纳米压痕技术是用于对材料微观力学性能进行检测的先进技术,在微机电系统制造、生物工程以及薄膜技术等领域被广泛应用。为了提高纳米压痕检测的精度,必须采用高精度的金刚石压头。金刚石圆锥压头在纳米压痕检测中具有其独有的特点。尖形圆锥压头可以避免玻氏和维氏压头锋利棱边压入表面导致的复杂变形,分析更简便,而球头圆锥压头可以用于纯弹性接触或从弹性接触转变至塑性接触的纳米压痕检测。但是,金刚石晶体强烈的各向异性导致圆锥压头的研磨加工极为困难。与棱锥压头相比,圆锥压头在研磨加工中存在“粗糙度花瓣”、“尖端棱锥化”和“麻点状损伤”等复杂现象。为了解决金刚石圆锥压头研磨加工的难题,本文围绕机械研磨理论与精度控制方法对金刚石圆锥压头的研磨加工进行研究。本文建立了金刚石圆锥压头的机械研磨效率模型。金刚石晶体具有强烈的各向异性,其在不同晶面晶向的研磨加工效率具有显著差异。为了解决金刚石圆锥压头研磨加工中的难题,必须合理选择金刚石圆锥压头的轴线方向以及研磨角度。本文首先根据金刚石典型晶面的微观抗剪切强度模型,引用加权叠加建模方法,构造了金刚石晶体任意晶面晶向进行机械研磨的易磨度因子评价模型。然后,本文分析了金刚石圆锥压头的锥面成形方式,建立了典型晶向为轴线的压头机械研磨精度控制理论,并对尖形和球头形两类金刚石圆锥压头沿不同研磨角度的研磨特性建立了评价因子。本文还建立了一般晶向为轴线的金刚石锥面研磨精度控制理论模型,可以对任意晶向为轴线任意半锥角圆锥压头锥面沿不同研磨角度的易磨度因子进行准确评价,并基于该模型讨论了压头轴线方向的选择方法。本文建立了金刚石砂轮盘和铸铁研磨盘的精密修整技术,解决了金刚石圆锥压头机械研磨中尖端容易发生破碎的难题,并进行了两类金刚石圆锥压头沿不同研磨角度的机械研磨实验,最后采用原子力显微镜对压头顶部形貌进行检测。实验结果与理论计算结果相吻合,验证了金刚石晶体锥面机械研磨精度控制理论的实用性。基于理论计算与实验结果,本文优选了两类金刚石圆锥压头的压头轴线方向以及机械研磨角度。对于金刚石圆锥压头,除金刚石晶体各向异性特性对研磨加工误差有影响外,机床误差也会引起压头研磨加工误差。当沿优选研磨角度研磨金刚石圆锥压头时,金刚石晶体各向异性特征对压头研磨加工误差的影响会显著弱化,此时机床误差是压头研磨加工误差的主要来源。为了减少机床误差的影响,本文首先对回转夹具的回转误差进行了精密测量与标定,然后分别分析两类金刚石圆锥压头的研磨加工误差,并对压头尖端形貌进行了几何建模。本文进一步分析了夹具回转误差的幅值和倍频对压头研磨精度的影响,提出了减小夹具回转误差、提高误差倍频的控制措施,以提高金刚石圆锥压头研磨精度。本文还针对球头金刚石圆锥压头机械研磨中夹具回转轴线与摆轴回转中心不重合误差,提出了相应的解决措施。最后,本文分别对两类金刚石圆锥压头主要研磨精度指标建立了相关测量方法。