随着蓝宝石、碳化硅等硬脆材料的应用领域越来越广泛，传统研磨抛光技术逐渐难以满足市场对其应用的需求。超声加工被证实对硬脆性材料的加工有独特优势，可以大幅降低硬脆材料的表面粗糙度和改善表面形貌。但目前超声加工以简单一维超声振动驱动为主，用于超声加工的超声振动系统也有待优化。
本文设计了一种变幅杆和工具头集成化的二维压电超声纵扭振系统，研究了非接触式超声纵扭研磨加工的材料去除机理。确定了超声纵扭振系统的基本结构模型，分别对超声纵扭振动系统的共振频率和磨具工作面的纵扭振动幅值进行了模拟和实验测试。最后，对蓝宝石材料进行了非接触实验条件下二维超声纵扭复合振动、一维超声纵振驱动和无超声驱动下的对比实验。实验结果表明，非接触式超声纵扭振研磨加工在降低表面粗糙度、改善表面形貌和提升材料去除率等方面具有更好的效果。

超声研磨；纵扭振系统；非接触；硬脆材料