在分析現(xiàn)有利用新原理的超精密研磨方法的基礎(chǔ)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(diǎn)，并進(jìn)行了初步的對(duì)比試驗(yàn)研究。
　　
　　超精密加工技術(shù)在進(jìn)步機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和發(fā)展高科技產(chǎn)品等方面具有重要的作用。’已標(biāo)志著個(gè)國家制造業(yè)的水平，也是各國發(fā)展科學(xué)技術(shù)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(shí)現(xiàn)是依靠于銳利的超硬切削工具、高精度高剛度的設(shè)備及其他周邊技術(shù)的支持。由于其加工機(jī)理和環(huán)境因素，要實(shí)現(xiàn)更高精度的加工十分困難。因此，超精密研磨是實(shí)現(xiàn)納米級(jí)、原子級(jí)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(chǔ)上，提出了一種新的超聲研磨方法，并對(duì)其加工機(jī)理進(jìn)行了初步探討。
　　
　　1超精密研磨新技術(shù)概述
　　
　　近年來，超精密研磨在手工研磨和機(jī)械研磨的基礎(chǔ)上，發(fā)展了一些采用新原理的超精密研磨技術(shù)。
　　
　　1.1基于機(jī)械作用的超精密研磨
　　
　　基于機(jī)械作用的超精密研磨是靠微細(xì)磨粒的機(jī)械作用對(duì)被加工表面進(jìn)行微量往除，達(dá)到高精度的加工表面。主要有彈性發(fā)射加工（EEM）、浮動(dòng)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(zhuǎn)的聚氨脂球與被加工工件表面之間加上含有微細(xì)磨料的工作液，并對(duì)聚氨脂球加上定的壓力。通過高速旋轉(zhuǎn)的聚氨脂球所產(chǎn)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(jìn)行加工。
　　
　　浮動(dòng)拋光可用于計(jì)算機(jī)磁頭磁隙面、光學(xué)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(zhì)層少、無污染。
　　
　　1.2基于機(jī)械-化學(xué)作用的超精密研磨
　　
　　機(jī)械-化學(xué)研磨由于存在磨料液與工件表面的化學(xué)作用，因此可以實(shí)現(xiàn)超精密的表面加工，如利用表面固相反應(yīng)的機(jī)械化學(xué)研磨方法可以獲得高精度、無加工變質(zhì)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(diǎn)是不使用磨料，拋光時(shí)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(yùn)動(dòng)進(jìn)行研磨拋光，因此是種化學(xué)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(duì)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(diǎn)而有發(fā)展前途。但這些加工方法對(duì)加工設(shè)備和條件都有特殊的要求，在影響加工精度、表面質(zhì)量的各種因素中，有的因素較難控制，對(duì)加工對(duì)象也有較多的限制，因而在工程應(yīng)用中，往往受到制約，達(dá)不到高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。譬如彈性發(fā)射加工，需要高速高精度回轉(zhuǎn)軸，聚胺脂球和工件表面間因磨粒的高速?zèng)_擊和摩擦發(fā)熱嚴(yán)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(yīng)用，具有高技術(shù)和高經(jīng)濟(jì)效益的超精密研磨方法，在超精密加工領(lǐng)域有重要的意義，這也是我們提出超聲研磨的出發(fā)點(diǎn)。
　　　　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(dòng)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(xì)磨料工作液，當(dāng)超聲振動(dòng)工具以定的頻率振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)微細(xì)磨料沖擊工件表面，從而對(duì)工件表面進(jìn)行研磨。當(dāng)工作臺(tái)作平面運(yùn)動(dòng)或曲面運(yùn)動(dòng)，即可對(duì)整個(gè)工件表面進(jìn)行加工。
　　
　　超聲研磨時(shí)，大量的磨料以與超聲振動(dòng)相同的頻率、脈動(dòng)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(gòu)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(dāng)，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(zhì)量，實(shí)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(jī)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(kuò)展、天生，而使材料脆裂、脫落。超聲研磨時(shí)，在大量磨粒脈沖式?jīng)_擊下，更有利于實(shí)現(xiàn)上述加工過程。磨粒的沖擊具有隨機(jī)性，但對(duì)微觀表面上突出處沖擊到的機(jī)率應(yīng)高于凹下處，再因磨粒量大、粒小，對(duì)表面的加工是均勻而柔和的。因而可以獲得殘余應(yīng)力低、裂紋更微細(xì)更淺的高質(zhì)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(yīng)力為拉應(yīng)力。超聲研磨時(shí)，磨粒對(duì)工件表面主要起搗實(shí)的作用，類似于稍微的表面強(qiáng)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(yīng)力由拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，這對(duì)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(jī)理是工具頭以定的壓力作用于加工表面，當(dāng)工具頭作超聲振動(dòng)時(shí)，工具頭剛性地錘擊磨料，并通過磨料的“嵌進(jìn)”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(jī)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(zhì)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(yàn)
　　
　　我們利用現(xiàn)有設(shè)備，對(duì)超聲研磨的加工原理和技術(shù)上的可行性進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)系統(tǒng)與超聲波加工類同，如圖3所示。
　　
　　試驗(yàn)設(shè)備為三坐標(biāo)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(yàn)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(yùn)動(dòng)控制間隙δ，工作臺(tái)沿X向和Y向作慢速移動(dòng)，完成整個(gè)平面的加工。
　　
　　在上述試驗(yàn)條件下，進(jìn)行了常規(guī)研磨和超聲研磨的部分試驗(yàn)，研磨時(shí)間均為20min。其結(jié)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(dá)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(jìn)行了超聲研磨光學(xué)玻璃表面的試驗(yàn)，其結(jié)果也相同。
　　
　　4結(jié)論
　　
　　由理論分析和原理性試驗(yàn)可初步得出以下結(jié)論：
　　
　　超聲研磨不同于超聲波加工和以機(jī)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(yīng)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(yīng)用超聲研磨，勿需復(fù)雜的技術(shù)，所需設(shè)備也較簡單，硬件投資少，可獲得高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　　工具頭的外形并不是直接復(fù)印到工件表面，其它影響因素（如間隙、磨料粒度、濃度、進(jìn)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(shí)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(gè)方面。
　　
　　因而，超聲研磨在各種研磨方法中，有較大的綜合上風(fēng)，是種很有發(fā)展前途和應(yīng)用遠(yuǎn)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(jìn)步的研究。