的发展具有重要意义。本文首先通过对生物学叶序理论的研究,完成了叶序模型的建立。利用三维软件建立了叶序磨粒排布砂轮模型,提出了砂轮表面磨粒有序排布的设计方法,进而完成叶序磨粒排布端面电镀砂轮的制造。其次,从运动学的角度建立不同排布砂轮磨削工件表面粗糙度的数学模型,利用MATLAB软件对四棱锥磨粒不同排布砂轮磨削工件表面三维几何形貌进行了仿真分析;分析不同磨削参数对砂轮磨削工件表面粗糙度的影响规律,并对叶序、交错、无序及矩阵排布砂轮进行仿真对比。结果表明,叶序排布砂轮性能较好。再次,开展了端面砂轮磨削加工实验。研究叶序系数以及磨削参数对于砂轮磨削工件表面粗糙度的影响。实验结果表明,砂轮磨削工件表面粗糙度随着叶序系数k的增大而变大;与其他排布砂轮相比,叶序排布砂轮磨削后得到的粗糙度最小;实验结果与MATLAB仿真后得到的粗糙度趋势走势一致。最后,完成砂轮磨削力实验。对不同排布砂轮进行磨削加工实验对比分析,实验结果表明叶序排布砂轮磨削后测得的磨削力随叶序系数k的增大而减小;相较错位、矩阵、无序排布,叶序磨粒排布端面砂轮磨削工件后测得的磨削力最小。