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一、脆性材料旋轉(zhuǎn)超聲加工
旋轉(zhuǎn)超聲加工（RUM）在脆性材料加工領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，該加工方式由普通磨削和超聲振動(dòng)復(fù)合而成，是一種針對(duì)硬脆材料加工技術(shù)難題的特種加工工藝。旋轉(zhuǎn)超聲加工的刀具大多在刀頭位置電鍍一層金剛石或CBN等高硬度材料，且刀具在加工過(guò)程中會(huì)在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)沿刀具軸線作微米級(jí)超聲頻振動(dòng)，可有效降低切削力、殘余應(yīng)力和表面損傷，提高加工精度和效率，延長(zhǎng)刀具壽命。由圖3所示的旋轉(zhuǎn)超聲鋸切藍(lán)寶石的效果圖可明顯看出，引入超聲振動(dòng)后，減少了塑性去除比例，不再出現(xiàn)大塊剝落。
旋轉(zhuǎn)超聲加工包含三種加工形式：鉆孔、端面銑削和側(cè)面銑削，其材料去除機(jī)理見(jiàn)圖4。其中，鉆孔與端面磨削加工中刀具端面的磨粒與工件材料在超聲振動(dòng)的作用下產(chǎn)生周期性的切削和分離，并附加有錘擊效果。這一工藝特性對(duì)硬脆材料的高硬度與低斷裂韌性有良好的針對(duì)作用，引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，進(jìn)行大量研究，總結(jié)出旋轉(zhuǎn)超聲加工的諸多優(yōu)勢(shì)。
在降低切削力方面，旋轉(zhuǎn)超聲加工時(shí)磨粒與工件有周期性的高頻分離，切削區(qū)域被打開(kāi)，切削液可進(jìn)入，改善了潤(rùn)滑和冷卻情況，且加工過(guò)程中的高頻錘擊使加工表面粉末化、切削力降低。為解析旋轉(zhuǎn)超聲加工切削力的降低機(jī)理，研究學(xué)者以理論建模及調(diào)整工藝參數(shù)等方式進(jìn)行了大量研究。華僑大學(xué)朱旭等利用旋轉(zhuǎn)超聲加工鋸切藍(lán)寶石之后發(fā)現(xiàn)，徑向切削力相比普通鋸切下降50%~80%，軸向力下降35%~50%。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)旋轉(zhuǎn)超聲加工表面粗糙度的研究相對(duì)較少且存在較大的爭(zhēng)議，即對(duì)旋轉(zhuǎn)超聲加工是否可降低表面粗糙度尚無(wú)定論。研究學(xué)者通過(guò)建立表面粗糙度預(yù)測(cè)模型或?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證等方式得出的研究結(jié)果更多地支持旋轉(zhuǎn)超聲加工在側(cè)面磨削加工或V型槽加工中可顯著降低表面粗糙度的情況，而鉆孔與端面磨削加工增大表面粗糙度的情況更多，但可通過(guò)提高主軸轉(zhuǎn)速、降低切削深度和進(jìn)給量并匹配合適的超聲參數(shù)的方式降低表面粗糙度。
提高加工效率是旋轉(zhuǎn)超聲加工的一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)為材料去除率增加。特別是在恒力進(jìn)給條件下，旋轉(zhuǎn)超聲加工的材料去除率相比普通磨削顯著提高。目前旋轉(zhuǎn)超聲加工在硬脆性材料加工領(lǐng)域相比普通磨削有顯著優(yōu)勢(shì)，但當(dāng)前超聲振動(dòng)下的材料去除機(jī)理研究并不深入。深入研究去除機(jī)理可進(jìn)一步揭示旋轉(zhuǎn)超聲加工的表面粗糙度規(guī)律和亞表面損傷形成機(jī)理，對(duì)旋轉(zhuǎn)超聲加工工藝的推廣有重要意義。
二、超聲拋光
超聲振動(dòng)拋光的原理是對(duì)工件或變幅桿施加超聲振動(dòng)，使磨料懸浮液中的磨粒與工件產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到?jīng)_擊、拋磨的效果，可提高拋光速度和均勻性、降低表面粗糙度。印度理工學(xué)院Kala等使用磁場(chǎng)輔助超聲拋光，改善了黃銅表面的光潔度。Jeffrey等分別對(duì)變幅桿和拋光盤施加橫向超聲振動(dòng)，發(fā)現(xiàn)橫向超聲振動(dòng)以攪動(dòng)懸浮液的形式作用于硅片，提高拋光均勻性。許文虎等進(jìn)行了有無(wú)超聲拋光藍(lán)寶石的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)超聲振動(dòng)輔助拋光去除率是無(wú)超聲的兩倍且表面粗糙度降低，
超聲振動(dòng)輔助拋光在機(jī)械拋光、化學(xué)拋光、磁流變拋光、離子束拋光等多個(gè)拋光類別均有應(yīng)用，并取得了一定的改善效果。然而，當(dāng)前超聲拋光過(guò)程中的材料去除機(jī)理研究還不夠深入，特別是超聲空化作用對(duì)已加工表面的表面完整性的影響機(jī)制尚未揭示，因此需要進(jìn)一步加強(qiáng)基本理論的研究。
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