表面织构化加工技术是改善表面性能、制备满足不同需求功能化表面的重要方式,近年来已经得到越来越多的关注和研究。虽然已有诸多加工方法应用于微织构表面的制备,但开发高效率、低成本、适用于大规模产业应用的织构化加工技术仍然是当前研究的重点和发展趋势。一维超声振动车削加工技术将传统车削加工与超声振动相结合,通过在切削过程中施加规律可控的超声振动以改变刀具切削运动轨迹,同时匹配合理的工艺参数,可简单直接、快速高效的在工件表面加工出具有凹坑等形貌特征的微织构,为功能化表面的制备提供了一种极具发展潜力的织构化加工方式。但目前关于一维超声振动车削加工微织构表面的研究尚少,相关理论与分析并不完善,因此,该表面织构化加工技术值得进行深入研究与开发。本文从理论分析、仿真预测以及实验验证三个方面,系统性研究了两种一维超声振动车削(进给方向超声振动车削和切深方向超声振动车削)制备微织构表面的加工机理以及工艺特性,主要研究内容以及结论如下:(1)针对一维超声振动车削的运动特点,进行了微织构表面加工运动学分析。建立了进给方向超声振动车削进给量及切削运动轨迹相位差方程,分析了切削刃在不同加工参数下的相邻切削运动轨迹状态;基于切深方向超声振动车削加工特点,分别建立了断续切削型与连续切削型的几何运动模型,确立了影响微凹坑形状、尺寸以及分布状态的关键因素,明确了刀具后刀面与切削运动轨迹在不同交叉状态下的凹坑轮廓形状与尺寸的变化规律,并对比分析了微织构圆柱表面与端面加工的异同,结果表明:切深方向超声振动车削在同一种加工参数下所制备圆柱表面的微凹坑具有一致的尺寸、形状以及分布状态,而所制备端面的微凹坑却具有多尺度、多形状以及变分布密度的特征。(2)基于几何轮廓复映原理,通过刀具几何简化模型的建立、空间坐标系的变换、振动切削运动方程的确立以及空间和时间的离散化处理等过程,建立了两种超声振动车削加工微织构表面形貌的仿真模型,利用MATLAB算法编程的方式,实现仿真过程中加工参数输入与表面形貌输出的功能,完成了对不同振动切削加工参数下微织构表面形貌特征的预测与分析。结果表明:所建立的仿真模型能够为织构化表面形貌特征的分析预测以及加工参数的优选提供有效的参考依据。(3)搭建进给方向超声振动车削加工实验平台,结合仿真表面预测结果,实验研究了加工参数对表面微织构的影响规律。结果表明:只有选择合适的加工参数,包括相差不大的进给量与振幅,具有规则形貌特征的凹坑状微织构表面才可通过进给方向超声振动车削加工出来。(4)基于切深方向超声振动车削加工微织构表面的运动学分析,从仿真预测的角度研究了断续切削型加工参数对微织构表面形貌特征与凹坑轮廓尺寸的影响规律;通过仿真分析与实验验证相结合的方式,系统分析了连续切削型超声振动车削加工刀具参数与振动切削参数对微凹坑圆柱表面的影响规律,确定了微凹坑表面加工参数的优选方案;结合连续切削型微织构圆柱表面分析结果,对端面微织构的加工特点、形状尺寸以及分布规律进行了仿真预测与实验研究。研究结果表明:与进给方向超声振动车削相比,切深方向超声振动车削的织构加工精度较高,微凹坑尺寸、形状以及分布状态可控性好,是一种更为简单、高效的微织构表面加工方法。(5)对切深方向超声振动车削加工的微织构表面性能进行了研究,分析了三种刀具后角所加工形成的微织构对圆柱表面润湿性的影响规律及作用机理,对比研究了抛光端面、微凹槽端面以及微凹坑端面的表面形貌、表面粗糙度、表层微观组织状态以及表面摩擦磨损特性,研究了低速轻载油润滑摩擦条件下微凹坑对表面的减摩降损机理,得出了具有较优摩擦性能的微凹坑表面及其对应的加工参数。研究结果表明:微凹坑的形状与分布连接状态决定了表面水滴沿进给方向铺展的难易程度,从而导致不同刀具后角所加工的三种微凹坑表面的疏水性不同;微凹坑表面比抛光表面和微凹槽表面具有更好的摩擦性能,摩擦过程中微凹坑具有储油与容纳磨屑的作用,从而降低表面磨损程度,使表面具有较小的摩擦系数。另外,凹坑分布密度对表面摩擦性能也有一定的影响,选择微凹坑分布密度较大的表面,更有利于提高油润滑摩擦状态下的表面摩擦性能。