超声振动辅助磨削作为振动切削的一种,是精密加工方法的一种,具有广阔的应用前景。其中,轴向超声振动辅助磨削因其磨粒切削轨迹的特殊性,在提高材料去除率和加工表面质量,降低磨削力方面具有特定的优势。本文通过设计的磨头与变幅杆一体的磨削工具来实现轴向超声磨削,并进行了系统的理论和试验研究,包括轴向超声磨削的运动学、表面创成机理、磨削力和磨削特性的研究,主要内容如下：特制变幅杆先以质量等效法,参照阶梯形变幅杆的解析设计确定其基本尺寸,然后用ANSYS有限元法进行优化,使其满足谐振频率。超声振动磨削加工中,材料的去除是磨粒与工件材料相互干涉的结果。通过建立轴向超声振动辅助磨削单颗磨粒的运动学模型,得到了磨粒的切削弧长和切削轨迹,表明轴向超声磨削的切削弧长大于普通磨削且切削轨迹为空间正弦曲线；在此基础上分析了轴向超声磨削的表面创成机理,试验证实其工件表面磨削纹理为正弦曲线交错成的网状条纹,一定条件下可得到较低的表面粗糙度。通过引入单位磨削力和建立未变形切屑厚度与磨削力的关系得到轴向超声磨削的磨削切削变形力模型；根据磨削能力参数Cge给出了摩擦系数的数学模型。研究表明：轴向超声磨削具有更小的磨削力。轴向超声振动辅助磨削特性的研究内容包括磨粒切削刃锋利化效果、冲击切削、脉冲切削力和超声振动软化效应。磨屑的观测试验证实,轴向超声磨削磨粒的切削具有冲击性,且磨屑更为细小,多呈细小的块状和较大薄片状,细小的块状是单颗磨粒切削的结果,而较大薄片状是相邻多颗磨粒同时作用的结果。