高速磨削是现代工业上公认的高效、高质量的加工方法。高速磨削过程中,工件与磨粒不停地相互高速撞击,力的瞬态作用使能量局限在一个微区域导致材料局部高温,可能达到熔化或接近熔化的状态,由此产生的诸多新机理及其表面完整性的作用机制亟待研究。磨削过程是砂轮表面大量离散分布的磨粒完成的滑擦、耕犁、切削过程的综合作用,各种物理、力学现象产生机理复杂,单颗磨粒切削作为磨削加工的基本模式,成为认识复杂磨削作用的一种重要手段。超声振动加工具有能量集中、瞬间作用、快速切削的特性,能有效地改变传统加工的切削机制,具有独特的加工工艺效果。本课题结合高速加工和超声加工特点,从单颗立方氮化硼CBN磨粒入手对超声辅助高速磨削加工技术进行理论和试验研究。研究内容主要包括以下几个方面:(1)结合超声振动系统特点和高速磨削系统要求,在实验室现有设备的基础上研制出一套超声辅助单颗磨粒高速磨削的试验装置。在标准刀柄的基础上改造出可与机床主轴连接的工件-刀柄系统,为满足高速磨削要求对工件尺寸进行了设计,并对工件-刀柄系统进行动平衡调试,调试后工件转速可达到15000r/min,线速度可达160m/s,工件跳动控制在2μm内。(2)基于单颗磨粒磨削轨迹的分析,得出了超声辅助高速磨削下的单颗磨粒运动学及磨削特性;对比分析并计算了单颗磨粒在超声高速磨削及普通磨削下切削路径长度、切削沟槽宽度、平均切屑面积及超声临界切削速度,得出超声振动单颗磨粒高速磨削具有切削路径长,切削沟槽宽,平均切屑面积小等特点,并计算出在轴向振动形式下单颗磨粒外圆磨削的临界切削速度。(3)在超声辅助单颗磨粒运动学及磨削特性分析的基础上,建立了单颗磨粒磨削力测量模型,并对切削力进行了实验研究。结果表明,超声辅助高速磨削可以降低磨削力,有更宽的加工范围,可以提高加工效率。(4)从磨粒的出刃高度、磨粒磨损面积率、磨削力信号表征这三个方面入手,研究了磨粒磨损表征的方法,探讨了超声高速磨削单颗磨粒磨损的主要形式,研究分析了磨削过程中单颗磨粒的几何形貌及磨削参数对磨粒磨损的影响规律。