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微结构表面光学功能元件是制造微小型光电子系统的关键元件，其具有质量轻以及使系统小型化等优点，并且能够实现普通光学元件难以达到的微小、阵列、集成和波面转换等新功能。因此，无论是在民用工业产品还是在现代国防科技领域，微结构表面光学功能元件都愈加显示出重要的应用价值和广阔的应用前景。 玻璃模压技术可实现高精度、低成本、集成化的大批量生产，因此成为最具潜力的微结构光学元件加工技术。但在微结构光学元件的模压成形过程中，具有微结构表面模具的超精密加工质量对最终的产品性能和成本控制起着决定性的作用。碳化硅、氮化硅和碳化钨等超硬材料由于其质量轻、硬度大、热稳定性及化学稳定性高，是玻璃模压模具材料的最佳选择。对于这些超硬材料模具的高效加工是超精密加工领域亟待解决的问题。超声振动辅助磨削加工是在砂轮或工件上沿一定方向施加超声振动从而实现在固着磨粒与超声振动复合作用下的材料去除。与传统的磨削加工技术相比，振动辅助磨削加工不但可以有效提高材料去除率、降低加工亚表层损伤，还可以显著减少砂轮堵塞和磨削烧伤等不利现象。 本文从实验准备、实验实施到数据分析处理等方面，系统研究了超硬微结构表面的振动超精密磨削加工机理及加工工艺的整个过程。通过碳化硅、碳化钨和氮化硅的压痕试验，得到了这几种材料的微观硬度、断裂韧性等基本性能参数，计算出了材料的临界切深，发现材料在亚微米尺度上所表现出的基本性能与材料宏观性能相比硬度偏小，断裂韧性偏大。分别在无超声传统磨削加工和超声振动辅助条件下，对碳化硅、氮化硅和碳化钨进行了划痕试验，使用扫描电子显微镜对划痕形貌进行了观察分析，发现超声振动条件下的划痕塑性耕犁现象更为明显；用原子力显微镜对划痕深度进行了测量，发现无超声振动条件下进行的划痕由材料的挤压碎裂转变为塑性耕犁的深度与压痕试验所计算的深度基本吻合，而超声振动辅助条件下的这一深度有所增加；使用三向测力仪对刻划力进行了监测，发现相同深度的刻划，碳化硅的刻划力与碳化钨差距不大，但明显大于氮化硅。刻划力比（即垂直压力和水平摩擦力之比）随刻画深度的变化明显，超声振动辅助条件下的刻划力小于无超声振动条件下的，而刻划力比（Fz/Fy）较无超声振动条件下的大。说明：这几种超硬材料在进行金刚石砂轮磨削时，控制适当的磨削深度是可实现塑性域磨削的；刻划力与材料硬度有直接关系；超声振动辅助可以改善磨削性能。 在无超声振动件下和超声振动辅助条件下，采用不同的砂轮转速和工件进给速度，在碳化硅、氮化硅和碳化钨上进行了阶梯光栅这种典型微结构表面的磨削实验，磨削采用了大切深缓进给一次走刀成形的加工方法，使用扫描电子显微镜对磨削表面进行了观察分析，发现材料的去除为塑性耕犁，所加工的微结构顶角形貌完整性很好，顶角圆弧半径也很小；使用表面轮廓仪对所加工的微结构形貌进行了观察，发现新砂轮加工时微结构顶角和底角形貌都比较规整，当砂轮使用一段时间后，顶角形貌保持较好，而底角出现较大圆角，且在底面出现不规则凹槽；使用共聚焦显微镜对所加工微结构表面粗糙度进行了测量，发现在其他参数不变时，砂轮转速越高，表面质量越好，而砂轮转速不变时，工件进给速度越快，表面质量越差，当加工参数相同时，超声振动辅助磨削得到的表面粗糙度要小于无超声振动条件下的磨削。这一结果说明：在砂轮参数一定的条件下，当砂轮每转进给量小于某一阈值时，即可实现这几种超硬材料的塑性磨削；砂轮边缘（即磨削微结构底角的部分）磨损较其他地方严重；工件表面质量取决于砂轮转速和工件进给速度；超声振动辅助磨削能有效提高工件表面质量。