Si₃N₄陶瓷具有优良的物理性能和化学性能,被认为最有希望在航空航天高温条件下广泛应用的新型材料。但是当加工表面微观形貌较差时,高温条件下Si₃N₄陶瓷零部件表面与气液混合相发生强烈挤压摩擦而产生大量气动热,导致零部件摩擦系数增大、强度降低等,甚至引起零部件失效。因此开展Si₃N₄陶瓷加工表面微观形貌创成机理及优化技术研究,提高加工表面质量具有重要的研究意义和工程应用价值。旋转超声磨削加工工艺是Si₃N₄陶瓷材料复杂零部件制造的发展趋势。Si₃N₄陶瓷具有较高的硬度和较低的断裂韧性,其独特的材料去除机理产生特殊的加工表面微观形貌特征,且结构复杂。针对旋转超声磨削加工表面微观形貌创成机理及优化技术均未开展深入研究,而这些理论及其技术是提高Si₃N₄陶瓷材料加工表面质量的重要基础。本文从旋转超声磨削加工表面微观形貌创成机理理论研究出发,研究微观形貌特征及其影响规律,建立微观形貌与加工参数间映射模型,并最终实现加工工艺参数优化。为实现加工过程中磨粒运动宏观力学理论与材料微观力学机理结合,揭示加工表面微观形貌创成机理,基于磨粒运动模型及超声冲击载荷作用下陶瓷材料动力特性,研究Si₃N₄陶瓷旋转超声磨削加工过程弹塑性动力学响应特性,分析冲击载荷条件下Si₃N₄陶瓷材料性能变化。引入非局部理论构造材料本构模型,且对磨粒超声振动作用下小参数变化规律进行研究。在此基础上,研究非局部应力场条件下中位裂纹和横向裂纹扩展条件。并基于单颗粒加工仿真和划痕实验,分析Si₃N₄陶瓷旋转超声磨削加工表面微观形貌形成机理。研究加工表面微观形貌分形特征。基于统计分布分析Si₃N₄陶瓷旋转超声磨削加工表面微观形貌特征。在此基础上,通过定性和定量研究,验证加工表面微观形貌自相似性特征。利用差分盒维数法和双毯覆盖法计算微观形貌灰度图像,发现分形维数计算精度低。为提高分形维数计算精度,基于微观形貌灰度图像特点,提出基于周长-体积关系的分形维数计算方法,并进行精度验证。基于分形维数将加工表面微观形貌奇异特征进行提取。并研究主轴转速、切削深度、进给速度以及切削力对分形维数的影响。研究超声振动金刚石刀具对微观形貌影响。为从切削力变化角度分析金刚石粒度、浓度和结合剂类型对微观形貌影响,在旋转超声磨削加工机理研究基础上,建立了工程陶瓷脆性域旋转超声磨削加工切削力数学模型,并对模型进行验证。通过数学模型分析刀具参数与切削力关系,进而研究对加工表面微观形貌影响规律。同时,为了深入研究刀具参数对加工表面微观形貌影响,研究不同参数刀具磨损机理和刀具磨损量。在此基础上分析不同加工状态下微观形貌变化。为确立加工工艺参数优化目标函数,建立主轴转速、切深、进给速度、金刚石粒度、金刚石浓度、刀具结合剂类型与加工表面微观形貌间的BP神经网络模型。采用标准BP算法和引入动量项的改进BP算法对模型进行训练,发现模型无法收敛于目标误差;而采用LM算法对模型进行训练,其预测结果离散型大。为解决这一问题基于鲍威尔法提出一种改进型BP算法,并对算法收敛速度和迭代精度进行验证。根据加工工艺参数优化目标函数和约束条件函数,基于遗传算法优化加工工艺参数,降低加工表面微观形貌分形维数和均方根偏差值。