精密超精密零部件的加工难度越来越大,传统的机械加工方法存在效率低、加工质量差等缺点,已经不能满足实际需求。超声辅助磨削作为将超声振动加工与传统磨削加工结合的新型复合加工方法,具有切削力小、加工质量高等优点,在难加工材料的精密高效加工中应用广泛。单颗磨粒的微观切削作用是砂轮宏观磨削的基础,通过研究单颗磨粒的微观切削过程来研究磨削机理已经被证明是一种行之有效的研究思路。本文设计了超声辅助单颗粒磨削试验装置,对单颗粒刀具施加轴向超声振动,通过理论分析与试验对超声辅助磨削条件下和普通磨削条件下的单颗磨粒磨削力及材料去除机理进行了系统研究。超声振动条件下磨粒在工件上的划痕轨迹为正弦曲线且划痕相互干涉,普通条件下的划痕为直线形且划痕分布均匀;建立了单颗磨粒的运动方程及瞬时速度方程,计算了单颗磨粒切削轨迹长度和磨削比的表达式,对超声振动条件下单颗磨粒切削的工艺特性进行了分析,发现轴向超声振动导致磨粒参与切削的侧面及切削刃发生变化。通过正交试验研究了超声辅助条件下磨削参数及磨粒粒度对单颗磨粒切削力的影响规律,获得了最优磨削参数组合,对比研究了两种条件下的磨削力比;超声振动的引入,使磨粒与工件间的接触状态发生变化,切削力降低;观察了切削过程中磨粒的磨损形式,对磨削力与磨粒磨损量的关系进行了定量分析,磨削力越大,磨粒的磨损量也越大;研究了磨粒粒度以及切削深度对工件材料去除机理的影响规律,随着磨粒直径的增大,脆性去除所占的比重逐渐增大。超声振动使材料的脆性断裂比例减少,塑性变形的比例增大,工件表面质量得到明显改善。随着磨削深度的增大,工件材料的去除方式中脆性断裂去除所占的比例增大。磨削塑性材料时,超声振动使划痕变宽,两侧隆起高度变低,表面质量得到提高。