目前生物材料领域已经成为一个至关重要的领域,钛合金(TC4)以其良好的机械综合性能及生物相容性被广泛应用于生物医用植入物,但钛合金的机械加工性能较差,想要获得高的表面质量及尺寸精度仍然是一项难题,本文通过设计实验机,研究球头球窝的接触力学特性、球面工具摩擦磨损、抛光流体薄膜流体特性。首先,由于钛合金球头抛光的面为球面,自主设计抛光实验机,该抛光实验机能够实现自转和摆动的复合运动对工件进行加工,对TC4钛合金球头抛光机进行仿真分析,验证了试验台力学方面的可靠性,且在抛光过程中,能够有效的避免共振现象,同时能够实现抛光过程中摩擦扭矩的实时采集,分析抛光过程中的摩擦磨损特性。然后,以实验机模型为原型,建立了球头-工具球窝模型,探究了载荷、工具球窝厚度等因素对接触力学的影响。在施加载荷后,应力的最大值分布在球头与球窝的亚表层;随着载荷的增加,球头球窝的应力分布区域逐渐增大,最大接触压力也不断增大但载荷与接触应力的关系并非线性关系;随着球窝厚度的增加,截面处的最大应力在不断减小且逐渐平缓;在考虑球头-球窝之间摩擦时,随着摩擦系数的增加,接触压力在不断增加,但增加的并不显著;球头-球窝间隙对截面应力及接触应力影响较大,间隙越大,接触面积越小应力分布更加集中,球窝的形变更大。接着,研究工具上任意一点在抛光过程中的速度变化,压力变化以及相对磨损量的变化,选取合适的自转速度与摆速的比值。对于同一纬度不同经度处不同的点,在抛光过程中,他们的速度与压力变化趋势基本相同,主要在相位上略有差异,他们的相对磨损量基本相同;对于同一经度不同纬度处不同的点,在抛光过程中,其纬度越高,速度越大,法向压力产生更大的波动,相对磨损量随着纬度的增加先增加后减小;基于同一点处在不同的转速与摆速的比值下的相对磨损量差异不大,观察同一经度处六个点的抛光轨迹的疏密程度,发现其疏密程度并非单调变化,综合实验机参数考虑,选取工具转速与摆速比i为37。最后,应用CFD仿真研究复合运动、流体薄膜厚度及带孔抛光垫对流场特性的影响。在复合运动下,靠近球窝底部附近的流场速度较小,薄膜流场中的压力既存在压强大于零的情况也存在压强小于零的情况,其中负压主要集中在流体薄膜的下半部分区域;随着流体薄膜厚度的增加,流体速度的变化趋势基本一致,但流体速度上升或下降的更加平稳,速度变化存在一定的滞后性,且在一定范围内,流体薄膜厚度越小,流体压强越小;当考虑带孔抛光垫时,发现增加小孔后,流体速度略有降低,相同参考点处的流体最大负压略有降低,且在某些参考点处出现正压,这使得流场中压强的变化变得更加复杂,有利于抛光的进行。