机械零件表面结构化能够起到减阻耐磨的作用,为获得特定的结构化表面,研究者们主要采用了压印、化学蚀刻、激光等加工方法,但这些加工方法在大量生产时会出现污染排放、效率低下、成本昂贵等问题。此外,激光加工的耗能较大,而化学蚀刻难以控制微结构的精度,压印只能加工少数易发生塑性形变的材料,无法加工硬脆等难加工表面。超硬磨料加工是解决以上问题的有效方法之一,但磨削加工主要依赖于表面具有特定表面结构的结构化砂轮,所以如何制造具有特定结构的结构化砂轮是解决上述问题的关键。本文将叶序排布、阵列排布、错位排布运用到结构化砂轮的制造中,采用电镀的方法制造出了不同磨粒簇排布的结构化砂轮。首先建立了三种结构化砂轮的表面数学模型和运动模型,用MATLAB仿真了三种砂轮磨削的外圆工件表面并讨论了凹坑、凸台、凹槽结构化表面形成规律以及磨削深度、转速比、叶序系数对工件表面形貌的影响;然后分析了电镀砂轮的制造工艺并制造出了不同叶序系数以及不同排布的结构化砂轮,分析砂轮制造过程中的原理、工艺以及故障的解决;最后设计相应的磨削实验,用三种砂轮磨削外圆工件并用相应仪器观察测量工件表面形貌,验证仿真实验结果的正确性。实验结果表明:磨粒簇叶序排布砂轮的叶序参数h越小,工件表面凹坑排布越密,单个凹坑的粗糙度值越小;砂轮与工件转速比λ越大,工件表面周向凹坑数目越多,单个凹坑粗糙度值越小,凹坑周向尺寸越小,轴向尺寸基本不变:磨削深度ap越大,凹坑的周向尺寸越大,单个凹坑粗糙度值越大;磨粒簇叶序排布、阵列排布、错位排布砂轮在一定条件下可以形成凸台表面和沟槽筋条表面;实验结果与仿真结果基本一致。