超声振动辅助磨削加工技术是加工纳米复相陶瓷材料的一种重要加工方法之一,具有重要的理论意义及应用前景。其中,由于磨粒切削轨迹的特殊性,超声振动辅助磨削在提高材料去除率、加工表面质量与降低磨削力方面具有一定优势。本文对多频率下轴向超声辅助磨削加工技术进行了系统的理论和实验研究,包括:超声振动磨削加工的运动学特性、表面形成机理与磨削力特性。主要研究内容如下:根据波动方程对声学系统进行设计计算,利用ANSYS有限元法进行优化,使其满足谐振频率,然后通过试验测试声学系统振动特性。建立超声振动辅助磨削单颗磨粒的运动学方程,并对不同频率和振幅对切削轨迹、磨粒与工件相对速度及加速度进行分析与仿真,仿真结果表明,振幅和频率影响了切削轨迹的宽度和长度且磨削轨迹为空间正弦曲线;振幅和频率越大,对相对速度和加速度的大小方向影响很大;在此基础上通过试验研究了不同频率的磨削表面,结果35kHz的超声振动辅助磨削表面粗糙度值低,质量较好。通过引入单位磨削力和平均截面面积得到超声振动磨削的切削变形力模型;根据磨削能力参数geC,给出摩擦系数模型;进而对不同频率下的磨削力进行试验研究。结果表明:工件施加超声振动磨削系数降低,35kHz下的超声振动摩擦系数降低的最明显;法向磨削力随磨削深度的增加呈上升趋势,随频率的增加呈下降趋势;三种频率下均使切削变形力降低率减小,相比而言,35kHz下切削变形率降低最明显。为了进一步研究超声振动对磨削表面的机理,通过建立二维超声振动磨削单颗磨粒的运动学方程,并进行仿真,结果表明:二维超声振动对磨粒产生更大的瞬时速度和加速度,增强超声振动软化作用,磨削力降低,延长砂轮寿命。