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精密制造中需要对淬硬材料的自由曲面进行精加工。本项目采用磨削中心GC，进行了高效自由曲面磨削加工的基础研究。本文提出了3维自由曲面可以分为9种类型的面素，并从几何角度分析了面素的定义方法。采用球头磨球形磨具进行面素法高效磨削加工时，需要对各类面素与球形磨具的作用状态进行解析。分析了由于加工条件和加工面形状变化，工件与球形磨具随之在接触点周速度、砂轮实际切削深度，以及磨削力的变化。分析模型与实验数值有很好的吻合。