摘要：在精密加工中,光学石英玻璃等硬脆材料的研抛多采用机械研磨加工的方式,这种加工方式效率低、表面质量差、不易保证形状精度且无法加工面型复杂的曲面。为了能很好的解决这些问题,本文提出了非接触式超声磨粒研抛加工技术。本文运用解析法和有限元方法相结合的方式设计了非接触式超声磨粒研抛实验装置,对非接触式超声磨粒研抛加工过程展开了理论分析、仿真与实验研究。研究的具体内容和结论如下：(1)将变幅杆和工具头作为整体式变幅器设计。研究发现,研抛系统的振动频率随着变幅器谐振长度、圆盘直径的增大而减小,随着圆盘厚度减小而减小。将变幅器应用于非接触式超声加工实验平台,通过谐振实验验证,研抛系统的谐振达到预期效果,满足设计要求。(2)通过理论分析和仿真研究发现,在超声磨粒研抛加工过程中,石英玻璃研抛加工存在脆性断裂和延性两种材料去除模式,加工中材料去除模式主要由磨料粒度和工具头端面输出振幅控制。不同形状磨粒冲击作用下,硬脆材料加工去除主要存在塑性变形、剥落去除和切削去除三种方式。(3)超声吸收引起的热效应对谐振系统的稳定性影响很大,而超声吸收主要与超声的频率、介质的粘滞性、导热性、浓度及传播的距离等因素有关。在超声输出频率一定的情况下,磨料悬浮液的声吸收随悬浮液中液体的体积浓度和加工间隙的增大而增大。(4)基于光滑质点流体动力学的数值模拟和实验研究,分析加工过程中磨粒悬浮液浓度、冲击速度以及磨粒种类等不同工艺参数对工件表面加工质量的影响,揭示了加工表面质量随不同工艺参数变化的规律。本文对超声磨粒研抛加工工艺的改善具有重要的指导意义。