法向接触刚度是描述机械零件结合面接触特性的关键参数,直接影响着机械零件连接性能。实际中,由于缺少准确的法向接触刚度参数,难以开展高端装备机械结构设计工作。如何准确有效地获取机械结合面法向接触刚度成为亟待解决的问题。因此,针对端面车削和平面磨削两种加工方式下机械结合面的法向接触刚度,本文从理论解析、有限元仿真及实验测试三个方面开展研究。首先,针对端面车削和平面磨削表面,提出一种基于余弦曲线形微凸体轮廓的法向接触刚度理论解析模型。基于端面车削和平面磨削两种加工方式下表面微观形貌实测数据,通过对粗糙表面上微凸体轮廓实测数据的拟合及微凸体高度分布的统计分析,提出了一种模拟粗糙表面。该模拟粗糙表面采用余弦曲线模拟单个微凸体轮廓,采用高斯分布表示微凸体的高度分布。基于提出的模拟粗糙表面,运用接触力学理论与统计学理论,推导了接触区域内法向接触刚度与接触压力的函数关系式,建立起法向接触刚度理论解析模型。在不同接触压力条件下,本文提出的理论解析模型与CEB模型及KE模型的法向接触刚度具有相同的变化规律,即法向接触刚度随接触压力的增大而增大。在相同接触压力条件下,本文提出的理论解析模型计算得到的法向接触刚度值大于CEB模型与KE模型的计算值;且接触压力越大,三种模型计算结果差异越大。本文提出的理论解析模型为端面车削和平面磨削表面法向接触刚度参数的解析计算提供了理论依据。其次,针对端面车削和平面磨削两种加工方式下的机械加工表面,分别提出一种基于少量参数的表面微观形貌建模方法。基于复杂信号解耦的思想,结合机械加工过程中表面微观形貌的影响因素分析,分别采用频谱分析与小波分析对端面车削和平面磨削实测表面微观形貌信号进行解耦处理。对解耦之后的信号分量进行归类与提取,并将提取的形貌信号重构出数字组合模型。继而结合基于机床运动学与切削理论得到的理论形貌,实现对端面车削和平面磨削表面微观形貌的建模。结合本文提出的表面微观形貌建模方法,可以实现端面车削和平面磨削加工表面微观形貌的仿真,为两种加工方式下表面微观形貌的预测与仿真提供了新的方法与途径,同时也为法向接触刚度有限元仿真分析建立了模型基础。再次,针对端面车削和平面磨削表面法向接触刚度进行了有限元仿真研究。基于表面微观形貌点云数据,采用逆向建模方法获取接触仿真模型。运用有限元仿真软件对法向接触刚度进行了有限元仿真分析,得到了法向接触刚度随接触压力变化的有限元仿真结果。在不同接触压力条件下,法向接触刚度随接触压力的增大而增大,两者之间成非线性关系。并且随接触压力的增大,法向接触刚度增大的速率逐渐减小。在相同接触压力条件下,法向接触刚度随表面粗糙度数值的增大而减小。为验证本文提出的端面车削和平面磨削表面微观形貌建模方法的准确性,对基于实测表面与仿真表面的法向接触刚度有限元仿真结果进行了对比分析。基于实测表面与仿真表面的法向接触刚度仿真结果具有相同的变化规律。针对两者的相对误差而言,端面车削和平面磨削两种加工方式下相对误差具有相同的变化规律,即相对误差随接触压力的增大而减小。当接触压力Fw=70MPa时,端面车削加工方式下两者相对误差的最大值为2.30%,平面磨削加工方式下两者相对误差的最大值为3.06%。本文所述有限元仿真方法为端面车削和平面磨削表面法向接触刚度参数的获取提供了新的方法与途径。并且基于实测表面与仿真表面的仿真结果相对误差较小,验证了本文提出的端面车削和平面磨削表面微观形貌建模方法的准确性。最后,设计并搭建法向接触刚度实验台,开展了对端面车削和平面磨削表面法向接触刚度的实验研究,得到了法向接触刚度随接触压力变化的实验结果。并且为验证本文提出的理论解析模型及本文提出的表面微观形貌建模方法的准确性,对理论模型的解析结果、基于仿真表面的有限元仿真结果及实验结果进行了对比分析。综合法向接触刚度对比结果,在不同接触压力条件下,理论模型的解析结果、基于仿真表面的有限元仿真结果及实验结果具有相同的变化规律,即法向接触刚度随接触压力的增大而增大。在相同接触压力条件下,三种结果的数值存在差异。法向接触刚度的有限元仿真结果位于实验结果与理论解析结果之间,并且实验结果较理论解析结果与有限元仿真结果具有更大的法向接触刚度。综合理论解析结果与实验结果的相对误差及有限元仿真结果与实验结果的相对误差,在相同工况条件下,理论解析结果的相对误差要大于有限元仿真结果的相对误差。理论解析结果的相对误差随接触压力的增大并不具有明显的变化规律,但从整体趋势来看,理论解析结果的相对误差随接触压力的增大具有缓慢增大的趋势。在接触压力Fw=70MPa时,相对误差达到最大值。此时,端面车削加工方式下理论解析结果的相对误差最大值为9.83%;平面磨削加工方式下理论解析结果的相对误差最大值为7.37%。相较而言,有限元仿真结果的相对误差随接触压力的增大具有明显减小的趋势,在接触压力Fw=70MPa时,有限元仿真结果的相对误差达到最小值。此时,端面车削加工方式下有限元仿真结果的相对误差最大值为4.89%;平面磨削加工方式下有限元仿真结果的相对误差最大值为5.71%。实验结果验证了本文提出的理论解析模型及本文提出的表面微观形貌建模方法的准确性。