氟化钙晶体具有良好的光学性能、机械性能及物化稳定性,广泛应用于激光、光刻、天文、航测等领域中。深紫外光刻及高能激光系统对氟化钙的晶体纯度、结构缺陷、表面质量等都有严格的要求。氟化钙晶体为软脆材料,固结磨料加工时工件表面会产生微划痕影响表面质量。为改善表面质量,提高材料去除率,本文提出了超声振动辅助固结磨料加工的方法。本文的主要工作和研究成果如下:(1)单颗磨粒振动辅助固结磨料加工仿真。研究了振动方向、频率和幅值对表面形貌的影响,结果显示与径向振动及椭圆振动相比,轴向振动加工后变形量最大、振动对加工过程作用明显,能够对工件表面起到很好的强化作用。椭圆振动的受力状态和均匀性要优于径向振动。对于轴向振动,随着频率的增大,剖面深度逐渐变小,频率为40 kHz时工件表面形貌最优;随着振动幅值的增大,工件表面形貌及均匀性变差。(2)超声振动辅助固结磨料加工方式优化。提出了超声振动辅助固结磨料加工方法,采用单因素实验研究了两种工艺参数对材料去除率和表面粗糙度的影响。针对加工中存在的问题,对超声振动辅助固结磨料加工方式进行了优化,与优化前相比研磨的材料去除率提高了189%,表面粗糙度降低了11%;抛光的材料去除率提高了50%,表面粗糙度降低了44%。研究表明,优化后超声振动辅助固结磨料加工的稳定性提高,工件运动轨迹复杂,研磨和抛光氟化钙晶体的材料去除率提高,表面质量明显改善;获得了能够实现高效、低损伤超声振动辅助固结磨料加工的方法,为后续氟化钙晶体的抛光作铺垫。(3)超声振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体研究。通过正交实验研究了四种工艺参数对超声振动辅助固结磨料抛光氟化钙晶体材料去除率和表面粗糙度的影响,优化工艺参数为抛光垫转速40 rpm,振动频率40 kHz,抛光液pH值为9,转速比为0.95。优化工艺参数对应的材料去除率为324 nm/min,表面粗糙度Sa值为1.92 nm。与无振动辅助固结磨料抛光相比,材料去除率提高了57%,表面粗糙度降低了35%。研究表明振动辅助能够利用空化作用及规律化间歇性接触提高固结磨料加工的材料去除率,改善表面质量。