在分析現(xiàn)有利用新原理的超精密研磨方法的基礎上，提出了基于超聲研磨的超精密加工方法，闡述了超聲研磨的基本工作原理和特點，并進行了初步的對比試驗研究。
　　
　　超精密加工技術在進步機電產品的性能、質量和發(fā)展高科技產品等方面具有重要的作用。’已標志著個國家制造業(yè)的水平，也是各國發(fā)展科學技術的重要支撐。目前，超精密加工是指加工精度優(yōu)于0.1μm，粗糙度低于0.025μm或更高精度的加工。
　　
　　在超精密加工中，超精密切削、超精密磨削的實現(xiàn)是依靠于銳利的超硬切削工具、高精度高剛度的設備及其他周邊技術的支持。由于其加工機理和環(huán)境因素，要實現(xiàn)更高精度的加工十分困難。因此，超精密研磨是實現(xiàn)納米級、原子級加工的主要方法。木文在分析現(xiàn)有超精密研磨方法的基礎上，提出了一種新的超聲研磨方法，并對其加工機理進行了初步探討。
　　
　　1超精密研磨新技術概述
　　
　　近年來，超精密研磨在手工研磨和機械研磨的基礎上，發(fā)展了一些采用新原理的超精密研磨技術。
　　
　　1.1基于機械作用的超精密研磨
　　
　　基于機械作用的超精密研磨是靠微細磨粒的機械作用對被加工表面進行微量往除，達到高精度的加工表面。主要有彈性發(fā)射加工（EEM）、浮動研磨、磁力研磨等。彈性發(fā)射加工是可以得到很高的加工精度和低表面粗糙度的超精密加工方法。EEM加工原理如圖1所示。
　　　　在高速旋轉的聚氨脂球與被加工工件表面之間加上含有微細磨料的工作液，并對聚氨脂球加上定的壓力。通過高速旋轉的聚氨脂球所產生的高速氣流及離心力，使磨料沖擊或擦過工件的表面而進行加工。
　　
　　浮動拋光可用于計算機磁頭磁隙面、光學零件及功能陶瓷材料基片的超精密加工，其加工表面粗糙度低、加工變質層少、無污染。
　　
　　1.2基于機械-化學作用的超精密研磨
　　
　　機械-化學研磨由于存在磨料液與工件表面的化學作用，因此可以實現(xiàn)超精密的表面加工，如利用表面固相反應的機械化學研磨方法可以獲得高精度、無加工變質層的鏡面。
　　
　　1.3液面研磨拋光
　　
　　液面研磨拋光又稱為水面滑行拋光（HydroplanePolishing）。液面研磨拋光的明顯特點是不使用磨料，拋光時工件與拋光盤之間由流體壓力形成間隙，利用具有腐蝕作用液體的運動進行研磨拋光，因此是種化學腐蝕加工方法。加工中使用的腐蝕液為甲醇、乙二醇與溴的混合液。主要用來加工CaAs、InP基片表面。
　　
　　以上各種超精密研磨方法都分別在不同的加工對象上取得了良好的效果。其中彈性發(fā)射加工（EEM）由于兼有研磨和拋光的特點而有發(fā)展前途。但這些加工方法對加工設備和條件都有特殊的要求，在影響加工精度、表面質量的各種因素中，有的因素較難控制，對加工對象也有較多的限制，因而在工程應用中，往往受到制約，達不到高的技術經濟效果。譬如彈性發(fā)射加工，需要高速高精度回轉軸，聚胺脂球和工件表面間因磨粒的高速沖擊和摩擦發(fā)熱嚴重，保持聚胺脂球長期工作的穩(wěn)定性也是需重視的題目。為此。我們以為探索和發(fā)展更利于工程應用，具有高技術和高經濟效益的超精密研磨方法，在超精密加工領域有重要的意義，這也是我們提出超聲研磨的出發(fā)點。
　　　　2超聲研磨的基本原理
　　
　　本文提出一種非接觸超精密研磨方法——超聲研磨。其加工原理模型如圖2所示。
　　
　　超聲振動工具頭的端面和工件表面保持固定的間隙δ，并在其間充以微細磨料工作液，當超聲振動工具以定的頻率振動時，帶動微細磨料沖擊工件表面，從而對工件表面進行研磨。當工作臺作平面運動或曲面運動，即可對整個工件表面進行加工。
　　
　　超聲研磨時，大量的磨料以與超聲振動相同的頻率、脈動式的沖擊被加工表面，除往或改造工件表面原有的損傷層，并在其下面構成新的損傷層（即表面加工層）。假如工藝參數(shù)（如超聲發(fā)生器的功率，磨料的硬度、粒度，磨液濃度，間隙等）選擇恰當，則可使新天生的損傷層更薄、更均勻，從而獲得較佳的表面質量，實現(xiàn)超精密加工，理想的狀祝是獲得接近無損傷的表面。
　　
　　超聲研磨脆性材料和塑性材料的機理是有所不同的，脆性材料的加工主要是依靠于表面層微裂紋擴展、天生，而使材料脆裂、脫落。超聲研磨時，在大量磨粒脈沖式沖擊下，更有利于實現(xiàn)上述加工過程。磨粒的沖擊具有隨機性，但對微觀表面上突出處沖擊到的機率應高于凹下處，再因磨粒量大、粒小，對表面的加工是均勻而柔和的。因而可以獲得殘余應力低、裂紋更微細更淺的高質量的加工表面。塑性材料的加工則主要依靠于表面層的塑性變形，即通過材料的擠壓和撕裂將金屬從表面扯下來，其殘余應力為拉應力。超聲研磨時，磨粒對工件表面主要起搗實的作用，類似于稍微的表面強化加工。它可以消除工件表眼前工序的加工痕跡，將表面殘余應力由拉應力轉變?yōu)閴簯?，這對大多數(shù)零件的使用性能是有利的。
　　　　通常的超聲波加工，其機理是工具頭以定的壓力作用于加工表面，當工具頭作超聲振動時，工具頭剛性地錘擊磨料，并通過磨料的“嵌進”作用，使脆性材料表面脆裂、脫落。因而它不適宜加工塑性材料。
　　
　　現(xiàn)有的各種以機械加工為主的研磨方法，則是以磨粒在工件表面的滾壓和摩擦為主要的加工手段。由此可知，超聲研磨和超聲波加工及現(xiàn)有研磨方法有著本質的區(qū)別，是一種新的超精密研磨方法。
　　
　　3超聲研磨原理性試驗
　　
　　我們利用現(xiàn)有設備，對超聲研磨的加工原理和技術上的可行性進行了試驗，試驗系統(tǒng)與超聲波加工類同，如圖3所示。
　　
　　試驗設備為三坐標立式數(shù)控磨床，附加超聲研磨系統(tǒng)，超聲研磨裝置由超聲振子、超聲發(fā)生器和控制器組成。試驗材料為淬硬鋼，使用的磨料是粒度為W10的碳化硼（B4C），工作液為蒸餾水，Z向運動控制間隙δ，工作臺沿X向和Y向作慢速移動，完成整個平面的加工。
　　
　　在上述試驗條件下，進行了常規(guī)研磨和超聲研磨的部分試驗，研磨時間均為20min。其結果如圖4中（a）至（f）。
　　　　圖4（a）為研磨前的表面，其粗糙度為Ra=0.52μm，圖4（b）～（c）為常規(guī)研磨后的表面，粗糙度為Ra=0.36μm和Ra=0.46μm。圖4（d）為超聲研磨前的表面，其粗糙度為Ra=0.20μm。圖4（e）～（f）則表明超聲研磨后表面粗糙度達到了Ra=0.12μm和Ra=0.08μm。顯然超聲研磨明顯優(yōu)于常規(guī)研磨，能能夠獲得光滑的表面且無切削加工痕跡。另外，還進行了超聲研磨光學玻璃表面的試驗，其結果也相同。
　　
　　4結論
　　
　　由理論分析和原理性試驗可初步得出以下結論：
　　
　　超聲研磨不同于超聲波加工和以機械作用為主的研磨方法，是種基于新的加工原理的超精密研磨方法。
　　
　　選取合適的超聲研磨工藝參數(shù)，可以獲得高精度的加工表面。
　　
　　超聲研磨應用范圍廣，可以加工各種硬脆材料，也可加工淬硬鋼；可以加工平面，也可加工曲面。
　　
　　應用超聲研磨，勿需復雜的技術，所需設備也較簡單，硬件投資少，可獲得高的技術經濟效益。
　　
　　工具頭的外形并不是直接復印到工件表面，其它影響因素（如間隙、磨料粒度、濃度、進給速度等等）也較易控制，因而可獲得的加工表面。
　　
　　超聲研磨單位時間的切除率較高，如分為粗、精研磨，則可兼顧效率和精度兩個方面。
　　
　　因而，超聲研磨在各種研磨方法中，有較大的綜合上風，是種很有發(fā)展前途和應用遠景的超精密加工新方法，其超精密加工的理論和工藝參數(shù)控制還有待于進步的研究。