近年来，随着工程陶瓷、光学玻璃、单晶硅等硬脆材料在工程领域的应用增加，为了高效获得其高精度的尺寸精度和形状精度，越来越频繁地使用金刚石砂轮。要保证磨削过程高效、稳定进行，必须解决金刚石砂轮的修整问题。金刚石砂轮修整技术的进步，不仅可以提高砂轮的使用寿命和磨削效率，而且可以有效改善硬脆材料磨削的加工环境，减小硬脆材料加工表面的微裂纹和微破碎，保证加工质量，降低加工成本。目前，针对各种硬脆材料加工对象开发的密实型金刚石砂轮修整技术，虽然在一定程度上解决了砂轮的修整问题，但仍存在着修整精度和修整效率低或修整设备昂贵、使用维护不便等局限性，限制了其在生产现场的推广。因此，开发一种低成本、快速有效的修整方法非常必要。 已有研究成果表明椭圆振动辅助切削具有良好的切削效果，同时普通机械修整设备简单、维护方便，因而将二者结合，提出了椭圆超声波辅助机械修整的复合修整技术。采用椭圆超声振动辅助修整密实型金刚石砂轮，解决采用金刚石笔修整金刚石砂轮时效率低、精度低且金刚石笔磨损过快的问题，获得理想的砂轮表面形貌。 首先基于薄板振动理论揭示了单激励声学系统椭圆振动的生成机理，获得了形成椭圆振动的两个条件，即单一激励在两个相互垂直方向上激发的振动必须存在一定相位差，以及两个方向上的振动频率必须接近才能引起共振。满足这两个条件即可在声学系统的工具端合成椭圆运动轨迹。椭圆运动轨迹的形状与声学系统的几何形状参数和声学参数有关。按局部共振设计方法，研制了的专用椭圆超声振动修整装置。 在椭圆振动与修整过程分析的基础上，研究了椭圆超声振动辅助金刚石笔修整的材料去除机理及对砂轮表面形貌形成的影响。在金刚石笔的高频振动冲击下，金刚石笔与磨粒接触轨迹边缘及磨粒顶部形成许多微磨削刃。进一步探讨了椭圆超声振动修整条件对砂轮廓形及磨粒微观状态的影响。与普通修整技术不同，椭圆超声振动修整中，修整深度对表面形貌的影响较大。当金刚石笔与砂轮表面连续接触时，修整的砂轮表面磨粒更锋利、容屑空间更大。另一方面，椭圆超声振动修整过程中，超声波进入冷却液后形成声空化效应，使液体微粒形成空化气泡。空化气泡闭合产生的巨大压力反复冲击砂轮表面，在清洗砂轮的同时，也加速了结合剂和磨粒的破碎与断裂。基于三维白光干涉扫描技术，提出了砂轮表面的磨粒识别方法，导出了磨粒形态识别的采样间隔，建立了三维表面形貌特征描述的评价指标；同时，基于分形理论，探讨了描述砂轮表面形貌的三维分形维数的计算方法，将分形维数对砂轮二维截面轮廓的研究拓展到三维空间。 密实型金刚石砂轮的修整试验结果表明，与普通修整方式相比，椭圆超声振动修整方式下，修整深度和修整导程对金刚石砂轮的圆度误差影响较小，超声功率和金刚石笔切入角度对圆度误差影响较大。修整效率可以提高一倍以上，金刚石笔的磨损显著降低；砂轮表面材料去除机理主要以结合剂延性去除、磨粒磨损以及磨粒微破碎为主；结合剂三角洲变短、窄、形状不规则，包围面积减小。修整力降低了70％，对修整砂轮转速和超声功率变化敏感。修整后的砂轮表面具有轴密周疏的特点，静态有效磨粒数多，磨粒完整性好、突出高度较高、且容屑空间大、等高性与微刃性好。对金属结合剂砂轮整形的同时也具有修锐效果，对树脂结合剂砂轮，整形后须进行修锐。这种修整技术也适合于采用磨削法修整金刚石砂轮。因此，单激励椭圆超声振动修整技术可以实现密实型金刚石砂轮的快速有效修整。 椭圆超声振动连续修整的金刚石砂轮超声磨削纳米氧化锆陶瓷时可获得较大的磨削比，磨削力和磨削温度降低，砂轮寿命提高，被加工表面质量得到改善，即金刚石砂轮磨削性能得到提高。椭圆超声断续修整的金刚石油石超声珩磨氧化锆陶瓷时被加工表面上的磨削沟槽宽且底部平坦、边缘破碎少。延性域临界磨削深度可提高至3μm。 这些结果表明椭圆超声振动修整技术是一种有效而快速的新修整方法，可以提高工程陶瓷等硬脆材料的加工效率及加工精度。