随着硬脆性难加工材料的应用领域越来越广泛,诸如蓝宝石、单晶硅等自然界中硬度较高的材料,传统研磨抛光技术已不能满足对其表面研磨加工质量的要求。近年来,随着国家政策对科技产业的大力扶持,面板、智能穿戴、VR以及LED等行业迎来蓬勃发展的春天,由此带来蓝宝石行业市场的巨大需求,蓝宝石因其优异的物理、化学性能,被广泛应用到各行业领域中,其中需求量占比最大的就是作为LED衬底材料。Mini Led、Micro Led等新技术的出现,更是对蓝宝石的表面质量提出了更高的要求,探求蓝宝石高质量高效率的精密加工就变得极为重要。压电超声换能器因其结构简单且制作方便、机电耦合系数及机电转换效率高等优点被广泛应用于各种超声辅助加工领域。因此,本文提出将压电超声振动施加于传统研磨抛光加工上,设计了一种纵向谐振压电超声振动系统,搭建了超声研磨实验平台,并对蓝宝石进行超声研磨实验研究,探究了非接触式游离磨料超声研磨对蓝宝石表面形貌,表面粗糙度值以及材料去除量的影响,为进一步提高硬脆性材料的研磨抛光效率和表面质量打下基础。本文的研究工作可分为以下几个部分:（1）介绍了超声辅助研磨抛光技术系统组成和分类,概括了研磨抛光技术的研究状况以及超声加工技术的应用。（2）阐述了超声加工基本原理、总结了超声波特性以及应用,概述了超声加工影响因素。（3）基于超声振动方程和谐振设计理论,构建纵向谐振压电超声振动系统。对换能器和变幅杆进行优选,并以此为基础构建压电超声振动研磨系统、搭建超声研磨实验平台,建立研磨工具头的三维几何模型,借助仿真软件求解工具头的特征频率,通过优化结构设计满足压电系统的谐振频率,使其系统满足频率一致性的要求。（4）对构建的纵向谐振压电超声振动系统,利用阻抗分析仪对其进行阻抗测试。测试结果如下:换能器-变幅杆谐振频率为19.912k Hz,反谐振频率为19.992k Hz;超声研磨系统测得谐振频率值为19.732k Hz,反谐振频率值19.75k Hz,谐振频率误差为0.9%。利用激光测振仪测试了超声研磨系统的振动特性,220V电压条件下,纵向振幅平均幅值为6-7μm,满足实验要求。（5）针对上述设计的压电超声振动研磨系统,对单晶蓝宝石进行超声研磨实验研究,探究了非接触式游离磨料超声研磨对蓝宝石表面粗糙度值、材料去除量以及表面形貌的影响,相较于机械研磨实验,超声研磨大幅改善了蓝宝石片的表面质量、提高了加工效率,且对蓝宝石片不会造成二次损伤或者二次损伤较小,抑制了研磨边缘效应,表面加工效果随着加工时间的进行,趋向于统一,平面光整度也大幅提高,经过超声研磨后的蓝宝石片的粗糙度值,整体加工效果在六十纳米左右,有些能达到十几甚至几纳米,验证了设计的超声研磨系统的可行性,对应用于蓝宝石的超精密加工有一定的意义。