随着制造科学与技术的发展，磨削加工已经成为精密和超精密加工的主要加工方法之一。在磨削领域中，砂轮的物理特性、地貌特性和表面结构对磨削力、磨削温度、工件的表面质量和砂轮的磨损等有很大的影响。在传统的砂轮组织中，磨粒在砂轮表面呈现随机分布状态。这种随机分布状态不仅导致在磨削过程中砂轮易堵塞、产生磨削烧伤、砂轮过早地失效，也给认知磨削机理和实现磨削过程的可控性带来较大的困难。因此，如何通过砂轮表面磨粒的有序化排布来提高砂轮的磨削性能，改善加工表面质量和提高磨削效率，已经成为磨削领域关注的热点问题；同时对认知磨削机理和推动磨削技术的发展有着重要的科学意义。首先，为了解决砂轮表面磨粒的可控排布，本文提出了将植物学中的叶序理论应用到砂轮表面磨粒的排布，分析了叶序参数对籽粒分布的影响规律，并根据圆柱面叶序排布模型设计了磨粒叶序排布砂轮，利用UG的二次开发建立了叶序排布砂轮的模型。其次，通过电镀工艺和光刻技术制备了磨粒叶序排布外圆砂轮，实验表明在掩膜孔在0.4mm时能够较好的实现单颗磨粒的叶序排布。再次，将磨削力分为切屑变形力和摩擦力，建立了磨粒叶序排布外圆砂轮磨削力的数学模型，并通过计算得到了理论公式曲线，结合磨削力的模型分析了随叶序系数和磨削用量变化的磨削力变化规律，使得在可控排布下对磨粒机理的有了明确的认知。最后，通过有限元与光滑粒子耦合法对磨削过程进行了模拟仿真，分析研究了叶序参数和磨削用量对磨削力和表面粗糙度的影响规律，仿真结果表明：叶序排布下的磨削力和表面粗糙度要优于随机排布下的磨削力和表面粗糙度，合理地选择叶序系数和磨粒半径可以得到良好的磨削性能。