微结构光学功能表面具有便于设计者优化光学系统的优点,其不仅能够实现光学元件重量和体积的大幅减小,使光学元件实现功能集成,同时还能够实现普通光学元件难以达到的微小、阵列和波面转换等新功能。因此,微结构表面光学功能元件在机械电子、航空航天、光电子以及光学领域都具有非常重要的应用价值和极其广阔的应用前景。目前,微结构表面光学功能元件大批量高效率生产的主要途径为精密复制加工,而具有微结构表面超硬模具的超精密磨削加工是其中的关键技术之一。　　本课题以用于微结构表面光学玻璃元件模压复制的超硬模具材料为对象,以实现超硬微结构光学功能表面模具的确定性、超精密、低损伤、高效率加工为目的。将特种加工技术和超精密加工技术相结合,研制了适用于超硬微结构光学功能表面的超声振动磨削系统,揭示了超硬微结构表面的超声振动磨削加工机理,分析了金刚石砂轮在加工微结构表面时的磨削性能演化规律。同时研究了超声振动参数、磨削工艺参数以及表面结构参数对超硬微结构光学功能表面完整性的影响规律,并在此基础上优化了超声振动磨削工艺方法,进而解决了现有超硬材料微结构光学功能表面超精密磨削加工中存在的关键问题。主要研究内容如下:　　运用超声振动相关理论和有限元仿真,研制适合微结构表面磨削的超声振动系统。建立超声振动磨削微结构表面过程中,工件-砂轮以及工件-磨粒间的运动学关系;结合微结构表面超声振动磨削痕迹的仿真,分析超声振动磨削条件下的微结构表面形成机理及微结构表面加工质量不均一现象的产生原因。在此基础上,建立超声振动磨削微结构表面的有效磨削深度及最大未变形磨屑厚度理论模型,并分析超声振动以及表面结构性对材料去除率的影响规律。　　分析金刚石砂轮在磨削微结构表面过程中的磨损形式和磨损机制。在此基础上,研究适用于微结构表面磨削用金刚石砂轮的通用在位精密修整方法,分析修整系统中多种误差对金刚石砂轮最终修整形状精度的影响规律以及相应的解决方法。通过工艺实验,研究修整参数对金刚石砂轮修整效果的影响,并优化相应修整工艺。　　利用陶瓷断裂力学、微/纳压痕技术和刻划实验,对超声振动磨削条件下的超硬模具材料加工性能进行分析。通过正交实验方法,确定磨削参数、振动参数以及表面结构性等因素对超硬微结构光学功能表面质量的影响规律,并对以上主要影响因素进行优化,确立相应的最优加工工艺路线。应用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对微结构表面亚表层的应力应变状态和损伤进行研究,分析磨削后超硬微结构表面亚表层的完整性。　　基于以上研究结果,进行典型超硬微结构光学功能表面的超声振动磨削加工工艺研究。加工对象为无结合剂碳化钨、碳化硅陶瓷和氮化硅陶瓷等超硬模具材料,具体微结构表面包括微圆弧槽阵列、闪耀光栅、金字塔矩阵以及阶梯光栅。通过工艺实验研究,优化了超声振动磨削超硬微结构表面的工艺路线,为实现微结构光学功能元件的玻璃模压复制用超硬模具的确定性超精密加工奠定技术基础。