围绕抑制钢铁材料金刚石超精密加工刀具磨损这一制造领域难题,本文针对目前最有前景的两种解决方法:超声振动辅助切削和工件表面渗氮改性进行了深入研究。(1)从传统变幅杆设计中的思维局限性出发,结合超精密加工特点,提出了在超精密加工领域变幅杆设计中不考虑振幅大小的观点,在新设计方法中使用谐响应分析替代模态分析进行有限元辅助设计。(2)采用有限元分析软件与三维建模软件相结合的方式,优化设计了新型弯曲变幅杆结构尺寸,对变幅杆进行了谐响应分析。研究了变幅杆的振动变化规律,分析表明该变幅杆满足加工要求的工作频率范围在62KHz~72KHz。(3)完成了超声振动辅助切削装置的整体设计。基于激光干涉原理对刀尖振动特性检测,绘制前刀面法向方向刀尖振幅随装置输入电压频率的变化曲线,可以为后续实验的超声参数设置提供参考依据。(4)通过加工AL6061表面,验证了理论分析得到的椭圆振动结果。在切削STAVAX的实验中,采用优化的加工参数将加工表面粗糙度Ra值降低到了10nm左右,成功加工了直径20mm的平面镜面,证明新的装置可以应用于金刚石超精密加工。(5)分析了渗氮变形对超精密加工的影响机理,提出了纯铁渗氮的工艺方案。采用气体渗氮+退火+淬火相结合的方法制备样品。渗氮层成分分析结果表明,纯铁材料通过气体渗氮处理获得了140μm的渗氮层,按照金相组织结构又分为四个子层。退火和淬火工艺改变了表层的金相组织结构。(6)对纯铁渗氮样品的分层切削实验结果表明,在单独气体渗氮样品表层出现的金刚石不可切削层,可以通过退火+淬火的后续热处理消除,获得140μm的金刚石可切削层,加工得到的表面粗糙度Ra值在6~8nm,金刚石刀具无明显磨损。证明了纯铁渗氮技术可以解决渗氮变形问题。