面向仪器化纳米压痕测试中的低弹性模量试样要求具有超光滑低损伤的表面,而高精度控形、低损伤控性的平面研磨加工是获取超光滑低损伤表面的必备基础,也是研磨加工领域重要的发展趋势。因此,在保证研磨加工高效率的同时,如何提高工件加工表面均匀性,并获取低损伤研磨表面,对丰富超光滑低损伤表面的磨粒加工理论具有重要的理论意义和科学价值。本文针对如何高效稳定地获取超光滑低损伤的研磨表面,采用了无理转速比驱动方式和三明治式机械研磨的新型研磨加工方法。在此方法的基础上研制了无理转速比驱动机构和新型研磨微调夹具,并利用该驱动机构和研磨夹具开展了相关对比试验研究。主要研究工作包括:(1)构建了研磨盘磨损和研磨加工轨迹的数学模型,应用MATLAB软件仿真分析研磨转速比对研磨盘磨损、研磨加工轨迹形态、轨迹曲率和材料去除率的影响规律。结果表明,无理转速比下的研磨盘磨损情况和研磨加工轨迹均匀性优于有理转速比,且材料去除更为均匀,转速比对轨迹曲率变化也有很大影响。同时设计了一种无理转速比驱动机构,对驱动电机进行了选型,对斜交啮合的锥齿轮和转轴进行了设计与校核,实现了研磨盘与工件盘的无理转速配比。(2)分析了三明治式机械研磨加工方法中游离磨粒的直接接触到准接触及非接触状态的演变规律,通过ANSYS Workbench建立了三明治式机械研磨加工的有限元模型,数值模拟了载荷作用下工件试样和替代物的受力情况,结果表明,工件试样表面的等效应力值与替代物的弹性模量值成正比,与替代物的泊松比和替代物与工件试样的面积比成反比。并根据不同研磨加工阶段对磨粒粒径等级的要求,自主设计了两款新型研磨微调夹具,使工件试样与替代物的高度差调节达到预定的精度等级。(3)以低弹性模量试样聚碳酸酯(3GPa)、石英玻璃(72GPa)、电解铜(108GPa)、单晶硅(187GPa)为加工对象,将无理转速比驱动机构和有理转速比驱动机构同时安装在YR610X单面研磨机上做对比试验,同时利用所设计的微调夹具对比三明治式机械研磨和传统机械研磨的加工质量。通过金相显微镜、Form TALYSURF I60、称重等试样表征方法对低弹性模量试样进行了测试,结果表明在无理转速比驱动方式下,低弹性模量试样的表面粗糙度、材料去除速率、平整度、弯曲度、翘曲度和总厚度偏差得到了提升;在三明治式机械研磨加工方法下,低弹性模量试样的表面粗糙度更小,表面形貌更好,损伤更小。本文研究借助仿真模拟、机械设计、对比试验、试样表征,验证了无理转速比驱动方式和三明治式机械研磨的新型研磨加工方法的可行性以及所研制的无理转速比驱动机构和研磨微调夹具的可靠性。