随着微机电产业(MEMS)的迅速发展,诸如晶体硅、陶瓷和光学玻璃等不导电的脆硬性材料得到了广泛应用。目前各国学术界和制造业对各种微细加工方法进行的大量研究证明,微细超声波在非金属脆硬材料加工方面具有很大优势,主要表现在加工时不依赖于材料的导电性,工具硬度可以远低于工件硬度,同时可以加工出深径比大且形状复杂的三维型腔,加工后的工件表面无热影响区和残余应力等。微细超声波加工原理与常规超声波加工相似,都是利用超声频振动的工具(或工件)通过磨料悬浮液的作用去除工件材料。但在微细超声波加工过程中,工具损耗更加严重,特别是在三维伺服扫描加工方面,这必然会对加工精度造成巨大影响。有实验证明,随着超声波加工工具直径的减小,工具损耗呈直线上升趋势。因此,对于微细超声波加工来说,工具损耗的影响已经成为制约其发展与应用的一个瓶颈。目前对于微细超声工具损耗的研究主要集中于实验探索方面,在理论研究方面相对滞后。本文在已有微细超声波加工装置的基础上,编写了机床控制程序,可以实现微小工具在线制备、微细超声波加工、工具探测以及数据存储等功能。进而通过单因素实验法对在微细超声波加工过程中造成工具损耗的可能原因进行了逐一研究,揭示了造成微细超声波加工中工具损耗的主要原因是磨粒对微细工具的反复撞击导致工具表面产生的疲劳损耗。在此基础上运用低周疲劳理论建立了可定量计算工具体积损耗速率的理论预测模型。在不同加工条件下,用钨和不锈钢316L两种工具材料进行的近百组实验证明：工具损耗的理论模型预测结果与实验结果基本吻合。对预测结果的误差分析表明：理论预测结果与实验结果的相对误差主要是由加工区域的磨粒数目变动和实验中工具损耗的探测误差造成的。