70年代NASA的兰利中心发现,流体流过具有筋条结构的表面时表面阻力比光滑表面低8-10%。因此为了将微结构应用于零件表面,国内外学者们采用了各种方法制造微结构表面,例如:激光、压印、化学蚀刻、微铣加工、3D打印、电火花线切割等等,然而以上加工方法在面对大批量生产和难加工材料零件制造时或多或少存在一些问题,同时磨削因为具有高精度与高效率且超硬磨料能够加工各种难加工材料的优点而备受关注。磨削微结构的原理是通过将磨粒有序化分布或修整方法在砂轮表面形成一定规则图案,然后通过磨削运动将形貌“复制”到工件表面。目前磨削微结构研究均是直接设计砂轮,不断变换磨削参数后评价磨削结果,本文则是根据建立的筋条结构化表面模型来设计砂轮,这对于磨削出与目标相比较尺寸偏差较小的筋条结构具有重大意义。本文将点集拓扑学理论应用到研究中,拓扑分析了筋条截面形状和排布位置,并从国内外筋条结构减阻研究文献中提取出具有减阻效果的筋条结构拓扑特征参数。根据所提取的参数结合磨削特点建立截面形状为圆弧形、倾斜角度0-20°、宽度150-400μm的筋条结构模型。根据磨削运动拓扑设计砂轮并得出丝锯螺旋缠绕砂轮几何模型和数学模型。根据磨削原理分析砂轮截面的切削轨迹轮廓,结合砂轮截面分布规律得出磨削筋条结构的创成机理;利用MATLAB计算不同转速下磨削相接筋条结构的临界进给速度;理论分析筋条顺流向截面形貌;理论分析各参数对筋条结构的影响;理论分析工件轴向补偿磨削水平筋条的创成条件。仿真了不同磨削参数下的筋条结构表面并验证磨削参数对筋条结构形貌影响的理论分析;仿真了不同轴向补偿速度下磨削的筋条结构。从单颗磨粒磨削力和不同切削状态磨粒数角度建立丝锯螺旋缠绕砂轮的磨削力模型。研究结果表明螺旋绕丝砂轮能够磨削出筋条结构;筋条结构形貌随着磨削参数的改变而改变,改变的主要参数为倾斜角度、筋条宽度;工件在砂轮轴向方向施加合适的附加运动能够磨削出与工件平行的筋条结构。