碳化硅(SiC)陶瓷材料具有耐高温,耐磨损,化学性质稳定且比刚度高等特点,被广泛应用在医疗仪器、航天航空器和军事国防等领域。但是,在常规的抛光加工中,抛光刀具磨损率高、脆性去除产生的表面划痕和亚表面损伤严重和应力集中导致工件表面残余应力高等问题是不可避免的。基于常规加工方法中加工SiC陶瓷材料是较困难的,本文通过振动辅助抛光加工的方法来改善加工后工件的表面完整性,并且研究了振动辅助抛光SiC表面/亚表面的损伤机理。本文以SiC陶瓷为主要研究目标。首先,设计一套二维振动辅助抛光装置。然后,以振动辅助抛光加工的去除机理和运动学特性作为理论基础,建立亚表面损伤预测模型,再利用三维有限元仿真技术进行振动辅助抛光加工仿真,结合理论计算和三维有限元仿真结果,设计SiC陶瓷工件的振动辅助抛光实验,揭示其工艺参数对表面粗糙度和亚表面损伤深度的影响规律。论文主要研究内容包括:(1)通过对振动辅助加工方式优势的了解,针对SiC陶瓷材料的加工特性,利用振动辅助抛光的加工方式改善SiC的表面完整性。首先,设计了一套二维振动辅助抛光装置,通过对装置的柔性铰链机构分析进而计算得到装置的运动行程和固有频率等性能参数,然后,以运动行程和固有频率为目标函数,利用改进的细菌觅食算法更快速、精确的优化装置的参数来保证设计的装置具有更优的固有频率和行程。最后,对装置进行实验测试,以此来验证装置的实际性能与理论计算和仿真相符合。(2)根据振动辅助抛光加工装置的运动学特性,结合脆性材料的去除机理和陶瓷材料的断裂力学理论,建立了不同工艺参数与亚表面损伤深度(SSD)的理论预测模型,分析振动辅助加工中不同工艺参数对脆性材料工件的亚表面损伤深度的影响规律,得到了损伤深度和工艺参数之间的关系。然后,利用有限元仿真软件,建立了SiC陶瓷振动辅助抛光过程的三维模型,分析了振动辅助抛光加工过程中材料损伤机制,以及不同工艺参数对亚表面裂纹的影响规律。通过仿真数据的结果对比分析,讨论脆性材料的亚表面损伤随着振动辅助抛光的横向振幅、纵向振幅(名义切削深度)、加工频率和磨粒顶角等参数的变化情况,结果表明较小的纵向振幅(名义切削深度)、磨粒顶角有利于改善表面和亚表面质量,而与之相反的是表面和亚表面质量随着磨粒进给速度的增加而得到改善。(3)通过对SiC陶瓷材料进行变切深的无振动常规划痕和振动辅助划痕实验,检测SiC加工后的临界切削深度和划痕槽的形貌,揭示振动辅助加工可以增加SiC陶瓷材料的临界切削深度;然后再通过对比无振动的常规抛光实验和振动辅助抛光实验前后工件的表面残余应力和表面形貌等信息的实验结果,可以发现振动辅助抛光后的SiC工件表面残余应力较小且表面粗糙度也会小于常规抛光加工的工件;最后通过观测不同参数加工后的工件表面形貌和亚表面裂纹情况,揭示了振动辅助抛光工艺参数对表面粗糙度和亚表面损伤深度的影响规律,从而验证了理论预测模型和有限元仿真结果的有效性。