随着材料科学技术的迅猛发展,有关硬脆材料以及各种增韧、增强新型复合材料的精密、超精密磨削加工技术成为当今世界各国研究的热点。其中氧化物陶瓷材料的应用备受人们的关注,这些氧化物陶瓷材料不仅被广泛应用在工业,制造业以及航空航天,而且由于自身良好的生物相容特性也被应用到生物医学中。特别是随着全瓷牙生物技术的发展,氧化锆陶瓷牙以良好的美学特性、生物相容性、稳定的化学性能及耐磨损性,使其在口腔修复领域的应用日益突出。然而由于氧化锆陶瓷修复体属于陶瓷材料的一种,其具有高硬度、低断裂韧性等特点,导致难以直接加工。目前,常用的传统加工方法是先对预烧结氧化锆瓷块进行高速铣削加工,然后再对其进行高温烧结。这样导致预烧结氧化锆陶瓷义齿的不同位置厚度存在差异,进而影响了氧化锆陶瓷义齿的加工质量和精度。鉴于以上存在的问题,这将会严重制约着氧化锆陶瓷义齿的推广。为了避免制备过程中二次烧结、收缩精度难以控制等问题。因此,将超声振动辅助磨削技术引入到口腔修复领域,实现完全烧结氧化锆陶瓷的直接加工,从而可提高氧化锆牙冠的加工精度和加工质量,同时缩短病人的等待时间。本课题将从超声振动辅助磨削加工的去除机理、运动学特性、磨削力以及加工表面质量等方面进行研究,为该技术在口腔修复领域的应用提供一定的理论指导。具体研究内容如下:(1)通过对超声振动辅助CBN磨头磨削运动轨迹的研究,分别建立沿工件进给切向与法向的单磨粒一维工件超声振动运动轨迹模型和二维超声振动运动轨迹模型,并对其超声振动辅助断续加工过程中各参数的匹配问题进行分析,鉴于此基础并结合已建立的一维工件进给超声振动磨削轨迹的数学模型建立起动态的磨削接触率模型。再通过理论分析和实验相结合的方法,得到加工参数和振动参数对接触率的影响。(2)基于前述的接触率模型,从延域性去除和脆性去除出发分析超声振动辅助磨削的表面去除机理,建立侧面磨削过程中单磨粒磨削力的数学模型,分析相关因素对磨削力的影响变化,从而找到一种预测超声振动辅助磨削力的方法。并通过实验验证了所建模型的合理性与有效性。(3)面向陶瓷薄壁件的磨削过程,一方面从振动(颤振)产生的机理分析其对磨削过程的负面影响,另一方面从振动(超声振动)利用的角度分析了施加超声对加工过程中颤振的抑制作用。进而建立超声振动辅助CBN磨头磨削氧化锆脆硬材料的动态模型,进行相应的模态实验并测量其模态参数,并结合理论分析与建模仿真预测,最终制定氧化锆脆硬材料薄壁件加工的合理加工方案,同时通过所建模型分析了超声振动对加工过程中颤振的抑制作用。(4)通过对超声振动辅助磨削加工氧化锆陶瓷脆硬材料的分析,首先建立相应的磨头表面形貌,进而分别建立普通加工与超声振动加工过程中工件的表面形貌模型,分析各因素对表面形貌的影响变化,然后建立基于线性回归的表面粗糙度预测模型,最后结合实验结果,利用遗传算法实现超声振动辅助磨削加工的参数优化。