陶瓷材料因其硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、绝缘等优势,广泛应用于精密仪器、航空航天、国防科技、生物医疗器械等领域。然而,陶瓷材料属于典型的硬脆难加工材料,采用传统加工方法时,相对加工性能较差,易发生热集中效应、材料断裂破坏和损伤等现象,且刀具磨损严重,难以获得良好的表面质量。相比于传统加工,超声加工技术可达到提高材料去除率及加工精度,延长刀具寿命与抑制加工表面裂纹扩展的目的。本文以ZrO₂陶瓷为研究对象,针对磨头纵-扭超声磨削磨粒运动特性及加工机理展开研究。建立了单磨粒纵-扭超声磨削运动轨迹理论模型,通过数值仿真分析了其运动轨迹特征及对磨削过程的影响;通过建立磨粒划擦三维有限元模型,进行了普通磨削与纵-扭超声磨削磨削力及表面形貌分析,及试验验证了模型的正确性;采用普通和纵-扭超声磨削对比试验,分析了工艺参数（超声能量、主轴转速、进给速度、磨削深度）对表面几何形貌的影响规律;建立了表面粗糙度拟合模型;为实现表面粗糙度的智能预测,构建了BP神经网络表面粗糙度预测模型。主要研究内容如下:（1）为揭示纵-扭超声磨削运动学特性,基于纵向和扭转超声单磨粒运动轨迹,采用超声矢量分解理论和磨削运动学合成原理,构建了单磨粒纵-扭超声磨削运动轨迹方程;通过仿真分析了普通磨削与纵-扭超声磨削运动轨迹的差异,及工艺参数对纵-扭超声磨削运动轨迹的影响规律。结果表明纵-扭超声磨削运动轨迹为类似于“锯齿状”周期性振荡交叉摆线,且随工艺参数的改变而变化。研究了纵-扭超声磨削空间运动轨迹对磨粒加工特性的影响。结果表明有利于减少磨削热、延长磨具使用寿命、提高加工效率;对ZrO₂陶瓷进行磨削试验,证明运动轨迹模型及仿真结果与试验结果相吻合。（2）利用ABAQUS建立了基于金刚石磨粒划擦ZrO₂陶瓷三维有限元分析模型;通过金刚石磨粒划擦对比试验,对模型进行了验证;在此基础上,对比分析了在仿真条件下普通划擦与纵-扭超声划擦时应力与表面形貌的差异;探讨了振动及磨削参数对纵-扭超声划擦时划擦力的影响规律。分析表明所建立的仿真模型能以较高精度实现划擦过程中应力、表面形貌及划擦力的预测。（3）采用单因素变量法进行了磨头普通磨削和纵-扭超声磨削ZrO₂陶瓷加工机理对比试验,研究了表面微观形貌形成机理及工艺参数对表面粗糙度Ra值的影响,结果表明:纵-扭超声磨削可有效降低表面粗糙度,改善磨削表面质量;采用正交试验,通过多元线性回归分析法,建立了纵-扭超声磨削及普通磨削ZrO₂陶瓷表面粗糙度拟合模型,结果表明不同磨削模式下,工艺参数对表面粗糙度影响程度不同,可实现加工参数的优选;应用BP神经网络建立了主要磨削参数与加工表面粗糙度预测模型,并通过试验对模型进行了验证,结果表明所建BP神经网络模型预测误差小于10%,能够以较高精度预测表面粗糙度,且获得表面粗糙度值最小时的优化工艺参数组合为:主轴转速24000r/min,进给速度80mm/min、磨削深度12μm及超声振动能量60%。本文采用仿真与试验相结合的方法,对纵-扭复合超声振动磨削ZrO₂陶瓷加工机理进行的研究,其结论对于促进硬脆材料实现高效率、精密加工,拓展其应用领域,具有一定的实用价值。