蓝宝石具有优越的机械、物理性能,已经得到了广泛的应用,但是蓝宝石的加工难度较高,加工效果有待改善。大量研究表明:对蓝宝石的超声振动辅助磨削可以提高加工效率和改善表面质量,然而其材料去除机理仍然有待研究。因此本文提出了一种等切深的钟摆式超声振动辅助划擦装置,用于进行划擦对比试验,并进行了划擦运动学和力学分析,对比了施加轴向超声振动后,各个参量对蓝宝石去除机理的影响变化。本文的主要内容包括:(1)搭建了一种等切深的钟摆式超声振动辅助划擦装置,并设计了一种多层结构砂轮用于简化装置操作,验证装置的可行性证明了可用于等切深划擦。(2)从运动学和力学角度进行理论分析,结合建模仿真,表明施加轴向振动后,位移、速度、加速度和力存在周期性变化,在相同条件下,轴向超声振动辅助划擦相比于普通划擦,具有划擦轨迹长,划擦沟槽宽,去除体积多等特点。材料去除体积随振幅增大、划擦速度减小或振动频率的增大而增大。(3)设计了轴向超声振动辅助划擦蓝宝石的单因素对比试验。分别对比了超声振幅、划擦速度、划擦深度对C面蓝宝石划擦力、力比和划痕形貌的影响。轴向超声振动辅助划擦力小于普通划擦力。随着划擦速度、划擦深度的增大和超声振幅的减小,两种划擦方式的力和力比都会增大。施加轴向超声振动后划痕底部破碎增加,裂纹扩展和出现剥落多出现在轨迹拐角附近。随着划擦速度的增加,相同划擦深度下裂纹宽度变小,划痕的小破碎程度减小;随着划擦深度的增加,裂纹扩展和破碎程度增加,容易产生块状剥落。(4)对比了蓝宝石4种不同晶面对划擦力、力比、划痕形貌和磨削表面形貌的影响,两种划擦方式的力都按照C、M、A、R的顺序递减,力比按照M、A、C、R的顺序递减,分析了不同晶面划擦和磨削后表面的形貌差异。表明轴向超声振动辅助磨削可以有效减少凹坑,改善表面质量。